研究人员加快单分子测量

但随着传感器变小,测量它们变得更难总是权衡任何测量需要多长时间,它有多准确。当一个信号很弱,尤其大的权衡。

为首的哥伦比亚大学的一组研究人员工程电气工程教授肯•谢泼德和宾夕法尼亚大学的同事一起,已经想出一种方法来衡量nanopores-tiny孔薄膜,可以检测单个生物分子,如DNA和蛋白质,可以实现误差小于与商业工具。他们有小型化设计一个自定义的测量使用商业半导体集成电路技术,构建新的放大器芯片周围的纳米孔测量。他们的研究可以推进在线出版的自然方法。

纳米孔是激动人心的科学家因为他们可能导致极低成本和快速DNA测序。但是纳米孔的信号是非常微弱的,所以它是非常重要的衡量他们尽可能干净。

“我们把一个小放大器芯片直接进入液体室旁边的纳米孔,和信号都很干净,我们可以看到单分子通过孔隙只有一个微秒,”雅各布Rosenstein说,哥伦比亚大学工程和电气工程的博士生论文的第一作者。“以前,科学家们只能看到分子在孔隙停留超过10微秒。”

许多单分子目前用光学测量技术,使用荧光分子发射光子在一个特定的波长。但是,虽然荧光是非常强大的,它的主要限制是每个分子通常会产生只有几千光子每秒。“这意味着你不能看到任何发生的速度比几毫秒,因为任何图片你可以用太暗,”谢泼德解释说,Rosenstein的顾问。“另一方面,如果你可以使用技术,测量电子或离子,可以每秒数十亿的信号。电子测量没有问题是相当于一个荧光波长过滤器,所以即使信号通过时,通常是埋在背景噪音。”

谢泼德的单分子测量集团感兴趣多年看各种小说转导平台。他们开始使用纳米孔传感器Marija Drndic领导之后,宾夕法尼亚大学的物理学教授,2009年在哥伦比亚大学工程研讨会。“我们看到,几乎每个人测量纳米孔用经典电生理学放大器、慢,主要是优化测量,”谢泼德指出。“所以我们设计我们自己的集成电路代替。”

Rosenstein实验室设计的新电子产品和做了很多工作。Drndic领导的小组在宾夕法尼亚大学制造的纳米孔团队然后测量他们的新系统。

“虽然大多数组织正试图减缓DNA,我们的方法是建立更快的电子产品,“Drndic领导说。“我们结合最敏感的电子产品和最敏感的固态纳米孔。”

“这是非常令人兴奋的能够使纯粹的电子测量单分子,“Rosenstein说。“纳米孔测量的设置非常简单,便于携带。它不需要复杂的显微镜或高功率的仪器;只是需要注意细节。你可以很容易地想象纳米孔技术对DNA测序产生重大影响和其他医学应用在未来几年。”

谢泼德集团是继续提高这些技术。“新一代的设计,”他说,“我们也许能得到一个进一步10 x改进,并测量东西去年只有100纳秒。我们实验室还与其他基于碳纳米管晶体管的电子单分子技术,它可以利用类似的电子电路。这是一个令人激动的时刻!”

这个研究由美国国立卫生研究院资助,半导体研究公司和海军研究办公室。