ДНК-транзистор. 
Наноэлектроника и схемотехника

Новый подход в схемотехнике заключается в сочетании в компоненте неживой и живой форм.

ДНК-транзистор — это новое наноразмерное устройство, способное контролировать положение молекулы ДНК в нанопоре с точностью до одного нуклеотида. Возможно, такая структура совершит революцию в современной технологии секвенирования. Секвенирование биополимеров (белков и нуклеиновых кислот ДНК и РНК) — это определение их первичной аминокислотной или нуклеотидной последовательности (от англ, sequence — последовательность). В результате получается линейное символьное описание, которое представляет атомную структуру молекулы. Ученые из IBM Research и их коллеги из TJ Watson Research.

Center предложили вариант ДНК-транзистора (рис. 2.6), с помощью которого будет производиться более эффективное секвенирование генома. ДНК-транзистор представляет собой длинную наноразмерную пору с рядом полупроводниковых и металлических добавок, внутри которой находится длинная молекула ДНК. Диаметр поры должен быть не слишком велик — всего несколько нанометров. Благодаря добавкам внутри ДНК-канала концентрируются заряды, сравнимые с зарядами одиночных электронов.

Рис. 2.6. ДНК-транзистор [32].

Из-за разности потенциалов между центральным и боковыми электродами формируется электростатическая ловушка, которая захватывает молекулу ДНК. Изменение частоты напряжения приводит к движению молекулы внутри поры с заданной точностью, в данном случае — с точностью до одного нуклеотида, чего ранее достичь не удавалось.

Секвенация ДНК отдельно взятого человека с помощью современной техники займет несколько месяцев и будет стоить миллионы долларов, что, естественно, не позволяет детально исследовать геном пациентов и на его основе лечить наследственные заболевания. Если же появится устройство быстрого секвенирования, то анализ ДНК может быть вполне обычной клинической процедурой, как, например, анализ крови. Естественно, подобная практика совершит революцию в медицине.

Новый метод, основанный на использовании ДНК-транзистора, для успешной секвенации потребует в 100 млн раз меньше исходного вещества (ДНК) и займет гораздо меньше времени. Но самое главное — нанопоры для ДНК-транзисторов можно изготовлять в больших количествах с помощью современных методов микроэлектронного производства. Протягивать сквозь нанопору можно будет не только молекулы ДНК, но и другие биомолекулы с целью, например, изучения их морфологии и механических свойств. Сейчас ученые работают над изготовлением первого прототипа дискретного секвенатора на основе ДНК-транзистора.