Optimisasi Translokasi DNA pada Nanopore Solid-State untuk Meningkatkan Akurasi Sequencing

Abstrak

Dibandingkan dengan status nanopore bio, masih terdapat beberapa tantangan yang harus diatasi sebelum nanopore solid-state dapat diterapkan dalam sekwens DNA komersial. Resolusi spasial rendah dan resolusi temporal rendah adalah dua tantangan utama. Karena keterbatasan pada panjang nanopore dan properti permukaan nanopore solid-state, masih terdapat ruang untuk meningkatkan resolusi spasial. Sementara itu, translokasi DNA terlalu cepat di bawah gaya listrik, yang menghasilkan sedikit titik data valid yang diperoleh. Oleh karena itu, resolusi temporal nanopore solid-state dapat ditingkatkan jika kecepatan translokasi DNA dapat dikontrol dengan baik. Dalam mini-review ini, kami meringkas secara singkat metode untuk meningkatkan resolusi spasial dan berfokus pada metode yang dapat dikontrol untuk meningkatkan resolusi deteksi nanopore. Selain itu, kami menyediakan perspektif tentang perkembangan sekwens DNA melalui nanopore.

Pendahuluan

Dalam beberapa dekade terakhir, banyak kemajuan telah dicapai dalam penerapan sekwens DNA untuk membaca urutan basis dalam genom [1, 2]. Untuk mengembangkan obat personalisasi, para peneliti telah mencari metode sekwens DNA yang lebih cepat dan lebih murah, di mana obat target dan perawatan medis dapat diterapkan secara spesifik pada individu [3, 4]. Karena teknologi nanopore digunakan dalam deteksi DNA [5], teknologi ini dianggap sebagai metode yang efektif untuk sekwens generasi berikutnya [6, 7]. Teknologi nanopore adalah platform yang menjanjikan untuk mengidentifikasi detektor tunggal molekul yang sangat sensitif untuk DNA [5] atau RNA [8]. Dalam skema deteksi dasar, ruang elektrokimia dipisah menjadi dua resevoir (kompartemen cis dan trans) oleh selang tipis dengan nanopore [9], yang menghubungkan larutan konduktif dan analit dalam ruang elektrokimia. Dengan memberikan tegangan melalui selang, ion elektrolit mengalir melalui nanopore solid-state dan membentuk arus pori, yang diukur menggunakan setup patch clamp dengan elektronika ultra-sensitif yang terkait. Khi sebuah molekul atau kompleks molekul melewati nanopore, analit dapat mengecualikan beberapa ion dari volume yang didefinisikan oleh nanopore, yang dapat dideteksi dengan memantau perubahan singkat dalam arus. Dari waktu tinggal (dwell time) dalam nanopore dan tanda amplitudo arus, informasi tentang molekul dapat diperoleh. Resolusi spasial sekwens nanopore ditentukan oleh dimensi nanopore, yang menunjukkan bahwa nanopore dapat digunakan sebagai sensor tunggal untuk objek molekuler kecil yang menghasilkan tanda arus yang dapat dideteksi. Selain itu, sensor nanopore mudah diintegrasikan ke dalam perangkat lab-on-a-chip yang sangat portabel dan dapat diminiaturisasi [10].

Kemajuan signifikan telah dicapai dalam sekwens DNA melalui nanopore, seperti nanopore solid-state [2, 11] dan nanopore protein [2, 7]. Sekwens DNA melalui nanopore protein telah dicapai [7]. Namun, sistem nanopore protein memiliki keterbatasan untuk mempelajari molekul biologis. Terdapat lebih sedikit keterbatasan dengan nanopore solid-state dibandingkan nanopore biologis/protein. Kesulitan ini dapat diatasi oleh nanopore solid-state. Dibandingkan nanopore protein, nanopore solid-state fungsional dalam rentang yang lebih luas suhu, tegangan, dan kondisi pelarut serta dapat disesuaikan diameternya dengan presisi sub-nanometer. Nanopore solid-state menjanjikan untuk aplikasi dalam teknologi generasi berikutnya untuk sekwens DNA.

