Dibandingkan dengan status bio-nanopori, masih ada beberapa tantangan yang perlu diatasi sebelum nanopori solid-state dapat diterapkan dalam sekuensing DNA komersial. Resolusi spasial dan temporal yang rendah adalah dua tantangan utama. Karena pembatasan panjang nanopori dan sifat permukaan nanopori solid-state, masih ada ruang untuk meningkatkan resolusi spasial. Sementara itu, translokasi DNA terlalu cepat di bawah gaya listrik, yang menghasilkan perolehan beberapa titik data yang valid. Resolusi temporal nanopori solid-state dengan demikian dapat ditingkatkan jika kecepatan translokasi DNA dikontrol dengan baik. Dalam tinjauan mini ini, kami secara singkat merangkum metode untuk meningkatkan resolusi spasial dan berkonsentrasi pada metode yang dapat dikontrol untuk mempromosikan resolusi deteksi pori nano. Selain itu, kami memberikan perspektif tentang pengembangan pengurutan DNA oleh nanopori.
Dalam beberapa dekade terakhir, banyak kemajuan telah dibuat dalam menerapkan sekuensing DNA untuk membaca urutan basa dalam genom [1, 2]. Untuk mengembangkan obat-obatan yang dipersonalisasi, para peneliti telah mencari metode pengurutan DNA yang lebih cepat dan lebih murah, di mana obat-obatan target dan perawatan medis dapat diterapkan pada individu secara khusus [3, 4]. Karena teknologi nanopori digunakan dalam deteksi DNA [5], itu dianggap sebagai metode yang efektif untuk sekuensing generasi berikutnya [6, 7]. Teknologi nanopore adalah platform yang menjanjikan untuk mengidentifikasi detektor molekul tunggal yang sangat sensitif untuk DNA [5] atau RNA [8]. Dalam skema deteksi dasar, ruang elektrokimia dipisahkan menjadi dua reservoir (kompartemen cis dan trans) oleh membran tipis dengan nanopore [9], yang menghubungkan larutan konduktif dan analit dalam ruang elektrokimia. Dengan menerapkan tegangan melintasi membran, ion elektrolit mengalir melalui nanopori solid-state dan membentuk arus pori, yang diukur menggunakan penjepit tambalan yang dipasang dengan elektronik ultra-sensitif terkait. Ketika sebuah molekul atau kompleks molekul melewati nanopore, analit dapat mengeluarkan beberapa ion dari volume yang ditentukan oleh nanopore, yang dapat dideteksi dengan memantau perubahan singkat pada arus. Dari kedua waktu tinggal (waktu tinggal) dalam nanopore dan tanda amplitudo saat ini, informasi tentang molekul dapat diperoleh. Resolusi spasial sekuensing nanopore ditentukan oleh dimensi nanopore, yang menunjukkan bahwa itu dapat digunakan sebagai sensor tunggal untuk objek molekul kecil yang menghasilkan tanda tangan arus yang dapat dideteksi. Selain itu, sensor nanopore mudah diintegrasikan ke dalam perangkat lab-on-a-chip yang sangat portabel dan diperkecil [10].
Kemajuan signifikan telah dibuat dalam pengurutan DNA oleh nanopori, seperti nanopori solid-state [2, 11] dan nanopori protein [2, 7]. Sekuensing DNA oleh protein nanopori telah dicapai [7]. Namun, sistem nanopore protein memiliki batasan untuk mempelajari molekul biologis. Ada lebih sedikit kendala dengan nanopori solid state dibandingkan dengan nanopori biologis / protein. Kesulitan-kesulitan ini dapat diatasi dengan nanopori solid-state. Dibandingkan dengan protein nanopori, mereka berfungsi pada rentang suhu, tegangan, dan kondisi pelarut yang lebih luas dan dapat disetel diameternya dengan presisi sub-nanometer. Mereka menjanjikan untuk aplikasi dalam teknologi generasi berikutnya untuk sekuensing DNA.
