科技资讯看点:具有纳米孔智能门的光流控芯片开发用于单分子分析

  • 发布时间:2021-04-25 16:04:08 来源:

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由UC Santa Cruz的研究人员开发的基于芯片的新平台将纳米孔和光流控技术与反馈控制电路集成在一起,可以对芯片上的单个分子和颗粒进行前所未有的控制,从而实现高通量分析。

在8月16日发表在Nature Communications上的一篇论文中,研究人员报告使用该装置控制单个生物分子(包括核糖体,DNA和蛋白质)进入芯片上充满液体的通道。他们还表明,该装置可用于分类不同类型的分子,从而能够从混合物中选择性分析目标分子。

可编程纳米孔 - 光流控装置的功能指向了一种用于芯片上高通量单分子分析的新型研究工具,加州大学圣克鲁兹分校的Kapany光电子学教授,该论文的通讯作者Holger Schmidt说。

“我们可以将单个分子带入流体通道,然后使用集成光波导或其他技术对其进行分析,”施密特说。“我们的想法是引入一个粒子或分子,将其保持在通道中进行分析,然后丢弃粒子,并轻松快速地重复该过程,以开发出许多单分子实验的稳健统计数据。”

这种新设备建立在Schmidt实验室和他的合作者Brigham Young大学的合作者Aaron Hawkins小组之前的工作基础上,开发了光流控芯片技术,结合了微流体(用于处理芯片上液体样品的微小通道)和用于单分子光学分析的集成光学器件。纳米孔的添加允许将分子控制地递送到通道中,以及分析当分子通过孔时产生的电信号的机会。这一最新作品由第一作者Mahmudur Ra​​hman领导,他是加州大学圣克鲁兹分校Schmidt实验室的研究生。

纳米孔技术已成功应用于DNA测序应用,施密特和其他研究人员一直在探索利用分子或粒子通过纳米孔转移产生的信号中的信息的新方法。

通过新设备中的反馈控制系统(微控制器和固态继电器),电流的实时分析将纳米孔转变为“智能门”,用户可以将其编程为将分子输送到通道中。预定的方式。一旦单个分子(或用户设定的任何数字)通过,门就可以关闭,并在设定的时间后再次打开。

“使用纳米孔作为'智能门'是朝着单分子分析系统迈出的关键一步,该系统用户友好且可以高产量工作,”施密特说。“它允许用户可编程控制正在输送到流体通道的分子数量,以进行进一步分析或处理,选择性选择不同类型的单分子,并能够以多个记录速率将单个分子输送到芯片中每分钟数百。“

利用细菌(70S)核糖体,研究人员证明每分钟可控制地输送超过500个核糖体。共同作者,加州大学圣克鲁兹分校生物学的Sinsheimer教授Harry Noller对核糖体的结构和功能进行了开创性研究,核糖体是在所有活细胞中合成蛋白质的分子机器,并且自2006年以来一直与施密特集团合作。

研究人员还使用DNA和核糖体的混合物来显示该装置选择性激活靶分子(在本例中为DNA)的门控功能的能力。这可以使得,例如,在受控制的数量的目标的荧光实验分子,而未标记的颗粒被忽略并丢弃。施密特说,选择性门控也可用于净化或分选纳米孔下游的不同颗粒,基于粒子通过纳米孔时的信号。

他说,可编程系统可以灵活地应用于各种潜在应用。

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