具有Nano孔'智能門'的光流控晶元開發用於單分子分析

由UC Santa Cruz的研究人員開發的基於晶元的新平台將Nano孔和光流控技術與反饋控制電路集成在一起，可以對晶元上的單個分子和顆粒進行前所未有的控制，從而實現高通量分析。

在8月16日發表在Nature Communications上的一篇論文中，研究人員報告使用該裝置控制單個生物分子（包括核糖體，DNA和蛋白質）進入晶元上充滿流動性的通道。他們還表明，該裝置可用於分類不同類型的分子，從而能夠從混合物中選擇性分析目標分子。

可編程Nano孔 – 光流控裝置的功能指向了一種用於晶元上高通量單分子分析的新型研究工具，加州大學聖克魯茲分校的Kapany光電子學教授，該論文的通訊作者Holger Schmidt說。

「我們可以將單個分子帶入流體通道，然後使用集成光波導或其他技術對其進行分析，」施密特說。 「我們的想法是引入一個粒子或分子，將其保持在通道中進行分析，然後丟棄粒子，並輕鬆快速地重複該過程，以開發出許多單分子實驗的穩健統計數據。」

這種新設備建立在Schmidt實驗室和他的合作者Brigham Young大學的合作者Aaron Hawkins小組之前的工作基礎上，開發了光流控晶元技術，結合了微流體（用於處理晶元上流動性樣品的微小通道）和用於單分子光學分析的集成光學器件。Nano孔的添加允許將分子控制地遞送到通道中，以及分析當分子通過孔時產生的電信號的機會。這一最新作品由第一作者Mahmudur Ra​​hman領導，他是加州大學聖克魯茲分校Schmidt實驗室的研究生。

Nano孔技術已成功應用於DNA測序應用，施密特和其他研究人員一直在探索利用分子或粒子通過Nano孔轉移產生的信號中的信息的新方法。

通過新設備中的反饋控制系統（微控制器和固態繼電器），電流的實時分析將Nano孔轉變為「智能門」，用戶可以將其編程為將分子輸送到通道中。預定的方式。一旦單個分子（或用戶設定的任何數字）通過，門就可以關閉，並在設定的時間後再次打開。

「使用Nano孔作為'智能門'是朝著單分子分析系統邁出的關鍵一步，該系統用戶友好且可以高產量工作，」施密特說。 「它允許用戶可編程式控制制正在輸送到流體通道的分子數量，以進行進一步分析或處理，選擇性選擇不同類型的單分子，並能夠以多個記錄速率將單個分子輸送到晶元中每分鐘數百。「

利用細菌（70S）核糖體，研究人員證明每分鐘可控制地輸送超過500個核糖體。共同作者，加州大學聖克魯茲分校生物學的Sinsheimer教授Harry Noller對核糖體的結構和功能進行了開創性研究，核糖體是在所有活細胞中合成蛋白質的分子機器，並且自2006年以來一直與施密特集團合作。

研究人員還使用DNA和核糖體的混合物來顯示該裝置選擇性激活靶分子（在本例中為DNA）的門控功能的能力。這可以實現例如對受控數目的靶分子的熒光實驗，而忽略並丟棄未標記的顆粒。施密特說，選擇性門控也可用於凈化或分選Nano孔下游的不同顆粒，基於粒子通過Nano孔時的信號。

他說，可編程系統可以靈活地應用於各種潛在應用。

故事來源：

物料 由…提供 加州大學聖克魯茲分校。原作由Tim Stephens撰寫。注意：可以根據樣式和長度編輯內容。