Banyak nanopori solid-state dari bahan dan struktur yang berbeda telah dibuat untuk sensor DNA. Namun, sekuensing DNA tidak dicapai dengan nanopori solid-state. Untuk sensor nanopori solid-state, ada kebutuhan untuk mengatasi dua kendala utama, mengenai resolusi spasial dan resolusi temporal, sebelum aplikasi komersialnya ke sekuensing DNA. Kesulitan mengenai resolusi spasial adalah bahwa nanopori solid-state dapat membedakan jarak kecil antara dua nukleotida tetangga untuk mencapai resolusi basa tunggal. Hambatan resolusi temporal adalah bahwa translokasi DNA terlalu cepat di bawah gaya listrik, yang mengakibatkan perolehan titik data yang valid sangat sedikit oleh klem tambalan yang ada atau sistem akuisisi sinyal lainnya. Tinjauan mini ini menyajikan ikhtisar tentang berbagai metode untuk meningkatkan resolusi spasial dan resolusi temporal deteksi DNA nanopori solid-state. Ulasan mini ini juga lebih berfokus pada metode memperlambat translokasi DNA melalui nanopori solid-state.
Pada tahun 2001, nanopori silikon nitrida solid-state pertama kali dilaporkan oleh Li et al. [12]. Berbagai nanopori solid-state telah didemonstrasikan untuk deteksi molekuler DNA, seperti silikon oksida [13], silikon [14], Al2 O3 [15], dan HfO2 [16]. Sementara nanopori solid-state pada akhirnya mungkin kuat untuk kondisi kimia dan mekanik, mereka memiliki beberapa keterbatasan, seperti resolusi spasial yang rendah. Karena ketebalan bahan, lusinan basa dapat melewati nanopori solid-state pada suatu waktu. Saat ini, nanopori silikon nitrida tertipis adalah 3 nm, yang masih belum membedakan empat jenis basa [17].
Menariknya, ketebalan lapisan tunggal bahan dua dimensi (2D) adalah sekitar 3,0-11,0 Å, yang sebanding dengan jarak antara dua nukleotida tetangga di sepanjang ssDNA (3,2-5,2 Å) [18]. Membran dua dimensi, seperti graphene (3.4 Å [19]), MoS2 (6,5 Å [18]), WS2 (7 Å [20]), dan h-BN (11 Å [21]), telah ditunjukkan untuk mendeteksi translokasi DNA [21,22,23] karena rasio signal-to-noise yang tinggi dan resolusi spasial. Jelas dari resolusi spasialnya bahwa bahan-bahan tersebut dapat digunakan untuk deteksi DNA. Selain itu, teknik pertumbuhan yang dapat direproduksi dan prosedur transfer skala besar memungkinkan pembuatan pori-pori sub-nanometer dalam membran 2D dalam skala besar.
Grafena adalah lembaran atom karbon tipis yang tersusun menjadi kisi sarang lebah dua dimensi [24]. Para peneliti telah menunjukkan bahwa molekul DNA tunggal dalam larutan dapat dideteksi dan dikarakterisasi dengan nanopori graphene [22, 25]. Namun, ada interaksi hidrofobik yang kuat antara nukleotida DNA dan graphene, dan DNA akan sangat menyumbat dan menempel pada nanopori graphene, yang akan berdampak nyata pada kecepatan translokasi [26]. Dimodifikasi dengan gugus hidrofilik [26] atau dilapisi, bahan hidrofilik [25] pada graphene dapat meningkatkan hidrofilisitas graphene dan menghindari DNA menempel pada permukaannya. Sayangnya, baik modifikasi dengan gugus hidrofilik atau pelapisan dengan bahan hidrofilik akan meningkatkan ketebalan film tersuspensi, yang menyebabkan peningkatan ketebalan nanopori, sehingga menurunkan resolusi spasial graphene.