Banyak nanopore solid-state dengan berbagai material dan struktur telah dibuat untuk sensor DNA. Namun, sekwens DNA belum dicapai oleh nanopore solid-state. Untuk sensor nanopore solid-state, diperlukan untuk mengatasi dua hambatan utama, mengenai resolusi spasial dan resolusi temporal, sebelum aplikasi komersialnya dalam sekwens DNA. Kesulitan mengenai resolusi spasial adalah bahwa nanopore solid-state dapat membedakan spasi kecil antara dua nucleotide yang berdekatan untuk mencapai resolusi tunggal basis. Hambatan resolusi temporal adalah bahwa translokasi DNA terlalu cepat di bawah gaya listrik, yang menghasilkan hanya sedikit titik data valid yang diperoleh oleh patch clamp atau sistem akuisisi sinyal yang ada. Mini-review ini menyajikan gambaran umum tentang berbagai metode untuk meningkatkan resolusi spasial dan resolusi temporal deteksi DNA nanopore solid-state. Mini-review ini juga lebih berfokus pada metode untuk melambatkan translokasi DNA melalui nanopore solid-state.

Resolusi Spasial

Pada tahun 2001, nanopore solid-state nitrida silikon pertama kali dilaporkan oleh Li et al. [12]. Berbagai nanopore solid-state telah ditunjukkan untuk deteksi molekul DNA, seperti oksida silikon [13], silikon [14], Al₂O₃ [15], dan HfO₂ [16]. Meskipun nanopore solid-state pada akhirnya dapat tahan terhadap kondisi kimia dan mekanis, mereka memiliki beberapa keterbatasan, seperti resolusi spasial rendah. Karena ketebalan material, puluhan basis dapat melewati nanopore solid-state secara bersamaan. Saat ini, nanopore nitrida silikon yang paling tipis adalah 3 nm, yang masih tidak dapat membedakan keempat jenis basis [17].

Menariknya, ketebalan satu lapis material dua dimensi (2D) sekitar 3,0–11,0 Å, yang dapat dibandingkan dengan spasi antara dua nucleotide yang berdekatan sepanjang ssDNA (3,2–5,2 Å) [18]. Membran dua dimensi, seperti grafen (3,4 Å [19]), MoS₂ (6,5 Å [18]), WS₂ (7 Å [20]), dan h-BN (11 Å [21]), telah ditunjukkan dapat mendeteksi translokasi DNA [21,22,23] karena rasio sinyal-ke-bisingan dan resolusi spasial yang tinggi. Dari resolusi spasialnya, jelas bahwa material tersebut dapat digunakan untuk deteksi DNA. Selain itu, teknik pertumbuhan yang dapat direproduksi dan prosedur transfer skala besar memungkinkan pembuatan pori sub-nanometer dalam membran 2D secara skala besar.

Grafen adalah lapisan atom tipis atom karbon yang tersusun dalam jaringan madu dua dimensi [24]. Para peneliti telah menunjukkan bahwa molekul DNA tunggal dalam larutan dapat dideteksi dan dikarakterisasi dengan nanopore grafen [22, 25]. Namun, terdapat interaksi hidrofobik yang kuat antara nucleotide DNA dan grafen, dan DNA akan menutup dan menempel pada nanopore grafen secara parah, yang akan secara signifikan mempengaruhi kecepatan translokasi [26]. Dengan dimodifikasi dengan grup hidrofilik [26] atau dilapisi dengan material hidrofilik [25] pada grafen dapat meningkatkan hidrofilik grafen dan menghindere DNA menempel pada permukaannya. Sayangnya, baik modifikasi dengan grup hidrofilik atau pelapisan dengan material hidrofilik akan meningkatkan ketebalan film tergantung, yang mengakibatkan peningkatan ketebalan nanopore, sehingga menurunkan resolusi spasial grafen.

Dalkogenida logam transisi berlapis adalah material 2D lain, yang meliputi MoS₂ [18, 27] dan WS₂ [20]. Rasio sinyal-ke-bisingan tinggi (SNR > 10) dan peningkatan sinyal arus ion lima kali terdeteksi ketika DNA translokasi melalui membran nanopore MoS₂ [18]. Sementara itu, MoS₂ hidrofilik, jadi tidak diperlukan perawatan permukaan khusus untuk menghindere interaksi hidrofobik antara DNA dan permukaannya. Material lainnya, WS₂ memiliki jarak band langsung 2,1 eV [28], dan emisi fotoluminesensinya (PL) lebih kuat daripada MoS₂ yang telah banyak dipelajari [29]. Danda et al. [20] membuat nanopore WS₂ dan menunjukkan pencapaian ukuran nanopore yang dikontrol atomik menggunakan puluh cahaya pendek, yang dapat memiliki efek positif pada nanopore solid-state untuk deteksi DNA.

