據物(wù)理(lǐ)學家組織網報道，美(měi)國賓夕法尼亞大(dà)學的(de)研究人(rén)員(yuán)近日開發出一個(gè)納米級的(de)碳基平台，可(kě)用(yòng)于電子探測單個(gè)DNA（脫氧核糖核酸）分(fēn)子。該技術*終有望在快(kuài)速DNA電子測序方面發揮“用(yòng)武之地”。相關研究論文發表于**一期的(de)《納米快(kuài)報》。

　　這(zhè)個(gè)納米平台由石墨烯制成。研究小組利用(yòng)電子束技術，在石墨烯膜上燒灼出納米大(dà)小的(de)小孔，在電場(chǎng)的(de)作用(yòng)下(xià)，微小的(de)DNA鏈就可(kě)以穿過這(zhè)些孔洞。通(tōng)過電子測量手段檢測DNA的(de)易位，再根據DNA的(de)4個(gè)堿基各自獨特的(de)“電子簽名”，就可(kě)以快(kuài)速完成DNA測序。

　　實驗中，研究小組使用(yòng)化(huà)學氣相沉積法培育出大(dà)塊的(de)石墨烯薄片，并将這(zhè)些薄片懸停在一個(gè)氮化(huà)矽制成的(de)微米孔的(de)上方，然後借助透射電子顯微鏡發出的(de)電子束，在石墨烯薄片的(de)中心鑽出一個(gè)更小的(de)納米孔。這(zhè)些固态的(de)納米孔爲在單分(fēn)子水(shuǐ)平上進行的(de)生物(wù)學檢測提供了(le)寶貴的(de)工具。

　　該研究論文的(de)作者、賓夕法尼亞大(dà)學文理(lǐ)學院物(wù)理(lǐ)和(hé)天文系副教授瑪麗亞·德恩迪奇說，石墨烯是由單一碳原子層構成的(de)二維結構材料，由于石墨烯層的(de)厚度小于DNA兩個(gè)堿基之間的(de)距離，因此石墨烯納米孔設備可(kě)望具有高(gāo)分(fēn)辨率。石墨烯材料此前就已經被用(yòng)于制造其他(tā)的(de)電子和(hé)機械裝置，但迄今尚未被用(yòng)于檢測DNA的(de)易位。

　　這(zhè)種石墨烯納米孔設備的(de)工作方式非常簡單。納米孔将兩種電解質溶液分(fēn)隔開來(lái)，施以電壓，溶液中的(de)離子就可(kě)以穿過納米孔。離子的(de)流動情況可(kě)以通(tōng)過電流的(de)大(dà)小來(lái)檢測。如果将DNA分(fēn)子注入到電解質溶液中，單個(gè)的(de)分(fēn)子同樣可(kě)以通(tōng)過納米孔。當DNA分(fēn)子發生易位時(shí)，它們會阻斷離子的(de)流動，這(zhè)種情況可(kě)以通(tōng)過電流變小來(lái)判斷。由于DNA的(de)4個(gè)堿基阻斷電流的(de)能力各異，很容易通(tōng)過這(zhè)種石墨烯納米孔設備加以區(qū)分(fēn)，從而有望使低成本、高(gāo)通(tōng)量的(de)DNA測序技術變爲現實。

　　此外，爲了(le)使石墨烯納米孔設備更加經久耐用(yòng)，研究小組還(hái)在石墨烯層之上覆蓋了(le)一個(gè)隻有幾個(gè)原子層厚的(de)超薄氧化(huà)钛層，從而形成了(le)一個(gè)更潔淨、更易濕潤的(de)表面，使DNA更容易穿過，同時(shí)幫助降低了(le)納米孔的(de)噪音(yīn)水(shuǐ)平。

　　目前，研究小組正在著(zhe)手改善這(zhè)些設備的(de)整體可(kě)靠性，并希望利用(yòng)石墨烯層的(de)導電性來(lái)研制可(kě)橫向電子控制DNA易位的(de)裝置。具體來(lái)說，這(zhè)種橫向電子控制可(kě)以通(tōng)過将石墨烯蝕刻成納米電極來(lái)實現。而早在2008年，研究人(rén)員(yuán)就已經證明(míng)，石墨烯可(kě)以通(tōng)過納米蝕刻技術雕琢成任意結構，如納米帶，納米孔和(hé)其他(tā)形狀等，從而爲未來(lái)的(de)應用(yòng)打下(xià)了(le)堅實基礎。