Aflæsning af biologiske molekyler blev forbedret op til 100x ved at fordoble sensorerne

Et koblet system af to miniaturedetektorer kaldet nanoporer forbedrer detektion af biologiske molekyler, herunder DNA og markører for tidlig sygdom.

Evnen til at kontrollere bevægelsen af ​​enkelte biologiske molekyler er nøglen til at forbedre en bred vifte af biofysiske og diagnostiske applikationer, såsom DNA-sekventering og påvisning af sjældne molekyler forbundet med diagnose og prognose af sygdom.

I de seneste år, nanoporer - bittesmå huller i isoleringsmaterialer - er dukket op som et lovende værktøj, der er i stand til at udføre disse opgaver. I nanopore-sansning, individuelle molekyler føres gennem et meget lille hul på nanometerstørrelse. Denne proces resulterer i, at hvert molekyle producerer en unik signatur, uden behov for langvarig prøveforberedelse eller kemisk modifikation.

Imidlertid, jo mindre molekyle, jo sværere er det at opdage. Meget præcis kontrol er påkrævet for at udvælge enkelte molekyler og holde dem på plads længe nok til at blive analyseret.

I et samarbejde, hold ledet af Dr. Alex Ivanov og professor Joshua Edel ved Imperial College London og professor Cees Dekker ved Delft University of Technology har udviklet en sensor i nanoskala, der holder molekyler for at lette en næsten 100x forbedring af udlæsningstider.

Den nye teknologi, rapporteret i journalen Nano bogstaver , virker ved aktivt at kontrollere transporten af ​​molekyler i suspension ved hjælp af en dobbelt-nanopore arkitektur, hvor to nanoporer er adskilt af et mellemrum på cirka 20 nm bredt (20 milliardtedele af en meter). Dette 'fanger' effektivt molekyler længe nok til, at nanoporerne kan opnå nøjagtige aflæsninger.

Medleder af undersøgelsen, Dr Ivanov, fra Institut for Kemi ved Imperial, sagde:"I første omgang begge teams udviklede uafhængigt systemer, hvor to sådanne nanoskala-detektorer er fremstillet i umiddelbar nærhed. Imidlertid, i denne undersøgelse kombinerede vi fordelene ved begge metoder for at opnå en betydelig forbedring i standsningen af ​​enkelte molekyler ved detektorhovedet."

Ud over, metoden tillader også præcis kontrol af molekylær transport og blanding af enkelte molekyler fra en detektor til en anden med næsten 100 % effektivitet.

Professor Edel, også fra Institut for Kemi på Imperial, kommenterede:"Styrken og pålideligheden af ​​platformen åbner et væld af mulige applikationer. F.eks. implementering af en feedback-kontrolmekanisme ville give mulighed for bedre modulering og kontrol af molekylær transport.

"Som et eksempel, en sådan mekanisme kunne bruges til at udføre flere aflæsninger af det samme DNA-molekyle, giver mere nøjagtig information om de molekyler, der undersøges. "

Dr. Ivanov tilføjede:"Hele projektet blev kun muliggjort af de unge teammedlemmers entusiasme, inklusive Paolo Cadinu, Giulia Campolo ved Imperial og Sergii Pud ved Delft University of Technology, som alle har forskellig ekspertise og baggrund. Vi blev for nyligt tildelt et tilskud fra Imperial European Partners Fund for at videreudvikle vores samarbejde."