Plasmonic nanopores for trapping, controlled motion and sequencing of DNA

用于 DNA 捕获、控制运动和测序的等离激元纳米孔

基本信息

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): This research project aims to combine the unique and powerful capabilities of two exciting, rapidly evolving fields, plasmonics and nanopores, for the analysis of single DNA molecules. More specifically, recent advances in nanoplasmonics will be utilized to enable label-free, single-molecule trapping and sequencing of DNA using nanopores. A novel type of synthetic nanostructure will be developed to strongly focus light to very high intensity in a nanometer-dimension spot where a solid-state nanopore is created. Through that spot, a DNA molecule will be translocated in a controlled way, allowing the detection of the sequence of the DNA fragments that are sequentially exposed to the intense optical fields of the plasmonic hot spot. The unique aspect of the program is the use of plasmonic tweezers to control DNA in solid-state nanopores. This novel approach to advancing DNA through the nanopore simultaneously enables DNA sequence detection through surface-enhanced Raman spectroscopy. Because locally confined plasmonic fields enhance Raman scattering many orders of magnitude and because of the direct relationship of Raman spectra to the underlying molecular structure, sequence detection will be possible directly, without any labeling. The project's team is a synergetic combination of experts in biomolecular modeling (UIUC), nanopore experiments (TU Delft) and plasmonic sensing (TU Delft). The specific aims of the projects are to (i) use a plasmonic field to trap DNA in solid-state nanopores, (ii) develop a method to transport DNA through plasmonic nanopores in discrete, ultimately single-nucleotide steps, and (iii) detect the nucleotide sequence of trapped and moving DNA molecules by means of Raman spectroscopy.
描述(由申请人提供):该研究项目旨在将等离激元和纳米孔这两个令人兴奋、快速发展的领域的独特而强大的能力结合起来,用于分析单个 DNA 分子。更具体地说,纳米等离子体技术的最新进展将用于利用纳米孔实现无标记、单分子捕获和 DNA 测序。将开发一种新型的合成纳米结构,将光强烈聚焦到形成固态纳米孔的纳米尺寸点中,达到非常高的强度。通过该点,DNA 分子将以受控方式易位,从而可以检测依次暴露于等离子体热点强光场的 DNA 片段的序列。该程序的独特之处在于使用等离子体镊子来控制固态纳米孔中的 DNA。这种通过纳米孔推进 DNA 的新颖方法同时能够通过表面增强拉曼光谱检测 DNA 序列。由于局部限制的等离子体场将拉曼散射增强了许多数量级,并且由于拉曼光谱与底层分子结构的直接关系,因此可以直接进行序列检测,而无需任何标记。该项目的团队由生物分子建模(UIUC)、纳米孔实验(代尔夫特理工大学)和等离子体传感(代尔夫特理工大学)专家组成。这些项目的具体目标是 (i) 使用等离子体场将 DNA 捕获在固态纳米孔中,(ii) 开发一种以离散的、最终单核苷酸步骤通过等离子体纳米孔传输 DNA 的方法,以及 (iii) 检测通过拉曼光谱分析捕获和移动 DNA 分子的核苷酸序列。

项目成果

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