Forskere ved utilsigtet udånding fører til forbedret DNA -detektor

Greg Madejski holdt vejret, da han kiggede ind i mikroskopet, forsøger at svejse to fingerneglstørrelser sammen:en lille chip indeholdende et nanofilter oven på en anden chip med en DNA-sensor.

Det var frustrerende arbejde. Chipsene fik ikke god kontakt med hinanden. Madejski stak forsigtigt i chipsene, så peered over toppen af ​​mikroskopet.

Og pustede ud.

Den pludselige flod af varm luft fejede over nanofiltret, overføre den til sensoren -lige på målet. "Ulykken" førte Madejski til en vigtig indsigt:vanddampen i hans ånde havde kondenseret på enheden, får nanofilteret til at klæbe så pænt til sensoren.

"Det var som en virkelig højteknologisk midlertidig tatovering, som jeg skabte ved et uheld; slikke og holde!" siger ph.d. -studerende i laboratoriet til James McGrath, professor i biomedicinsk teknik ved University of Rochester.

Og sådan blev vanddamp integreret i udviklingen og designet af en ny enhed til påvisning af DNA -biomarkører tilknyttet sygdom. Oprettet af McGraths laboratorium i samarbejde med professor Vincent Tabard-Cossa og kandidatstuderende Kyle Briggs ved University of Ottawa, enheden er beskrevet i en artikel offentliggjort online på Nano Letters. Artiklen, og et billede fra Madejskis hjemmelavede animation af enheden i drift, vil blive fremhævet på forsiden af ​​printnummeret fra februar 2018.

'En bemærkelsesværdig struktur'

Enheden består af tre ultratynde lag:

• en nanoporøs siliciumnitridmembran, der fungerer som et forfilter.
• en biosensormembran med en enkelt nanopore.
• et afstandsstykke, der kun adskiller disse med 200 nm.

Arrangementet skaber en nanokavitet fyldt med mindre end en femtoliter væske - eller cirka en million gange mindre end de mindste regndråber.

Under drift, enheden bruger et elektrisk felt til at lokke en DNA -streng til at komme ind i en af ​​forfilterets porer og derefter passere gennem nanokaviteten for at nå porerne i den underliggende sensormembran. Dette udløser ændringer i enhedens elektriske strøm, der kan detekteres og analyseres. Det faktum, at DNA skal forlænge sig på en konsekvent måde for at passere gennem kombinationen med to membraner, forbedrer præcisionen og reproducerbarheden af ​​detektion.

"Dette er en bemærkelsesværdig struktur, "siger McGrath." Vi har bygget et integreret system med et meget porøst filter inden for en sensor's molekylære rækkevidde. Jeg tror, ​​der er mange sensorer, især dem, der jagter biomarkører i rå biologiske væsker, det ville have fordel af at filtrere uønskede molekyler væk umiddelbart opstrøms for detektoren. "

Fremstillingsmetoden væder øjeblikkeligt nanokaviteten, hvilket ofte er svært i nanoskalaen. Enheden indeholder snesevis af disse nanokaviteter, som i sidste ende kan øge mængden af ​​materiale, der kan screenes ved at muliggøre paralleliseret detektering af biomarkører.

At løse problemer, som andre har brug for, er løst

Tabard-Cossas laboratorium bruger solid-state nanopore-enheder til at finde nye måder at manipulere og karakterisere enkeltmolekyler på. Hans laboratorium var interesseret i at finde nye materialer, der kunne bruges til påvisning af biomarkører. Forfiltret i den nye enhed løser et problem med andre silicium -nanopore -detektorer:De er mere tilbøjelige til at tilstoppe end alternative enheder, der bruger de biologiske porer til sensing. Biologiske membraner, på den anden side, er mindre stabile end faststof -nanoporer, McGrath bemærkede.

"Vi elsker at anvende vores membranteknologi til at løse problemer, som andre har brug for løst. Dette er et meget godt eksempel., "Siger McGrath.

McGrath er medstifter af SiMPore, en universitetsbaseret opstart, der udvikler meget bærbar, chipbaserede enheder, der indeholder siliciummembraner til en række forskellige applikationer, fra biologisk sansning til dialyse.

"Jeg tror, ​​vi kommer til at indse de praktiske fordele ved denne teknologi på kort sigt, "siger han. En anden generation af den nye enhed, udviklet hos SiMPore, inkorporerer forfiltret lige på chipsene under fremstilling i wafer skalaen, "så der er ingen, der trækker vejret mere, "bemærker han." Det hele er faktisk bygget som en enhed og burde gøre fremtidige undersøgelser meget lette. Det er en ære for opfindsomheden hos SiMPore og en ganske arv for Greg. "