TU Twente 'vangt' DNA in een nanokanaal

Bij een hoog elektrisch veld blijkt zo'n molecuul schoksgewijs door het kanaal te bewegen, bij lagere velden is de beweging vloeiend. Op deze manier wordt het mogelijk om DNA-fragmenten op een chip te `vangen' en te scheiden voor analyse.

In de extreem ondiepe kanalen waardoor de onderzoekers de DNA-moleculen laten bewegen - 20 nanometer diep, enkele micrometers breed - gedragen de moleculen zich heel anders dan in de vrije oplossing. Terwijl ze in vrije oplossing een soort propje vormen, worden ze in het kanaal in een langwerpig keurslijf gegoten.

Lange en korte moleculen laten dan al een verschil in beweeglijkheid zien, en nu blijkt bovendien het aangelegde elektrische veld een sterke invloed te hebben. Dit opent nieuwe mogelijkheden voor het scheiden van DNA-moleculen en -fragmenten.

Tot nu toe wordt dit gedaan in microkanalen die hiervoor worden gevuld met een gel, in zogenaamde gel electroforese. ‘Deze bewerkelijke en tijdrovende vulstap is met de nieuwe methode niet meer nodig’, aldus onderzoeker Georgette Salieb-Beugelaar.

Ruwheid
In hun Nano Letters publicatie schrijven de onderzoekers het verschil in beweeglijkheid onder meer toe aan de oppervlakteruwheid van het kanaal. Een DNA-molecuul kan met gemak 1000 keer langer zijn dan het kanaal diep is: het `voelt' daardoor op veel plekken de minieme oppervlakteruwheden, versterkt door het elektrisch veld.

Dit lijkt de stagnatie in de beweging bij hoge velden te veroorzaken, en is een mogelijkheid om fragmenten te vangen en gedoseerd - bij lagere velden
- verder te laten bewegen. Het verschil in beweeglijkheid bij verschillende elektrische velden was nog niet eerder aangetoond.

Het onderzoek is uitgevoerd in de BIOS Lab-on-a-chip groep, onderdeel van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente. De onderzoekers hebben samengewerkt met collega's van de Technische Fachhochschule Wildau in Duitsland en de Universiteit van Lund in Zweden. Het is mede mogelijk gemaakt dankzij een subsidie uit het nationale programma NanoNed en het Europese network of excellence Nano2Life.

Het artikel `Field-dependent DNA mobility in 20 nm high nanoslits', door Georgette Salieb-Beugelaar, Juliana Teapal, Jan van Nieuwkasteele, Daniël Wijnperle, Jonas Tegenfeldt, Fred Lisdat, Albert van den Berg en Jan Eijkel, verschijnt binnenkort in Nano Letters.