DNA origami lægger et smart låg på solid-state nanopore sensorer

Det seneste fremskridt inden for solid-state nanopore-sensorer-enheder, der er fremstillet med standardværktøjer i halvlederindustrien, men alligevel kan tilbyde enkeltmolekylær følsomhed for etiketfri proteinscreening-udvider deres pose tricks gennem bionanoteknologi. Forskere ved Technische Universitaet Muenchen har forbedret mulighederne for solid-state nanoporer ved at montere dem med dækplader lavet af DNA. Disse dækplader i nanoskala, med centrale åbninger tilpasset forskellige "gatekeeper" funktioner, er dannet af såkaldt DNA origami-kunsten at programmere DNA-strenge til at folde ind i specialdesignede strukturer med specificerede kemiske egenskaber.

Resultaterne offentliggøres i Angewandte Chemie International Edition .

I løbet af de sidste par år har Professor Hendrik Dietz forskningsgruppe på TUM har forfinet kontrollen med DNA origami -teknikker og demonstreret, hvordan strukturer, der er lavet på denne måde, kan muliggøre videnskabelige undersøgelser på forskellige områder. I mellemtiden, Dr. Ulrich Rants forskningsgruppe har gjort det samme for nanopore-sensorer i solid state, hvor det grundlæggende arbejdsprincip er at tilskynde til biomolekyler af interesse, en ad gangen, gennem et hul i nanometer i en tynd plade af halvledermateriale. Når biomolekyler passerer igennem eller bliver hængende i en sådan sensor, minut ændringer i elektrisk strøm, der strømmer gennem nanoporen, oversætter til information om deres identitet og fysiske egenskaber. Nu Dietz og Rant, som begge er stipendiater ved TUM Institute for Advanced Study, er begyndt at undersøge, hvad disse to teknologier kan udrette sammen.

Det nye apparatkoncept-rent hypotetisk før denne serie af eksperimenter-begynder med placeringen af ​​en DNA-origami "nanoplat" over den smalle ende af en konisk konisk solid-state nanopore. "Tuning" af størrelsen af ​​den centrale blænde i DNA -nanopladen bør muliggøre filtrering af molekyler efter størrelse. En yderligere forfining, placering af enkeltstrengede DNA-receptorer i åbningen som "agn, "bør tillade sekvensspecifik påvisning af" bytte "-molekyler. Tænkelige anvendelser omfatter biomolekylære interaktionsskærme og påvisning af DNA-sekvenser. I princippet er en sådan indretning kan endda tjene som grundlag for et nyt DNA -sekventeringssystem.

Trin for trin, forskerne undersøgte hver af disse ideer. De var i stand til at bekræfte selvsamlingen af ​​specialdesignede DNA origami-nanoplader, og derefter deres placering-efter at være blevet guidet elektrisk i position-over solid-state nanoporer. De var i stand til at demonstrere både størrelsesbaseret filtrering af biomolekyler og agn/byttedetektering af specifikke målmolekyler. "Vi er især begejstrede for det selektive potentiale ved agn/bytte-tilgang til enkeltmolekyle-sansning, "Dietz siger, "fordi mange forskellige kemiske komponenter ud over DNA kunne bindes til det passende sted på en DNA -nanoplade."

Højopløselige registreringsapplikationer såsom DNA-sekventering vil stå over for nogle yderligere forhindringer, imidlertid, som Rant forklarer:"Ved design, nanoporerne og deres DNA origami -portvagter lader små ioner passere igennem. For nogle tænkelige applikationer, der bliver en uønsket lækstrøm, der skulle reduceres, sammen med størrelsen af ​​aktuelle udsving. "