Instrument för elektrontunnelmätningar med hög hastighet
- Diarienummer
- ITM17-0049
- Start- och slutdatum
- 190101-221231
- Beviljat belopp
- 7 999 326 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
För att effektivt kunna realisera den enorma potentialen hos personligt anpassad medicin krävs att man har vetskap om den specifika patientens fullständiga arvsmassa. Men nuvarande DNA-sekvenseringsteknologi är dock fortfarande för långsam och för dyr för sekvensering av gener i stor skala inom vården. Behovet är därför stort av en ny teknik som kan avkoda patientens fullständiga arvsmassa inom en timme till en kostnad av mindre än 100 USD. DNA-sekvensering baserad på elektrontunnel-detektering är en av de mest lovande metoderna för att uppnå detta mål. Med detta tillvägagångssätt avkodas molekylära strängar genom att transportera dem genom nanoporer i vilka avkännande nanoelektroder har integrerats. Genom att mäta den så kallade elektriska tunnelströmmen som passerar mellan två nanoelektroder så kan de enskilda molekyldelarna i den passerande molkeylsträngen identifieras. För att kunna utforska denna metod så behövs dock ett instrument som inte existerar idag. Detta instrument måste kunna läsa ut de små tunnelströmmarna vid mycket höga hastigheter (10-100 MHz). För att möta detta behov avser vi att utveckla ett instrument, som kombinerar elektrontunnelsensorer, höghastighetsutläsningselektronik samt signalbehandling. Detta projekt kommer att bana väg för ny forskning baserad på sekvensering av DNA, RNA och peptider till låg kostnad, vilket kan möjliggöra framsteg inom biologi, medicinteknik och vården samt ha betydande vetenskapliga, samhälleliga och kommersiella effekter.
Populärvetenskaplig beskrivning
Den genetiska koden finns lagrad i varje cell i form av långa DNA-molekyler. DNA-molekylen är uppbyggd av fyra nukleotider vars ordning bestämmer organismens utveckling och funktioner. Med hjälp av DNA-sekvenseringsmetoder kan man kartlägga organismens arvsmassa samt upptäcka avvikelser som t ex specifika sjukdomar. Dagens sekvenseringsmetoder är mycket kraftfulla och används rutinmässigt för kartläggning och undersökning av genomet. Dock är dessa metoder förhållandevis långsamma och kräver omfattande och tidsödande förbehandling av DNA-provet som skall analyseras. I den nu pågående utvecklingen av den nästa generationens DNA-sekvenseringsplattformar är målet att DNA-sekvensen kan bestämmas genom att DNA-strängen fås att passera genom ett ytterst litet hål i storleksordningen ett par nanometer samtidigt som man elektriskt detekterar de olika nukleotider som passerar hålet. Detta medför att sekvenseringen kan göras snabbare samt utan komplicerade DNA-prepareringssteg. Vidare kan dessa sekvenseringsmaskiner göras väsentligt mindre vilket möjliggör billigare och mer patientnära undersökningar. En särskilt intressant detekteringsteknik är att man låter DNA-strängen passera mellan två stycken elektriskt förspända elektroder med ett avstånd på några enstaka nanometer samtidigt som man mäter den så kallade tunnelströmmens variationer. I detta projekt kommer vi att utveckla ett avancerat instrument för biomolekylavkänning genom användning av elektrontunnelsensorer och höghastighetsavläsningselektronik, som inte existerar idag. Det föreslagna projektet ligger i den absoluta frontlinjen av den internationella mätsystemteknik och nanoteknikforskningen och dess resultat kommer att ha stor inverkan och bidra till den internationella synligheten för Sverige.