Dichalcogenide logam transisi berlapis adalah bahan 2D lainnya, yang mencakup MoS2 [18, 27] dan WS2 [20]. Rasio signal-to-noise yang tinggi (SNR> 10) dan peningkatan lima kali lipat dari sinyal arus ion terdeteksi ketika DNA ditranslokasikan melalui MoS2 membran nanopori [18]. Sementara itu, MoS2 bersifat hidrofilik, sehingga tidak diperlukan perlakuan permukaan khusus untuk menghindari interaksi hidrofobik antara DNA dan permukaannya. Materi lainnya, WS2 memiliki celah pita langsung 2,1 eV [28], dan emisi fotoluminesensi (PL) lebih kuat daripada yang dipelajari dengan baik di MoS2 [29]. Danda dkk. [20] membuat WS2 nanopore dan menunjukkan pencapaian ukuran nanopore yang dikendalikan secara atom menggunakan pulsa cahaya pendek, yang mungkin memiliki efek positif pada nanopori solid-state untuk deteksi DNA.
Selain itu, Liu dkk. [21] melaporkan percobaan pertama translokasi DNA melalui nanopori h-BN. Mirip dengan graphene, h-BN memiliki hidrofilisitas yang buruk, yang akan menyebabkan DNA memblokir nanopori. Selanjutnya, Zhou et al. [23] berhasil meningkatkan hidrofilisitas nanopori h-BN dengan memanfaatkan antioksidan dan integritas bahan h-BN setelah perlakuan UV-ozon. Sifat isolasi h-BN dapat menunjukkan daya tahan dan sifat isolasi yang lebih luar biasa dalam larutan berkekuatan ionik tinggi daripada di graphene. Ini adalah kandidat kompetitif untuk mencapai resolusi basis tunggal pada struktur nanopori super tipis.
Penggunaan material dua dimensi berpotensi meningkatkan resolusi spasial perangkat untuk mencapai resolusi nukleotida tunggal. Meskipun percobaan deteksi DNA untuk beberapa bahan dua dimensi telah dilaporkan, tidak ada yang melaporkan pencapaian sekuensing DNA nanopori solid-state. Resolusi temporal sekuensing nanopore juga merupakan tantangan.
Kecepatan translokasi DNA melalui nanopori solid-state sangat cepat, hingga 0,01-1 μs/base [30], yang menyebabkan sangat sedikit data efektif yang dikumpulkan oleh klem patch komersial. Dengan demikian, tidak mungkin untuk membedakan setiap basis berdasarkan sinyal arus blokade. Kecepatan translokasi DNA nanopori solid-state bahan 2D, seperti graphene, MoS2 , WS2 , dan h-BN, ditunjukkan pada Gambar. 1. Idealnya, kecepatan translokasi DNA dalam nanopori harus 1–100 bp/ms untuk memungkinkan perekaman sinyal yang memuaskan dari setiap nukleotida [32].
Kecepatan translokasi DNA dari 2D solid-state nanopore [18, 20,21,22,23, 25, 27, 31]. Garis merah putus-putus menunjukkan tingkat translokasi DNA 100 bp/ms
Dengan latar belakang ini, memperlambat kecepatan translokasi DNA adalah tujuan penting yang dikejar oleh banyak peneliti. Berbagai metode telah dikembangkan untuk memperlambat translokasi DNA untuk meningkatkan resolusi temporal deteksi nanopori solid-state. Metode yang biasa digunakan adalah mengubah pengaruh faktor eksperimental seperti suhu [33], viskositas elektrolit [27], tegangan penggerak [34], konsentrasi ion [35], dan kerapatan muatan permukaan nanopori [36] dengan mengubah DNA translokasi melaluinya. Wanunu dkk. [33] berkonsentrasi pada memperlambat translokasi dsDNA melalui nanopori solid-state dengan mengubah suhu, tegangan, dan panjang DNA. Selain itu, Feng et al. [27] menunjukkan bahwa sistem gradien viskositas, berdasarkan cairan ionik suhu kamar, dapat digunakan untuk mengontrol dinamika translokasi DNA melalui MoS2 nanopori, dan menunjukkan bahwa viskositas tinggi cairan ionik suhu kamar memberikan kecepatan translokasi nukleotida tunggal yang optimal sebesar 373 bp/md.