Selain itu, Liu et al. [21] melaporkan eksperimen pertama translokasi DNA melalui nanopore h-BN. Mirip dengan grafen, h-BN memiliki hidrofilik yang buruk, yang akan menyebabkan DNA menutup nanopore. Selanjutnya, Zhou et al. [23] berhasil meningkatkan hidrofilik nanopore h-BN dengan memanfaatkan antioksidasi dan integritas material h-BN setelah perawatan UV-ozon. Sifat isolasi h-BN mungkin menunjukkan daya tahan dan properti isolasi yang lebih luar biasa dalam larutan kekuatan ion tinggi dibandingkan dengan grafen. Ini adalah kandidat yang kompetitif untuk mencapai resolusi basis tunggal pada struktur nanopore super tipis.

Penggunaan material dua dimensi dapat secara potensial meningkatkan resolusi spasial perangkat untuk mencapai resolusi nucleotide tunggal. Meskipun eksperimen deteksi DNA untuk beberapa material dua dimensi telah dilaporkan, tidak ada yang melaporkan pencapaian sekwens DNA nanopore solid-state. Resolusi temporal sekwens nanopore juga merupakan tantangan.

Resolusi Temporal

Kecepatan translokasi DNA melalui nanopore solid-state sangat cepat, hingga 0,01–1 μs/base [30], yang menghasilkan sangat sedikit data efektif yang dikumpulkan oleh patch clamp komersial. Oleh karena itu, tidak mungkin untuk membedakan setiap basis berdasarkan sinyal arus hambatan. Kecepatan translokasi DNA nanopore solid-state dari material 2D, seperti grafen, MoS₂, WS₂, dan h-BN, ditunjukkan dalam Gambar 1. Secara ideal, kecepatan translokasi DNA dalam nanopore harus 1–100 bp/ms untuk memungkinkan pencatatan yang memuaskan sinyal dari setiap nucleotide [32].

Kecepatan translokasi DNA nanopore solid-state 2D [18, 20,21,22,23, 25, 27, 31]. Garis titik merah menunjukkan laju translokasi DNA 100 bp/ms

Di latar belakang ini, melambatkan kecepatan translokasi DNA adalah tujuan penting yang dikejar oleh banyak peneliti. Berbagai metode telah dikembangkan untuk melambatkan translokasi DNA guna meningkatkan resolusi temporal deteksi nanopore solid-state. Metode biasa adalah dengan mengubah pengaruh faktor eksperimental seperti suhu [33], viskositas elektrolit [27], tegangan daya [34], konsentrasi ion [35], dan kepadatan muatan permukaan nanopore [36] dengan mengubah translokasi DNA melalui nanopore tersebut. Wanunu et al. [33] berfokus pada pelambatan translokasi dsDNA melalui nanopore 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 nanopore MoS₂, dan menunjukkan bahwa viskositas tinggi cairan ionik suhu kamar menyediakan kecepatan translokasi nucleotide tunggal optimal 373 bp/ms.

Meskipun banyak pendekatan memiliki potensi untuk mengurangi kecepatan translokasi DNA dan memfasilitasi deteksi arus ion, mereka masih tidak dapat memenuhi persyaratan untuk sekwens DNA. Oleh karena itu, diperlukan untuk mengembangkan metode yang lebih radikal untuk mengontrol lewatnya DNA melalui nanopore. Di sini, kami membahas metode untuk mengontrol struktur nanopore dan pergerakan DNA kuantitatif untuk meningkatkan resolusi temporal.

Sistem Dua Nanopore

Para peneliti telah menggunakan sistem dua nanopore untuk memanipulasi translokasi molekul DNA, yang dapat mendeteksi molekuler yang sama secara berkala secara terkontrol. Dua nanopore tumpukan, dipisahkan oleh kompartemen rongga berukuran mikrometer [37] (Gambar 2a), dapat menangkap molekul DNA untuk waktu tertentu dan melepaskannya secara terkontrol. 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 nanopore dua lapis, gerak Brown molekul DNA dapat dibatasi, yang dapat meningkatkan akurasi sekwens DNA dengan nanopore. Dibandingkan teknik sensor tunggal molekul, molekul DNA dapat diukur berkali-kali dalam sistem nanopore dua lapis dengan menyusun beberapa pori secara berurutan alih-alih melewatinya bolak-balik melalui satu pori [39].

