Scheiding van moleculen in een nanokanaal dna

In een rij uiterst ondiepe kanaaltjes op een chip kunnen DNA-moleculen met hulp van een elektrisch veld worden tegengehouden of juist voortbewogen. De snelheid van de moleculen en hun manier van voortbewegen – schokkend of vloeiend – hangen daarbij ook af van hun lengte en hun lading. Dat ontdekten onderzoekers van het MESA+-instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente ( Nano Letters, juli). Zij willen de techniek verder gaan ontwikkelen om er snel en efficiënt DNA-moleculen mee te kunnen scheiden, bijvoorbeeld voor het vaststellen van een DNA-vingerafdruk.

Een veelgebruikte methode om stukken DNA van elkaar te scheiden (gel elektroforese) is door een elektrisch veld aan te leggen over een gel in een dun buisje, een capillair. Afhankelijk van hun lengte en elektrische lading bewegen DNA-moleculen met verschillende snelheden door die gel heen. Een nog niet vervolmaakte variant is een chip waarin de capillairen zijn vervangen door met gel gevulde kanaaltjes – een kleiner systeem en dus in principe op locatie bruikbaar. Maar het vullen met gel is in beide gevallen een bewerkelijke en tijdrovende stap.

Misschien is die niet nodig, schrijven Georgette Salieb-Beugelaar en haar collega’s nu. Ze prepareerden een rij kanaaltjes op een chip, elk met een lengte van vijfhonderd micrometer, een breedte van drie micrometer en een diepte van slechts twintig nanometer. Die ondiepte heeft direct gevolgen voor de snelheid waarmee de DNA-moleculen door de kanaaltjes bewegen.

Terwijl DNA-moleculen in een oplossing een bolvormig propje vormen, worden ze nu gedwongen zich uit te strekken, zodra ze door het elektrisch veld een kanaaltje binnengetrokken worden. In de ondiepe kanalen voelen de moleculen daarna de ruwheid van de ‘bodem’, die hun beweging hindert. Dat wordt nog eens versterkt door het aanleggen van een elektrisch veld. Wanneer de sterkte daarvan een minimum overschrijdt, perkt dat hun bewegingsvrijheid nog meer in. De onderzoekers ontdekten dat het zelfs mogelijk is om sommige moleculen helemaal stil te leggen, waarna ze bij een lager elektrisch veld weer verder bewegen. Zulke grote verschillen in beweeglijkheid waren niet eerder waargenomen. Rob van den Berg