Meskipun banyak pendekatan memiliki potensi untuk mengurangi kecepatan translokasi DNA dan memfasilitasi deteksi arus ionik, mereka masih tidak dapat memenuhi persyaratan untuk pengurutan DNA. Oleh karena itu, perlu dikembangkan metode yang lebih radikal untuk mengontrol pasase DNA melalui nanopori. Di sini, kami membahas metode pengendalian struktur nanopori dan pergerakan DNA kuantitatif untuk meningkatkan resolusi temporal.
Para peneliti telah menggunakan sistem dua nanopori untuk memanipulasi translokasi molekul DNA, yang dapat secara terkontrol mendeteksi molekul yang sama berkali-kali. Dua nanopori bertumpuk, dipisahkan oleh kompartemen rongga berukuran mikrometer [37] (Gbr. 2a), dapat menjebak molekul DNA untuk waktu tertentu dan melepaskannya secara terkendali. Dinamika molekul DNA dapat disimpulkan dari sinyal dua pori dengan analisis korelasi, yang memberikan bukti listrik langsung untuk translokasi. Selain itu, karena hambatan entropi dari sistem nanopori dua lapis, gerakan Brown molekul DNA dapat dibatasi, yang dapat meningkatkan akurasi pengurutan DNA dengan nanopori. Dibandingkan dengan teknik penginderaan molekul tunggal, molekul DNA dapat diukur beberapa kali dalam sistem nanopori dua lapis dengan mengatur beberapa pori secara berurutan alih-alih melewatkannya bolak-balik melalui satu pori [39].
a Skema sistem nanopori dua lapis yang digunakan untuk deteksi DNA nanopori [37]. b Skema sistem nanopori ganda yang digunakan untuk deteksi DNA nanopori [38]
Sistem nanopori ganda menyediakan metode lain untuk mengontrol transportasi molekul dan secara efisien menjembatani molekul antara dua pori; mereka adalah pendekatan mekanistik bebas label untuk manipulasi DNA [40]. Dalam sistem nanopori ganda, ada dua nanopori yang dapat dialamatkan secara independen dan berdekatan dalam membran solid-state yang sama. Selama perjalanan molekul DNA yang digerakkan secara elektroforesis melalui salah satu nanopori, satu molekul DNA dapat ditangkap ke dalam kedua pori-pori, yang mengarah ke "tarik-tarik" antara dua nanopori [38] (Gbr. 2b). Oleh karena itu, gaya diterapkan pada ujung yang berbeda dari molekul DNA, yang memperlambat dan bahkan sepenuhnya menahan gerakannya. Sistem double-nanopore membuka jalur baru ke perangkap mekanis DNA dalam nanopori solid-state, dan ini adalah teknik yang menjanjikan untuk mengukur berbagai biomolekul dengan keuntungan bebas label, dan memiliki sinyal yang tinggi. rasio kebisingan dan biaya rendah. Ini dapat secara efisien membatasi dan menjebak molekul DNA untuk memperlambat translokasi DNA dan juga dapat digunakan untuk mempelajari fisika tarik-menarik DNA skala nano ini [41].