a Skema sistem nanopore dua lapis yang digunakan untuk deteksi DNA nanopore [37]. b Skema sistem nanopore ganda yang digunakan untuk deteksi DNA nanopore [38]

Sistem nanopore ganda menyediakan metode lain untuk mengontrol transportasi molekuler dan secara efisien menghubungkan molekuler antara dua pori; mereka adalah pendekatan mekanisme bebas label untuk manipulasi DNA [40]. Dalam sistem nanopore ganda, terdapat dua nanopore yang dapat diindir secara independen dan berdekatan dalam membran solid-state yang sama. Selama lewatnya molekul DNA yang diarahkan elektroforetik melalui salah satu nanopore, satu molekul DNA dapat ditangkap ke dalam kedua pori, yang mengakibatkan "tarik-menarik" antara dua nanopore [38] (Gambar 2b). Oleh karena itu, gaya diberikan ke ujung yang berbeda dari molekul DNA, yang melambatkan dan bahkan sepenuhnya menghentikan geraknya. Sistem nanopore ganda membuka jalan baru untuk pemalingan mekanis DNA dalam nanopore solid-state, dan merupakan teknik yang menjanjikan untuk mengukur berbagai biomolekul dengan keuntungan bebas label, rasio sinyal-ke-bisingan yang tinggi, dan biaya rendah. Sistem ini dapat secara efisien membatasi dan menangkap molekul DNA untuk melambatkan translokasi DNA dan juga dapat digunakan untuk mempelajari fisika tarik-menarik nanoskala ini pada DNA [41].

Nanopore Jebakan Optik

Nanopore jebakan optik memungkinkan kanta optik untuk menangkap partikel dengan ukuran kurang dari puluhan nanometer. Ini memungkinkan jebakan optik protein [42], fragmen DNA [43], dan biomolekul lainnya [44], serta virus kecil [45]. Teori dasar di balik nanopore jebakan optik adalah jebakan optik aksi balik yang diinduksi sendiri [46]. Sinar laser yang difokuskan pada wilayah larik nanopore akan membentuk medan cahaya lokal daya tinggi di tepis lapis logam dalam lubang. Ketika partikel bergerak antara medan cahaya lokal, hal itu dapat menyebabkan perubahan besar dalam transmisi optik lokal, yang pada gilirannya akan menghasilkan gaya optik dan dielektrik besar pada partikel. Struktur lubang nano ganda digunakan untuk mengatasi batasan ukuran partikel yang ditangkap. Muhammad et al. [47] menunjukkan potensi penggunaan nanopore jebakan optik dengan partikel nanopartikel silika dan Au berukuran 20 nm. Bentuk tongkat ganda dari struktur lubang nano ganda dimill ke dalam film Au, dan nanopore 25 nm dibor melalui membran SiₓNᵧ yang digantung di tengah lubang nano ganda, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3a. Gaya elektroforetik yang mendorong nanopartikel melalui nanopore, ketika melewati tepi lubang, gaya plasmonik aksi balik yang diinduksi sendiri yang ada di antara ujung lubang nano ganda menentang gaya elektroforetik, mengurangi kecepatan nanopartikel. Hasilnya menunjukkan bahwa jebakan optik memperpanjang waktu translokasi elektroforetik dengan empat orde magnitudo. Kim et al. [43] merealisasikan tangkapan optik plasmid DNA dan lambda DNA dengan menggunakan struktur nanoplasmonik nanopore tunggal. Teknologi ini memiliki potensi aplikasi untuk deteksi DNA dan beberapa medan cahaya lokal dapat disiapkan untuk merealisasikan deteksi paralel. Namun, osilasi arus ion frekuensi tinggi dapat mempengaruhi hasil deteksi arus DNA. Ini mungkin karena persaingan antara gaya elektroforetik dan gaya aksi balik yang diinduksi sendiri yang menyebabkan nanopartikel mengambang naik dan turun melalui mulut nanopore.

a Skema chip nanopore jebakan optik [47]. b Skema sistem aksi balik yang diinduksi sendiri

