ENGINEERINGNET.BE - Bij het ontwikkelen van deze nieuwe methode, speelt een eerdere Leidse ontdekking een grote rol.
Onderzoeksgroepen van scheikundige Grégory Schneider en natuurkundige Jan van Ruitenbeek slaagden erin om een elektrische stroom over te laten springen tussen twee lagen grafeen, elk één atoom dik.
Ze brachten de twee lagen zo dichtbij elkaar in een bepaalde hoek dat tunneling optrad. Dit is een quantum mechanisch verschijnsel waarbij elektronen overspringen van het ene naar het andere materiaal zonder dat er direct contact is.
Als je die twee lagen wat verder uit elkaar haalt, treedt tunneling bijna niet op. ‘Tenzij een klein object, zoals een molecuul, tussen de twee lagen doorgaat’, aldus Schneider. ‘Dan gaat de tunneling aan en kunnen eigenschappen van het molecuul worden uitgelezen.’
Deze manier van DNA-sequencing is gevoelig voor de elektronische eigenschappen van nucleotiden. Ruitenbeek: ‘DNA bestaat uit vier nucleotiden, die worden afgekort met de letters ATGC.
Als een DNA-streng tussen het grafeen doorgaat, denken we met deze methode elk van de afzonderlijke nucleotides te kunnen herkennen aan de sterkte van de stroom op het moment dat een specifieke nucleotide passeert.’ Op die manier is dan de DNA-code af te lezen.
Als de nieuwe methode werkt, is die nauwkeuriger dan andere DNA-sequencing methodes. Zo is de uitlezing van DNA-sequentie bij een veelgebruikte methode met behulp van nano-poriën alleen gevoelig voor de verschillen in grootte van de bouwstenen van het molecuul.
Gaan er tegelijkertijd twee bouwstenen met dezelfde grootte, maar met een andere chemische samenstelling, door een meetpunt dan geven ze hetzelfde signaal. Schneider: ‘We verwachten dat wij met onze tunnelingmethode verschillende signalen kunnen meten.’
De onderzoekers hebben goede ideeën over hoe ze moleculen tussen het grafeen door willen gidsen, maar ze moeten nog demonstreren dat die ook echt mogelijk zijn. Ook willen ze nog bewijzen dat ze goed onderscheid kunnen maken tussen de vier nucleotiden in hun metingen.
Ze verwachten dat deze methode nauwkeuriger is dan andere technieken, waardoor die ook door anderen is in te zetten voor DNA-sequencing en de detectie van afzonderlijke moleculen in het algemeen. Denk bijvoorbeeld aan onderzoek naar verschillende ziektes.
De techniek zou ook bruikbaar kunnen zijn om bepaalde moleculen te detecteren in bijvoorbeeld een container waarin voedsel wordt vervoerd. Zo kan snel worden gemeten of een gas vrijkomt dat het voedsel sneller laat bederven.
Schneider: ‘Je kunt het gebruiken op elke plek waar je een bepaald molecuul moet detecteren bij een zeer lage concentratie, tot een enkel molecuul.’
Aan dit onderzoek is ruim 1.2 miljoen euro toegekend door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek.