Nanopori perangkap optik memungkinkan pinset optik untuk menjebak partikel berukuran kurang dari puluhan nanometer. Itu memungkinkan perangkap optik protein [42], fragmen DNA [43], dan biomolekul lainnya [44], serta virus kecil [45]. Teori dasar di balik perangkap optik nanopori adalah perangkap optik aksi balik yang diinduksi sendiri [46]. Sinar laser yang difokuskan pada daerah susunan nanopori akan membentuk medan cahaya lokal dengan kepadatan daya tinggi di tepi lapisan logam di dalam lubang. Saat partikel bergerak di antara medan cahaya lokal, hal itu dapat menyebabkan perubahan besar pada transmisi optik lokal, yang pada gilirannya akan menghasilkan gaya optik dan dielektrik yang besar pada partikel. Struktur lubang nano ganda digunakan untuk memecahkan hambatan ukuran partikel yang ditangkap. Muhammad dkk. [47] menunjukkan potensi penggunaan nanopori perangkap optik dengan silika 20-nm dan nanopartikel Au. Bentuk dumbbell dari lubang nano ganda digiling ke dalam film Au, dan nanopori 25 nm dibor melalui Six yang ditangguhkan Ty membran di tengah lubang nano ganda, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3a. Gaya elektroforesis mendorong nanopartikel melalui nanopori, ketika melewati tepi lubang, gaya plasmonik aksi balik yang diinduksi sendiri yang ada di antara ujung lubang nano ganda menentang gaya elektroforesis, mengurangi kecepatan nanopartikel. Hasil penelitian menunjukkan bahwa perangkap optik memperpanjang waktu translokasi elektroforesis sebanyak empat kali lipat. Kim dkk. [43] menyadari penangkapan optik DNA plasmid dan DNA lambda dengan menggunakan struktur nanoplasmonic dari nanopori tunggal. Teknologi ini memiliki aplikasi potensial untuk deteksi DNA dan beberapa bidang cahaya lokal dapat diatur untuk mewujudkan deteksi paralel. Namun, osilasi arus ion frekuensi tinggi dapat mempengaruhi hasil deteksi DNA saat ini. Hal ini mungkin disebabkan oleh kompetisi antara gaya aksi balik elektroforesis dan self-induced yang menyebabkan nanopartikel mengapung ke atas dan ke bawah melalui mulut nanopori.
a Skema chip nanopore perangkap optik [47]. b Skema sistem aksi balik yang diinduksi sendiri
Pinset optik dapat digunakan untuk mengontrol translokasi molekul melalui nanopori dan telah umum digunakan dalam beberapa tahun terakhir. Pada tahun 2006, Keyser dkk. [48] pertama kali mendemonstrasikan tarik-menarik molekuler antara gaya elektroforesis dan mekanik dengan menerapkan pinset optik untuk mengontrol translokasi DNA melalui SiNx nanopori. Sistem ini bertindak sebagai pegas Hooke sederhana, dan gaya tegangan pada manik-manik dapat dihitung berdasarkan hukum Hooke:F atau =k jebakan Z , di mana F atau adalah kekuatan optik, k jebakan adalah kekakuan perangkap sepanjang arah perpindahan, dan Z adalah deformasi linier dari manik [48]. Metode pinset optik, yang menjebak manik polistiren yang ditambatkan DNA dalam persilangan sinar laser terfokus, dapat memanipulasi manik polistiren yang ditambatkan DNA dalam tiga dimensi dan memiliki rentang sensitivitas gaya pico-newton, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4a . Untuk menjebak DNA translokasi di dalam nanopore, gaya tegangan disetel untuk menyeimbangkan gaya medan listrik (F el ) pada DNA. Oleh karena itu, tegangan dapat digunakan untuk mengurangi kecepatan translokasi DNA dan menarik molekul DNA keluar dari nanopori [52]. Sistem ini memungkinkan pengambilan sampel spasial simultan dan pengukuran kekuatan resolusi tinggi dari asam nukleat dan protein, yang telah mencapai kemajuan signifikan dalam pengurutan DNA. Namun, teknik pinset optik mengalami beberapa kesulitan mendasar. Pertama, sulit untuk meningkatkan skala nanopori dalam jumlah besar. Kedua, pemanasan yang disebabkan oleh laser di pinset optik sangat berdampak pada arus ionik melalui nanopore dan tingkat kebisingan, membutuhkan manik-manik yang terperangkap secara optik beberapa mikrometer dari nanopore [53].
