Nature封面：石墨烯加速DNA测序

　　

    生物通报道  哈佛大学和美国麻省理工学院的研究人员证实石墨烯——仅一个原子厚度的非晶体碳复合薄膜有可能制成人工膜用于DNA测序。该研究论文刊登在9月9日《自然》(Nature)杂志的封面上。

    研究人员在石墨烯上钻出纳米孔，通过检测孔隙的离子交换证实长DNA分子能像线穿过针眼一样地通过石墨烯纳米孔。
 
    “通过检测穿过石墨烯纳米孔的离子流，我们证实流体中石墨烯的厚度少于1nm，比分离单个动物或人类细胞的薄膜还要薄数倍。”哈佛大学物理系助理研究员，该论文的第一作者Slaven Garaj说：“石墨烯是当今世界上可用于流体槽分离的最薄的膜。膜的厚度可通过水分子与离子的相互作用确定。”
 
    “虽然离子和水不能流过石墨烯，但石墨烯薄膜能够将不同的离子和其他的化合物吸引到其两个接近程度达到原子级的表面，从而改变石墨烯电传导，用于化学传感。”共同第一作者Jene Golovchenko说。Jene Golovchenko享有哈佛大学物理Rumford教授和应用物理Gordon McKay教授头衔，是固态人造膜纳米孔领域研究的先驱。
 
    “我相信石墨烯的原子厚度特性可使它成为一种新型电子装置，促进表面物理学发展并推动其在化学传感和单分子检测方面的实际应用。”

    近年来科学家们惊讶地发现石墨烯有着许多独特的特性并在电能、太阳能和医学应用等多方面具有应用潜能。

    论文的共同第一作者Jing Kong及她所在麻省理工学院的同事开发了一种方法可大量制造这种石墨烯薄膜。

    石墨烯可以在硅支架上延展，插入到两个独立的液体库之间。当流体槽存在电压时将推动离子通过石墨薄层。当石墨薄层被钻上纳米小孔时，电压使粒子流通过孔隙，并显示电子流信号。

    当研究人员将长DNA链加入流体中，它们能够通过电流一个一个地穿过石墨烯纳米孔。因为DNA分子穿过纳米孔时会阻断离子流，从而生成特征性的电子信号反馈DNA分子的大小和结构。

    享有哈佛大学生物Higgins教授头衔的共同第一作者Daniel Branton十年前就开始利用人造膜纳米孔检测和确定单个DNA分子的特征。

    Branton以及他在加州大学的同事David Deamer曾证实纳米孔可用于快速读取遗传密码。

    当DNA链通过纳米孔时，就可对核苷碱基对进行鉴定，石墨烯上的纳米孔是第一个小到足以分辨两个近邻核苷碱基对的纳米孔。目前利用纳米孔进行测序仍存在一些困难包括控制DNA穿过纳米孔的速度

    如果这些技术难题被攻克，纳米孔测序将成为非常廉价和快速的DNA测序方法，并有可能推动个体化的卫生保健。
 
    “我们第一次证实了DNA可通过原子薄膜。石墨烯独特的厚度将有可能使真正廉价的测序成为现实。这是一项非常让人兴奋的研究成果。”Branton说。

（生物通：何嫱）