Mindre, snabbare och billigare utrustning för DNA-sekvensering. Det kan bli verklighet med en ny metod där man använder nanosprickor, ytterst små sprickor eller luftgap, i elektriskt ledande material. Det visar en ny avhandling som läggs fram på KTH idag.

Bild av sprickgenererad tunnelövergång tagen med elektronmikroskop. Sådana elektriska övergångar, tunnelövergångar, kan lösa viktiga tekniska utmaningar som nanovetenskapen idag ställs inför. Det visar Valentin Dubois från KTH i sin nya avhandling.

DNA-sekvensering tillämpas i en rad områden i dag. Inom medicin använder man DNA-sekvensering för att identifiera, diagnostisera och möjligen hitta botemedel för sjukdomar. På längre sikt kommer metoden kunna användas också i medicinska utredningar, där vården skräddarsys enligt en molekyl- eller cellanalys av en enskild patient.
Problemet med dagens optiska DNA-sekvenserare är att processerna är långsamma och utrustningen är skrymmande och dyr. Valentin Dubois är doktorand på avdelningen för mikro- och nanosystemteknik och disputerar på KTH idag. Han har tillsammans med sina handledare utvecklat en metod där man med hjälp av nanosprickor kan, bland annat, utveckla DNA-sekvenserare som är avsevärt mycket mindre, snabbare och billigare.
– Vår metod kan i princip möjliggöra DNA-sekvenserare som skulle bestå av en enkel USB-ansluten dockningsstation, i en storlek motsvarande en liten smartphone, som skulle kosta mindre än 1000 kronor att köpa. Och vem som helst skulle kunna använda den utan någon särskild utbildning. Det skulle förhoppningsvis bli möjligt att bestämma ett en persons arvsmassa på några tiotals minuter, istället för som nu där det tar dagar.
Nanosprickor identifierades som en möjlig mönstringsteknik för mikro- och nanoelektronik för drygt tio år sedan. Fördelen med den teknologi som Valentin Dubois presenterar i sin avhandling är att man med den kan framställa sprickor som är precis så små som behövs och dessutom miljoner av dem parallellt.
– Baserad på denna teknik har vi tagit fram en typ av elektrisk nanostruktur, kallad tunnelövergång, som kräver minsta tänkbara luftgap, i storleksordningen några enstaka nanometer. Dessutom kan måtten på ett luftgap som genereras genom sprickning styras med hjälp av konventionell mikromönsterteknik. Det är vad som verkligen skiljer vår teknik från andra arbeten på området som inte på något enkelt sätt kan styra bredden på de sprickor som bildas.
I sin avhandling ”Crack-junctions: Bridging the gap between nano electronics and giga manufacturing” beskriver Valentin Dubois hur man kan tillämpa de unika egenskaperna hos nanosprickor i elektriskt ledande material samt utveckla ett nytt sätt att producera elektrodpar med nanometerbreda luftgap.
– Jag upptäckte att de elektriska övergångar, tunnelövergångar, som skapades på detta sätt skulle kunna lösa viktiga tekniska utmaningar som nanovetenskapen idag ställs inför. Sprickgenererade tunnelövergångar har förutsättningar att möjliggöra nya, ännu inte undersökta, experimentella konfigurationer för att utforska och utnyttja fysik, och snart även biologi, på nano- och molekylnivå.
Efter att ha tagit sin doktorsexamen kommer Valentin Dubois att fortsätta arbeta med teknologier för DNA-sekvensering på Broad Institute i Boston. Han fick nyligen Wallenberg Post-doctoral Fellowship för att göra sin postdok där.
– Det är en förstklassig forskningsmiljö med enastående samarbetspartners, vilket ger bästa möjliga förutsättningar för min teknologi att bli framgångsrik. För mig är det också en utmärkt möjlighet att lära mig om aktuella och prioriterade ämnen inom hälsovårdsrelaterad forskning, speciellt inom genomik. Jag hoppas att jag kommer lära mig mycket och därmed utvecklas som forskare, och även som entreprenör.

Filed under: SvenskTeknik