a Skema pinset optik yang digunakan untuk deteksi DNA nanopore [48]. Ketika sistem pinset optik berada dalam kesetimbangan, gaya optik (Fot ) sama dengan gaya medan listrik (Fel ). b Skema pinset magnetik yang digunakan untuk deteksi DNA nanopori [49]. Ketika sistem pinset magnet berada dalam kesetimbangan, gaya magnet (FMt ) sama dengan gaya medan listrik (Fel ). c Skema AFM digunakan untuk deteksi DNA nanopore [50]. d Skema TFFS yang digunakan untuk deteksi DNA nanopore [51]
Pinset magnetik menyediakan cara lain untuk mengontrol translokasi DNA dengan gaya tegangan, dan telah dibuktikan bahwa teknik pinset magnetik efektif dalam memperlambat translokasi DNA [49]. Dalam sistem ini, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4b, molekul DNA dapat dilekatkan pada manik magnetik berukuran mikrometer menggunakan interaksi emas-tiol [54] atau streptavidin-biotin [49] yang kuat. Kemudian, ujung bebas DNA dapat ditangkap di nanopori oleh medan listrik yang diterapkan. Selanjutnya, dua magnet dengan celah kecil dapat digunakan untuk membuat gradien medan magnet. Teknik ini dapat menyeimbangkan gaya listrik pada DNA yang terperangkap untuk mengurangi kecepatan translokasi dan bahkan membalikkan elektroforesis. Dibandingkan dengan pinset optik, pinset magnetik adalah kandidat yang menjanjikan untuk spektroskopi gaya paralel masif. Dalam sistem ini, ratusan manik-manik dan dengan demikian molekul DNA dapat dikontrol secara bersamaan dalam ratusan nanopori, yang dengan mudah dapat diskalakan ke banyak nanopori yang dapat dialamatkan. Hal ini dapat mempercepat proses analitis dengan urutan besarnya. Namun, dibandingkan dengan pinset optik, satu kelemahan yang jelas dari pendekatan pinset magnetik adalah kurangnya kontrol tiga dimensi dari molekul [55].
Meskipun kemajuan signifikan telah dibuat dalam mengendalikan kecepatan translokasi DNA dengan pinset optik dan pinset magnetik, metode perangkap manik memiliki masalah dengan gerakan Brown yang membuatnya sulit untuk mengontrol gerakan manik dengan resolusi kurang dari 10 nm [51] . Untuk mengatasi hal ini, AFM telah digunakan untuk mengontrol kecepatan translokasi DNA [50], dan juga dapat mengukur kekuatan dan arus blokade secara bersamaan. Dalam penelitian yang menggunakan sistem ini, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4c, DNA ditambatkan ke ujung probe AFM, dan kemudian dijepit ke dalam pemegang probe. Dengan mengontrol gerakan probe, translokasi DNA dapat dikontrol untuk mengurangi kecepatannya dan bahkan membalikkan elektroforesis. Selanjutnya, dengan menarik ujung ke ketinggian di atas permukaan yang sesuai dengan panjang molekul, pengukuran dapat diulang. Dengan bantuan AFM, deteksi DNA telah maju dalam praktik dan teori karena resolusi deteksi dapat sangat ditingkatkan dengan sinyal gabungan dari arus blokade dan pengukuran gaya AFM [56]. Namun, masih ada kendala dalam penerapan teknik nanopori dalam deteksi DNA, yaitu, terjadinya fluktuasi reguler yang terputus-putus (dan arus) setiap 0,35-0,72 nm ketika molekul DNA meluncur dengan cara yang relatif tanpa gesekan melalui nanopori. Fluktuasi ini dikaitkan dengan nukleotida individu yang menerjemahkan melalui nanopore dalam gerakan seperti pintu putar [50].
