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“原子雞籠”讓基因測序更快更準更便宜

石墨烯是一種由六角形蜂巢結構周期性緊密堆積的碳原子構成的二維碳材料,從外形上看就如同制造雞籠的鐵絲網一般,被形象地稱為“原子雞籠”。澳大利亞墨爾本大學的科學家日前正是借助這種材料,開發出了一種新的DNA測序技術,有望為這項廣泛應用于多個領域的技術帶來一次新的變革。相關論文發表在《自然·通訊》雜志上。

領導此項研究的澳大利亞墨爾本大學的吉日·塞維卡和尼古拉·杜斯科特表示,他們發現石墨烯這種像雞籠一樣的材料,能夠準确地檢測出組成DNA的4種分子——胞嘧啶、鳥嘌呤、腺嘌呤和胸腺嘧啶。正是這4種分子以一種獨特的結構組合在一起,才構成了基因中的DNA序列。

杜斯科特說:“我們發現,每一個堿基都可以通過影響石墨烯電子結構的方式進行測量。當石墨烯薄片與一個納米孔結合起來使用的時候,單個DNA分子會穿過基于石墨烯的電傳感器——這個過程就如同讓一串珠子穿過雞籠一樣。高速、實時、準确、高通量的測序工作就是在這一過程中完成的。”

目前,DNA測序是醫學診斷、法醫檢驗和生物醫學研究中不可或缺的一個基本工具,重要研究、實驗、檢驗都有賴于此。杜斯科特稱,與目前普通采用的測序技術相比,他們新開發出的這種基于石墨烯的測序技術,可大幅提高測序的速度、工作量、可靠性和準确性,同時也有望讓測序成本更加低廉。

研究小組用基于石墨烯的場效應晶體管(GFET)和同步加速器中的軟X射線光譜進行了測試。結果發現,新技術能夠準确地檢測出通過石墨烯層的DNA分子。除墨爾本大學外,澳大利亞同步加速器實驗室以及拉籌伯大學的科學家也參與了這一課題。物理學家組織網3月31日報道稱,這項新的研究有望為醫學研究和科學實驗帶來一次革命性的變革。

石墨烯是世界上第一個二維材料,也是目前已知的最薄、最堅硬的納米材料。石墨烯一直被認為是假設性的結構,無法單獨穩定存在,直到2004年,兩位來自英國曼徹斯特大學的科學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖羅夫才真正找到了從石墨中分離出石墨烯的方法。2010年,他們因此被授予了諾貝爾物理學獎。 (王小龍)

(來源:科技日報)

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