211service.com
Terahertz-chip identificerer korte DNA-strenge
En af de mere væsentlige praktiske udfordringer, som molekylærbiologer i øjeblikket optager, er at finde bedre måder at identificere korte DNA-strenge på. Disse strenge af nukleotider kaldes oligonukleotider og er enormt nyttige i processer som genetisk testning, retsmedicin og DNA-amplifikation.
Men at identificere trådene er en noget besværlig forretning. Næsten enhver detektionsmetode er afhængig af fluorescerende farvestoffer og markører, der kan opfanges af optiske sensorer, der giver en nyttig, men indirekte indikation af de molekyler, der er til stede.
Men molekylærbiologer vil gerne have et bedre system, der måler de involverede molekylers egenskaber og dermed giver direkte bevis for nukleotidsekvensen. Faktisk arbejder forskellige forskerhold på sådanne systemer, nogle med betydelig succes.
I dag siger Andrey Chernev ved St. Petersburg Academic University i Rusland og nogle få venner, at de har opfundet en helt ny måde at identificere oligonukleotider ved hjælp af terahertz-stråling. Vores resultater viser en ny metode til mærkefri, real-time oligonukleotidkarakterisering, siger de.
Et oligonukleotid er et kort enkeltstrenget DNA- eller RNA-molekyle, der normalt består af mindre end et hundrede eller deromkring baser. Sekvensen af disse baser bestemmer typen af oligonukleotid. Så den ideelle detektionsmekanisme ville afsløre denne sekvens.
Chernev og co's idé er baseret på den måde, disse molekyler giver resonans på. De siger, at sekvensen af baser i et oligonukleotid bestemmer den måde, hvorpå strengen resonerer ved frekvenser i terahertz-området. Deres idé er at fange et enkelt oligonukleotid i et hulrum fyldt med terahertz-bølger, der stimulerer denne resonansadfærd.
De begynder med at producere et signal så tæt som muligt på resonanstilstanden. Ved at måle outputtet fra dette hulrum kan de bestemme, hvornår inputspektrene nøjagtigt matcher molekylets resonanstilstande. Det fortæller dem præcis, hvilken slags oligonukleotid de har.
Det er teorien, og de har testet det ved hjælp af en enhed, de kalder en silicium nanosandwich, en kvantebrønd af p-type silicium omgivet af barrierer dopet med bor. Dette producerer terahertz-stråling inde i brønden, hvor oligonukleotidet er deponeret i en koncentration, der tillader et enkelt molekyle at komme ind.
De har testet enheden på to oligonukleotider, den ene, der var 50 baser lang, og den anden, der var 100 baser lang og karakteriserede deres unikke resonanser. Det giver dem mulighed for at skelne mellem de to oligonukleotider med relativ lethed ved stuetemperatur.
Men dette er kun et første skridt. Det næste, der er nødvendigt, er et helt bibliotek af de unikke signaturer, der er forbundet med hvert oligonukleotid. Det burde være muligt. Chernev og co sigter efter at starte med at analysere resonanserne af hver af de monomer- og dimermolekyler, der udgør oligonukleotider. Signaturerne fra disse skulle give en slags alfabet, hvorfra man kan beregne resonanserne af mere komplekse polymerer.
Det er en interessant tilgang. Men dette er et overfyldt område, hvor masser af gode ideer konkurrerer om at blive standardteknikken til at identificere livets molekyler hurtigt og billigt. Chernev og co vil få deres arbejde skåret ud for at bevise, at deres metode er bedre end de andre, der dukker op. Men det har bestemt potentiale, og det er også noget, man skal holde øje med for fremtiden.
Ref: http://arxiv.org/abs/1407.6520 : DNA-detektion ved THz-pumpning