Studi telah menunjukkan bahwa garpu tala, yang dapat digunakan sebagai sensor pendeteksi gaya, dapat mengontrol DNA untuk melewati nanopore pada kecepatan sub-nanometer [51, 57]. Dalam penelitian yang menggunakan peralatan terpadu ini, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4d, sebuah molekul DNA dilekatkan pada ujung probe yang direkatkan ke salah satu cabang garpu tala. Sebuah sistem nano-positioning, yang memiliki akurasi sub-nanometer, digunakan untuk menahan garpu tala [51]. Posisi ujung probe dapat dirasakan oleh sensor gaya umpan balik berbasis garpu tala dan dikendalikan dengan memanipulasi sistem penentuan posisi nanometer. Kecepatan gerakan ini 10 kali lebih lambat dari DNA yang dimanipulasi oleh pinset optik dan 1000 kali lebih lambat dari DNA yang melewati secara bebas melalui nanopori solid-state [57]. Dibandingkan dengan AFM konvensional, garpu tala dapat memberikan gerakan pemindaian yang lebih cepat dan memiliki sensitivitas gaya yang tinggi saat direndam dalam cairan. Dengan menggabungkan TFFS dengan nanopore, arus ion melalui nanopore, posisi ujung, dan amplitudo vibrasi ujung dapat diukur secara bersamaan selama perjalanan molekul DNA melalui nanopore.
Semua metode di atas, yaitu pinset magnetik, pinset optik, AFM, dan TFFS, perlu memindai posisi nanopore. Mereka harus menemukan nanopore dalam panjang efektif DNA untuk memastikan bahwa DNA dapat melewati nanopore. Pengalamatan nanopori adalah bagian penting dari metode ini tetapi sulit [32] menghubungkan DNA ke permukaan besar probe silikon (Gbr. 5), lebih besar dari area chip, yang berarti mereka dapat dengan mudah memasukkan DNA yang tidak bergerak ke dalam nanopore tanpa memindai lokasi nanopore di membran. Kelayakan menggunakan probe Si yang diimobilisasi DNA dan pengontrol posisi untuk mengontrol pergerakan DNA masuk dan keluar dari nanopori telah ditunjukkan. Kesulitan dari metode ini adalah probe Si direndam dalam larutan dan dihubungkan ke DNA dengan kopling peptida. Kepadatan DNA pada permukaan probe sulit dikendalikan, sehingga banyak DNA yang melewati nanopori pada saat yang sama kemungkinan akan terjadi, yang memengaruhi arus deteksi.
Skema sistem probe Si yang diimobilisasi DNA yang digunakan untuk deteksi DNA nanopori [32]
Pinset optik, pinset magnetik, mikroskop gaya atom (AFM), dan penginderaan gaya berbasis garpu tala (TFFS) dapat mendeteksi gaya dan posisi sebenarnya dari molekul dalam pori nano, yang menjanjikan untuk mengontrol jalur DNA melalui pori nano dengan kecepatan yang sesuai. Kesulitan mengatasi nanopori dihindari dengan menggunakan probe Si. Selain itu, penggunaan sistem dua nanopori adalah metode yang layak untuk mengontrol dan memperlambat perjalanan DNA melalui nanopori. Selain itu, nanopore perangkap optik memiliki potensi untuk deteksi DNA di masa depan. Di sini, kami merangkum kecepatan translokasi DNA dari nanopori solid-state yang terintegrasi dengan beberapa metode kontrol DNA, seperti sistem dua nanopori, nanopore perangkap optik, pinset optik, pinset magnetik, AFM, TFFS, dan probe Si (Tabel 1) .
