Integration of DNA origami with Solid-State Nanopores for Sensing Applications

Thumbnail Image

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Kemiantekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-12-15

Department

Major/Subject

Biotuotteet

Mcode

CHEM3048

Degree programme

Kemiantekniikan kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

29

Series

Abstract

Solid-state nanopores are nanoscale holes in synthetic membranes that are used to detect molecules and their properties, such as size, shape, and charge. The challenge of solid-state nanopores is their lack of selectivity. DNA origami is a versatile two- or three-dimensional nanostructure, with high biocompatibility, easy programmability, and great specificity and selectivity. DNA origami nanostructures can be integrated into solid-state nanopores to enhance their functionality and specificity. This enables the detection of a wider range of analytes, from ions to macromolecules. In addition, the easy modification of DNA origami allows the functionalization of the structure for specific molecules. This bachelor’s thesis is a literature review focusing on the integration of DNA origami with solid-state nanopores and its effect on sensing applications. Based on the collected information, the integration offers numerous advantages in sensing and distinguishing single molecules. This property is highly desired in biomedicine and diagnostics, where sensitive and specific sensors are required. In addition to the detection of molecules, the sensor could be used to research structures and intermolecular forces. Although the integration does have some obstacles that require solving before commercial use can be thought of, these DNA origami nanopore sensors could open the door for new possibilities in sensor technology and advanced diagnostics.

Synteettiset nanohuokoset ovat nanoskaalan kokoisia pieniä reikiä synteettisissä kalvoissa, kuten piinitridissä, ja niitä käytetään molekyylianalyysissä havaitsemalla ionivirran muutoksia, kun aine kulkee huokosen läpi. Näin voidaan havaita yksittäisiä molekyylejä ja saada tietoa niiden ominaisuuksista, kuten koosta tai varauksesta. DNA-origami on kaksi- tai kolmiulotteinen nanoluokan rakenne, joka voidaan ohjelmoida tarkasti yhden emäksen tarkkuudella. Yhdistämällä DNA-origami synteettisiin nanohuokosiin pyritään parantamaan sensorien toiminnallisuutta ja spesifisyyttä. DNA-origamien helppo muokattavuus mahdollistaa rakenteen funktionalisoinnin, mikä lisää sensorin spesifisyyttä ja herkkyyttä. Tämä kandidaatintyö on kirjallisuuskatsaus, joka tutkii DNA-origamien integraatiota synteettisiin nanohuokosiin, ja integraation vaikutusta tunnistussovelluksiin. Erityistä huomiota kiinnitetään myös siihen, miten DNA-origamin rakenteelliset ominaisuudet vaikuttavat sensorin suorituskykyyn ja miten näitä ominaisuuksia voidaan optimoida sovelluksia varten. Tulosten perusteella DNA-origamin ja synteettisten nanohuokosten yhdistäminen tarjoaa merkittäviä etuja yksittäisten molekyylien havaitsemisessa ja biomolekyylien tarkemmassa tunnistamisessa. Tämä on erityisen tärkeää biolääketieteessä ja diagnostiikassa, missä tarvitaan herkkiä ja valikoivia menetelmiä esimerkiksi sairausmerkkiaineiden havaitsemiseen alhaisissa pitoisuuksissa. Integraatio voi johtaa sensorien herkkyyden ja valikoivuuden huomattavaan parantumiseen, mikä mahdollistaisi aikaisemman sairauden toteamisen ja tehokkaamman hoidon seurannan. Lisäksi sensorin avulla voidaan tutkia biomolekyylien vuorovaikutuksia ja rakenteita yksityiskohtaisemmin, mikä edistää perustutkimusta molekyylibiologiassa. Vaikka integraatioon liittyy haasteita, kuten rakenteiden stabiilisuus ja valmistuksen monimutkaisuus, nämä ovat ratkaistavissa edistyneillä nanoteknologisilla menetelmillä. Tulevaisuudessa DNA-origami nanohuokoset voivat avata uusia mahdollisuuksia sensoriteknologian kehityksessä ja edistää merkittävästi sairauksien diagnosointia ja seurantaa.

Description

Supervisor

Hiltunen, Eero

Thesis advisor

Zerolová, Agnes

Keywords

DNA origami, nanotechnology, solid-state nanopores, sensing

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202501211482

Collections

[kand] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM