Nye nanoskala transistorer tillader følsom sondering inde i celler

Kemikere og ingeniører ved Harvard University har formet nanotråde til en ny type V-formet transistor, der er lille nok til at kunne bruges til følsom undersøgelse af cellernes indre.

Den nye enhed, beskrevet i denne uge i journalen Videnskab , er mindre end mange vira og omkring en hundrededel af bredden af ​​sonderne, der nu bruges til at foretage cellulære målinger, som kan være næsten lige så store som cellerne selv. Dens slankhed er en markant forbedring i forhold til disse mere omfangsrige sonder, som kan beskadige celler ved indsættelse, reducere nøjagtigheden eller pålideligheden af ​​alle opnåede data.

"Vores brug af disse nanoskala felt-effekt-transistorer, eller nanoFET'er, repræsenterer den første helt nye tilgang til intracellulære undersøgelser i årtier, samt den første måling af indersiden af ​​en celle med en halvlederanordning, "siger seniorforfatter Charles M. Lieber, Mark Hyman, Jr. professor i kemi ved Harvard. "NanoFET'erne er det første nye elektriske måleværktøj til intracellulære undersøgelser siden 1960'erne, i løbet af hvilken tid elektronikken har udviklet sig betydeligt. "

Lieber og kolleger siger, at nanoFET'er kan bruges til at måle ionstrømning eller elektriske signaler i celler, især neuroner. Enhederne kan også udstyres med receptorer eller ligander til at undersøge tilstedeværelsen af ​​individuelle biokemikalier i en celle.

Menneskelige celler kan variere i størrelse fra ca. 10 mikron (milliontedele af en meter) for nerveceller til 50 mikron for hjerteceller. Mens aktuelle prober måler op til 5 mikrometer i diameter, nanoFET'er er flere størrelsesordener mindre:mindre end 50 nanometer (milliarder af en meter) i samlet størrelse, med selve nanotrådsonden, der kun måler 15 nanometer i diameter.

Bortset fra deres lille størrelse, to funktioner gør det let at indsætte nanoFET'er i celler. Først, Lieber og kolleger fandt ud af, at ved at belægge strukturerne med et phospholipid -dobbeltlag - det samme materiale cellemembraner er lavet af - trækkes enhederne let ind i en celle via membransmeltning, en proces relateret til den, der bruges til at opsluge vira og bakterier.

"Dette eliminerer behovet for at skubbe nanoFET'erne ind i en celle, da de i det væsentlige er fusioneret med cellemembranen af ​​cellens eget maskineri, "Lieber siger." Dette betyder også, at indsættelse af nanoFET'er ikke er nær så traumatisk for cellen som nuværende elektriske sonder. Vi fandt ud af, at nanoFET'er kan indsættes og fjernes fra en celle flere gange uden nogen mærkbar skade på cellen. Vi kan endda bruge dem til at måle kontinuerligt, når enheden kommer ind og ud af cellen. "

For det andet, det nuværende papir bygger på tidligere arbejde fra Liebers gruppe med at introducere trekantede "stereocentre" - i det væsentlige, faste 120º samlinger - i nanotråde, strukturer, der tidligere havde været stift lineære. Disse stereocentre, analog med de kemiske nav, der findes i mange komplekse organiske molekyler, introducere kinks i 1-D nanostrukturer, forvandle dem til mere komplekse former.

Lieber og hans medforfattere fandt ud af, at indføring af to 120º-vinkler i en nanotråd i den korrekte cis-orientering skaber en enkelt V-formet 60º-vinkel, perfekt til en todelt nanoFET med en sensor i spidsen af ​​V. De to arme kan derefter forbindes til ledninger for at skabe en strøm gennem nanoskala-transistoren.