Bahan 2D monolayer, seperti graphene, MoS2 , WS2 , dan h-BN, mungkin merupakan bahan tertipis yang dapat dicapai karena setebal jarak antar nukleotida. Dibandingkan dengan membran nanopori solid-state tradisional, membran 2D monolayer ideal untuk perangkat nanopori karena menunjukkan rasio signal-to-noise arus ionik yang tinggi dan daerah penginderaan yang relatif besar. Mereka berpotensi memenuhi syarat untuk mewujudkan pengurutan DNA dengan menggabungkan dengan pinset optik, pinset magnetik, AFM, TFFS, probe Si, sistem dua nanopori, atau perangkap nanopori optik. Namun, dengan teknik ini, beberapa tantangan telah muncul, yang perlu diselesaikan sebelum komersialisasi sekuensing DNA nanopore. Yang pertama terjadi ketika manik-manik atau ujung probe dekat dengan nanopore, ketika lebih sulit untuk membedakan nukleotida DNA dengan sinyal arus ionik. Pegangan molekuler atau molekul lain yang lebih panjang harus digunakan untuk menambahkan panjang untai DNA yang dapat mengimbangi efek pada sinyal arus yang dibawa oleh manik-manik atau ujung. Kedua, array nanopore harus digunakan untuk mewujudkan throughput tinggi dan deteksi paralel, tetapi teknologi deteksi paralel saat ini belum cukup matang. Ketiga, menurut metode fabrikasi saat ini, sulit untuk membuat sistem dua nanopori dan sistem nanopori perangkap optik dengan akurasi dan reproduktifitas tinggi, yang sangat signifikan untuk deteksi DNA nanopori. Balok ion helium mungkin merupakan teknologi kunci untuk memecahkan masalah ini [11, 58]. Dengan demikian, kami berharap bahwa sekuensing DNA nanopore akan terus menjadi fokus penelitian dan dapat diintegrasikan dengan lebih banyak ide baru dan pendekatan inovatif untuk mewujudkan tingkat kesalahan yang rendah, perekaman paralel yang cepat dan tinggi, dan panjang baca yang panjang hingga 100 kilobase.
Semua data yang dihasilkan atau dianalisis selama penelitian ini disertakan dalam artikel yang dipublikasikan ini.
Dua dimensi
Bahan tiga dimensi
Dichalcogenide logam transisi berlapis
Rasio signal-to-noise
Fotoluminesensi
Tindakan balik yang diinduksi sendiri
Mikroskop kekuatan atom
Penginderaan gaya berbasis garpu tala
bahan nano
Abstrak Oligodeoksinukleotida CpG yang tidak termetilasi adalah motif imunostimulator kuat dalam mengaktifkan sistem kekebalan bawaan dan didapat dengan menginduksi respons sel T spesifik antigen tipe Th1, tetapi ketidakstabilan mereka dalam serum sangat memengaruhi efisiensi imunostimulan mereka.
Abstrak Mengambil inspirasi dari struktur frustula alga diatom dan dimotivasi oleh kebutuhan akan strategi pendeteksian baru untuk nanopollutan yang muncul dalam air, kami menganalisis potensi tablet silika berpori nano sebagai perangkat pengukuran untuk konsentrasi biomolekul atau partikel nano da
Abstrak Kemajuan terbaru dalam pengembangan bahan dua dimensi (2D) telah memfasilitasi berbagai karakteristik kimia permukaan yang diperoleh dengan menyusun spesies atom, fungsionalisasi pori, dll. Penelitian ini berfokus pada bagaimana karakteristik kimia seperti hidrofilisitas mempengaruhi laju t
Abstrak Kontrol pertumbuhan nanopartikel hematit dari larutan besi klorida di bawah kondisi hidrotermal dengan adanya dua promotor struktur yang berbeda telah dipelajari menggunakan berbagai teknik struktural dan spektroskopi termasuk laporan pertama dari foto induced force microscopy (PiFM) untuk