Kanta Optik

Kanta optik dapat digunakan untuk mengontrol translokasi molekul melalui nanopore dan telah umum digunakan dalam beberapa tahun terakhir. Pada tahun 2006, Keyser et al. [48] pertama kali menunjukkan tarik-menarik molekuler antara gaya elektroforetik dan mekanis dengan menerapkan kanta optik untuk mengontrol translokasi DNA melalui nanopore SiNₓ. Sistem ini bertindak sebagai pegas Hooke sederhana, dan gaya tegangan pada gerendel dapat dihitung berdasarkan hukum Hooke: F_ot= −k_trapZ, di mana F_ot adalah gaya optik, k_trap adalah kekakuan jebakan sepanjang arah perpindahan, dan Z adalah deformasi linier gerendel [48]. Metode kanta optik, yang menangkap gerendel polistirena yang diikat DNA pada persimpangan sinar laser difokus, dapat memanipulasi gerendel polistirena yang diikat DNA dalam tiga dimensi dan memiliki sensitivitas gaya dalam rentang piko-newton, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4a. Untuk menangkap DNA yang translokasi di dalam nanopore, gaya tegangan diatur untuk menyeimbangkan gaya medan listrik (F_el) pada DNA. Oleh karena itu, tegangan dapat digunakan baik untuk mengurangi kecepatan translokasi DNA maupun untuk menarik molekul DNA keluar dari nanopore [52]. Sistem ini memungkinkan pemantauan spasial bersamaan dan pengukuran gaya resolusi tinggi asam nukleat dan protein, yang telah mencapai kemajuan signifikan dalam sekwens DNA. Namun, teknik kanta optik menderita beberapa kesulitan dasar. Pertama, sulit untuk diskalakan ke sejumlah besar nanopore. Kedua, pemanasan yang disebabkan oleh laser dalam kanta optik sangat mempengaruhi arus ion melalui nanopore dan tingkat kebisingan, yang memerlukan gerendel yang terjebak optik berada beberapa mikrometer dari nanopore [53].

a Skema kanta optik yang digunakan untuk deteksi DNA nanopore [48]. Ketika sistem kanta optik dalam kesetimbangan, gaya optik (F_ot) sama dengan gaya medan listrik (F_el). b Skema kanta magnetik yang digunakan untuk deteksi DNA nanopore [49]. Ketika sistem kanta magnetik dalam kesetimbangan, gaya magnetik (F_Mt) sama dengan gaya medan listrik (F_el). c Skema AFM yang digunakan untuk deteksi DNA nanopore [50]. d Skema TFFS yang digunakan untuk deteksi DNA nanopore [51]

Kanta Magnetik

Kanta magnetik menyediakan cara lain untuk mengontrol translokasi DNA dengan gaya tegangan, dan telah terbukti bahwa teknik kanta magnetik efektif dalam melambatkan translokasi DNA [49]. Dalam sistem ini, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4b, molekul DNA dapat ditempelkan pada gerendel magnetik berukuran mikrometer menggunakan interaksi emas-tiol kuat [54] atau streptavidin-biotin [49]. Kemudian, ujung bebas DNA dapat ditangkap dalam nanopore oleh medan listrik yang diterapkan. Selanjutnya, dua magnet dengan celah kecil dapat digunakan untuk membuat gradien medan magnetik. Teknik ini dapat menyeimbangkan gaya listrik pada DNA yang ditangkap untuk mengurangi kecepatan translokasi dan bahkan membalikkan elektroforesis. Dibandingkan kanta optik, kanta magnetik adalah kandidat yang menjanjikan untuk spektroskopi gaya paralel massal. Dalam sistem ini, ratusan gerendel dan molekul DNA dapat dikontrol secara bersamaan dalam ratusan nanopore, yang mudah diskalakan ke banyak nanopore yang dapat diindir. Ini dapat mempercepat proses analisis dengan beberapa orde magnitudo. Namun, dibandingkan kanta optik, satu keuntungan yang jelas dari pendekatan kanta magnetik adalah kurangnya kontrol tiga dimensi terhadap molekul [55].

