Et værktøj til at demokratisere nanopore -forskning

En nanopore er et lille hul i en tynd membran med en diameter på omkring en milliardtedel meter, eller omkring bredden af ​​et enkelt DNA-molekyle. De potentielle anvendelser af disse nanoporer er så forskellige - fra medicin til informationsteknologi (IT) - at de kan have stor indflydelse på vores daglige liv. Nu demokratiserer et team af forskere ved University of Ottawa adgangen til området for nanoporeforskning ved at tilbyde et unikt værktøj til at fremskynde udviklingen af ​​nye applikationer og opdagelser.

Det innovative T.-Cossa Lab, som studerer anvendt enkelt-molekyle biofysik, kom på ideen om at give forskersamfundet protokollerne, hardware design, og software, der kræves til at fremstille solid-state nanoporer på en hurtig, lavpris, og fuldstændig automatiseret mode. Denne metode er nu tilgængelig i online-tidsskriftet Naturprotokoller .

Bevægelsen er en velsignelse for forskere, der udvikler diagnostiske og sekventeringsapplikationer inden for sundhed, biovidenskab, og det, hvor det er nødvendigt at opdage og identificere enkelte biologiske molekyler som proteiner eller DNA med en nanopores nøjagtige præcision.

"For første gang, vi gør vores unikke nanopore-fabrikationsværktøj frit tilgængeligt, " forklarede Vincent Tabard-Cossa, professor i Institut for Fysik og direktør for Laboratory for Applied Single-Molecule Biophysics ved University of Ottawa. "Vi valgte at tilbyde vores patenterede nanopore -fremstillingsteknologi gratis til forskningsmiljøet, at hjælpe med at formidle det og udvide området for nanoporeforskning."

Fast-state nanoporer er nu veletablerede som enkelt-biomolekyle-sensorer, der giver et enormt løfte om hurtige og billige sensing- og sekventeringsapplikationer, herunder hurtig identifikation af patogener, biomarkør kvantificering for præcisionsmedicin, metagenomics, mikrobiom analyse, og kræftforskning. Imidlertid, indtil for nylig, dette løfte var blevet kvalt af det dyre, arbejdskrævende, og lavt udbytte metoder, hvorved porer blev fremstillet. For at løse dette problem, Professor Tabard-Cossa og hans team var banebrydende for en billig og skalerbar solid-state nanopore-fremstillingsmetode i 2012 kaldet kontrolleret nedbrydning (CBD), som siden er blevet den foretrukne metode, hvormed faststofnanoporer fremstilles af forskningsgrupper rundt om i verden.

"For at fremme tilgængelig innovation, vi satte os for at lave et instrument og en arbejdsgang, der kunne betjenes med succes af en person, der aldrig engang havde hørt om en nanopore, " sagde Matthew Waugh, laboratoriechef for T.-Cossa Lab. "Vi har allerede haft nogle fantastiske succeser gennem et lokalt videnskabeligt opsøgende program, hvor gymnasieelever selvstændigt har kunnet producere nanoporer og detektere individuelle DNA -molekyler på en enkelt eftermiddag ved hjælp af vores værktøjer."

CBD-porefremstilling erstatter dyre, manuelt betjente elektronmikroskoper med lave omkostninger, let at bruge, små bordplader, der automatisk fremstiller nanoporer til en given størrelse med et klik på en knap. Ifølge Dr. Tabard-Cossa, forskere kan nu fokusere deres opmærksomhed på at udvikle forskellige virkelige nanopore-applikationer på forskellige områder.

"En sådan applikation tackler det voksende behov for at opbevare og arkivere enorme mængder digital information i meget lange tidsskalaer, " sagde Kyle Briggs, postdoc i T.-Cossa-laboratoriet. "Naturen løste dette problem for længe siden med DNA, og en lignende tilgang vil fungere for os, hvor informationen er lagret som sekvensen af ​​en syntetisk polymer, reducere serverfarme ned til størrelsen af ​​et køleskab og spare milliarder af dollars i energiomkostninger og stegte harddiske. Fast-state nanoporer kunne muliggøre det næste store gennembrud inden for datalagring, da de kan bruges som det element, der læser informationen fra polymererne, " han tilføjede.