Чип Optofluidic с нанопор умные ворота, разработанные для одного анализа молекулы

Новый чип-платформа, разработанная исследователями Калифорнийского университета в Санта-Крус интегрирует нанопор и технологии optofluidic с обратной связью-схема управления для обеспечения беспрецедентного уровня контроля над отдельные молекулы и частицы на кристалле для высокопроизводительного анализа.

В статье, опубликованной 16 августа в природе связи, сообщили ученые, используя прибор для контроля доставки отдельных биомолекул, в том числе рибосом, ДНК и белки-в заполненных жидкостью каналов на чип. Они также показали, что устройство может быть использовано для сортировки различных типов молекул, что позволяет избирательно анализ целевых молекул из смеси.

Возможности программируемых нанопор-optofluidic устройства точка на пути к роману исследовательского инструмента для высокопроизводительного одиночн-молекулы анализ на кристалле, сказал Хольгер Шмидт, профессор Kapany оптоэлектроники в Университете Санта Круз и соответствуя автор бумаги.

«Мы можем принести одну молекулу в жидкой канал, где она может быть проанализирована с использованием интегрированных оптических волноводов или другими методами», — сказал Шмидт. «Идея состоит в том, чтобы ввести частицы или молекулы, удерживая ее в канал для анализа, то откажитесь от частицы, а также легко и быстро повторите процесс для разработки надежных статистических данных многих одиночн-молекулы эксперименты».

Новое устройство основывается на предыдущей работе лаборатории Шмидта и группы его коллега Аарон Хоукинс в университете имени Бригама Янга, чтобы разработать технологию optofluidic чип сочетания микрожидкостной технологии (крошечными каналами для обработки жидких образцов на чипе) с интегральной оптики, для оптического анализа одиночных молекул. Добавление нанопор позволяет контролировать доставку молекул в канал, а также возможность для анализа электрических сигналов, производимых как молекулы проходят через поры. Эта последняя работа была во главе с первым автором Mahmudur Рахман, аспирант в лаборатории Шмидта в Калифорнийском университете в Санта-Круз.

Технология нанопор успешно используется в приложениях, секвенирование ДНК, и Шмидт и другие исследователи изучают новые способы использования информации в сигналы, производимые как молекулы или частицы перемещаются с помощью нанопор.

С обратной связью системы управления (микроконтроллер и твердотельные реле) в новое устройство, в реальном времени анализ текущей очереди нанопор в «умные ворота», которые могут быть запрограммированы Пользователем для доставки молекул в канал в заданном порядке. Ворота могут быть закрыты, как только одна молекула (или любое количество задается пользователем) прошел, и вновь открыт после установленного времени.

«Использование нанопор как ‘умный Гейтса является ключевым шагом к одиночн-молекулы системного анализа, что является удобным для пользователей и могут работать при высокой пропускной способности», — сказал Шмидт. «Это позволяет потребител-Programmable контролировать количество молекул, которые должны быть доставлены на жидкостный канал для дальнейшего анализа или обработки, выборочный стробирования различных видов одиночных молекул, а также возможность доставки одиночных молекул в кристалле рекордными темпами из многих сотен в минуту.»

Используя бактериальных (70-е) рибосомы, исследователи продемонстрировали контролируемые поставки более 500 рибосом в минуту. Соавтор Гарри Ноллер, в Sinsheimer профессор молекулярной биологии в Калифорнийском университете в Санта-Крус, сделал пионерские исследования структуры и функции рибосомы-молекулярной машины, которые синтезируют белки во всех живых клетках, и сотрудничает с группой Шмидта с 2006 года.

Исследователи также использовали смесь ДНК и рибосомы, чтобы показать возможности устройства, чтобы выборочно активировать функцию стробирования для молекулы-мишени (в данном случае ДНК). Это может включать, например, флуоресценции экспериментов по контролируемой ряд целевых молекул, хотя немеченые частицы игнорируются и отбрасываются. Селективный стробирования также может быть использована для очистки или сортировки различных частиц вниз по течению от нанопор, на основе сигналов, как частицы проходят через нанопор, сказал Шмидт.

Программируемый система обеспечивает гибкость для широкого диапазона применений, сказал он.