Forskere udfører de hurtigste målinger, der nogensinde er lavet af ionkanalproteiner

Miniaturiseringen af ​​elektronik fortsætter med at skabe hidtil usete muligheder i computer- og kommunikationsapplikationer, muliggør håndholdte trådløse enheder med en enorm computerydeevne, der opererer på batteristrøm. Denne samme miniaturisering af elektroniske systemer skaber også nye muligheder inden for bioteknologi og biofysik.

Et team af forskere ved Columbia Engineering har brugt miniaturiseret elektronik til at måle aktiviteten af ​​individuelle ionkanalproteiner med tidsmæssig opløsning så fin som et mikrosekund, producerer de hurtigste optagelser af enkelte ionkanaler, der nogensinde er udført. Ionkanaler er biomolekyler, der tillader ladede atomer at strømme ind og ud af celler, og de er en vigtig arbejdshest i cellesignalering, sansning, og energi. De er også ved at blive udforsket for nanopore-sekventeringsapplikationer. Som "transistorer" af levende systemer, de er målet for mange stoffer, og evnen til at udføre så hurtige målinger af disse proteiner vil føre til ny forståelse af deres funktioner. Forskerne har designet et tilpasset integreret kredsløb til at udføre disse målinger, hvor en kunstig cellemembran og ionkanal er knyttet direkte til overfladen af ​​forstærkerchippen.

Resultaterne er beskrevet i et papir offentliggjort online 1. maj, 2013, i Nano bogstaver .

"Forskere har målt enkelte ionkanaler ved hjælp af store rackmonterede elektroniske systemer i de sidste 30 år, siger Jacob Rosenstein, hovedforfatteren på papiret. Rosenstein var ph.d.-studerende i elektroteknik ved skolen på det tidspunkt, hvor dette arbejde blev udført, og er nu adjunkt ved Brown University. "Ved at designe en brugerdefineret mikroelektronisk forstærker og tæt integrere ionkanalen direkte på forstærkerens chipoverflade, vi er i stand til at reducere omstrejfende kapacitanser, der er i vejen for hurtige målinger."

"Dette arbejde bygger på andre bestræbelser i mit laboratorium for at studere egenskaberne af individuelle molekyler ved hjælp af brugerdefineret elektronik designet til dette formål, " siger Ken Shepard, professor i elektroteknik ved Skolen og Rosensteins rådgiver. Shepard-gruppen fortsætter med at finde måder at fremskynde disse enkeltmolekylemålinger på. "I nogle tilfælde, " tilføjer han, "vi kan muligvis fremskynde tingene til at være en million gange hurtigere end nuværende teknikker."