Sonda Pengukur Gaya

Meskipun kemajuan signifikan telah dicapai dalam mengontrol kecepatan translokasi DNA dengan kanta optik dan kanta magnetik, metode penangkap gerendel memiliki masalah dengan gerak Brown yang membuat sulit untuk mengontrol gerakan gerendel dengan resolusi kurang dari 10 nm [51]. Untuk mengatasi ini, AFM telah digunakan untuk mengontrol kecepatan translokasi DNA [50], dan juga dapat secara bersamaan mengukur gaya dan arus hambatan. Dalam studi yang menggunakan sistem ini, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4c, DNA diikat ke ujung sonda AFM, kemudian ditempelkan ke dalam pemegang sonda. Dengan mengontrol gerakan sonda, translokasi DNA dapat dikontrol untuk mengurangi kecepatannya dan bahkan membalikkan elektroforesis. Selain itu, dengan mencabut 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 oleh sinyal gabungan arus hambatan dan pengukuran gaya AFM [56]. Namun, masih terdapat hambatan dalam penerapan teknik nanopore dalam deteksi DNA, yaitu, fluktuasi teratur yang muncul secara intermiten dalam gaya (dan arus) setiap 0,35–0,72 nm ketika molekul DNA meluncur dengan cara yang relatif tanpa gesekan melalui nanopore. Fluktuasi ini disebabkan oleh nucleotide individu yang menerjemahi melalui nanopore dalam gerakan seperti pintu putar [50].

Studi telah menunjukkan bahwa gendang pendengaran, yang dapat digunakan sebagai sensor deteksi gaya, dapat mengontrol DNA untuk melewati nanopore pada laju sub-nanometer [51, 57]. Dalam studi yang menggunakan aparatur terintegrasi ini, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4d, molekul DNA diikat ke ujung sonda yang ditempelkan pada satu gigi gendang pendengaran. Sistem penempat nano, yang memiliki akurasi sub-nanometer, digunakan untuk memegang gendang pendengaran [51]. Posisi ujung sonda dapat dirasakan oleh sensor gaya umbalan berbasis gendang pendengaran dan dikontrol dengan memanipulasi sistem penempat nanometer. Kecepatan gerakan ini 10 kali lebih lambat daripada DNA yang dimanipulasi oleh kanta optik dan 1000 kali lebih lambat daripada DNA yang melewati nanopore solid-state secara bebas [57]. Dibandingkan AFM konvensional, gendang pendengaran dapat memberikan gerakan skan yang lebih cepat dan memiliki sensitivitas gaya tinggi ketika diendapkan dalam cairan. Dengan menggabungkan TFFS dengan nanopore, arus ion melalui nanopore, posisi ujung, dan amplitudo getaran ujung dapat diukur secara bersamaan selama lewatnya molekul DNA melalui nanopore.

Sonda Si

Semua metode di atas, yaitu kanta magnetik, kanta optik, AFM, dan TFFS, memerlukan pemindaian posisi nanopore. Mereka harus menentukan lokasi nanopore dalam panjang efektif DNA untuk memastikan bahwa DNA dapat melewati nanopore. Penindirian nanopore adalah bagian penting dari metode ini tetapi sulit [32] DNA terhubung ke permukaan besar sonda silikon (Gambar 5), yang lebih besar dari area chip, yang berarti mereka dapat dengan mudah memasukkan DNA yang diimobilkan ke dalam nanopore tanpa memindai lokasi nanopore dalam membran. Kelayakan penggunaan sonda Si yang diimobilkan DNA dan pengontrol posisi untuk mengontrol pergerakan DNA ke dalam dan keluar nanopore telah terbukti. Kesulitan metode ini adalah bahwa sonda Si direndam dalam larutan dan terhubung ke DNA melalui pewatan peptida. Kepadatan DNA pada permukaan sonda sulit dikontrol, sehingga beberapa DNA melewati nanopore secara bersamaan cenderung terjadi, yang mempengaruhi arus deteksi.

Skema sistem sonda Si yang diimobilkan DNA yang digunakan untuk deteksi DNA nanopore [32]

Kanta optik, kanta magnetik, mikroskopi gaya atom (AFM), dan pengukuran gaya berbasis gendang pendengaran (TFFS) dapat mendeteksi gaya dan posisi aktual molekul dalam nanopore, yang menjanjikan untuk mengontrol lewatnya DNA melalui nanopore dengan kecepatan yang sesuai. Kesulitan penindirian nanopore dihindari dengan menggunakan sonda Si. Selain itu, penggunaan sistem nanopore ganda adalah metode yang dapat dilakukan untuk mengontrol dan melambatkan lewatnya DNA melalui nanopore. Selain itu, nanopore jebakan optik memiliki potensi untuk deteksi DNA di masa depan. Di sini, kami meringkas kecepatan translokasi DNA nanopore solid-state yang terintegrasi dengan beberapa metode kontrol DNA, seperti sistem nanopore ganda, nanopore jebakan optik, kanta optik, kanta magnetik, AFM, TFFS, dan sonda Si (Tabel 1).