识别个体模数:如何构建更好的Nanopore生物传感器

研究者花三十余年开发并研究微型生物传感器,识别单分子5至10年内,当这些设备可能成为医生办公室的主食时,它们可检测癌症和其他疾病的分子标识并评估药物治疗对抗这些疾病的有效性

帮助实现并提升精度和速度测量 科学家必须寻找方法 更好地了解分子如何 与这些传感器交互国家标准技术学院和弗吉尼亚州立大学的研究人员现已开发出新方法。上期报告发现科学进步.

团队搭建生物传感器,人工版生物素组成细胞膜被称为脂质双层层,内含小孔孔,直径约2纳米(十亿米),环绕流体流体溶解离子通过纳米波 产生小电流微博部分阻塞流水持续时间和深度阻塞可指针识别具体分子的大小和属性

科学家可以使用一种生物传感器-纳米粒子-薄膜小洞-允许流水流过它当兴趣分子插孔时,它部分阻塞流流,提供信号研究者可用识别分子但要获得良好的测量方法 分子必须置入孔中足够长的时间NIST研究者使用激光光测量分子向纳米粒子流出时的能量生成信息可帮助科学家设计最优化孔检测特定分子信用信箱:Sean Kelley/Inform Studio

要精确测量大量个体分子,感兴趣的分子必须留在纳米粒子中,间隔时间既不长也不短(Goldilocks时间),从1亿分之10万分之10万分秒不等。问题在于,大多数分子只停留在小量纳米粒子这一时间间隔中,如果纳米粒子以某种方式将之保持原位的话。即纳米粒子环境必须提供某种屏障-例如添加静电力或改变纳米粒子形状-使分子更难逃脱

破屏蔽所需最小能量因分子类型不同而异,对生物传感器高效精确工作至关重要计算此量需要测量数个属性 与分子进出孔值相关

关键目标在于测量分子与其环境之间的交互作用主要来自化学联结或分子在整个抓取释放过程自由旋转和移动能力

至今为止,可靠的测量提取这些高能组件因数项技术原因缺失由NISTJoseph Robertson和VCUJoseph Reiner共同率领的团队展示了用快速激光加热法测量这些能量的能力

测量必须在不同的温度下进行,激光加热系统确保这些温度变化快速复制使研究人员能够在2分钟内完成测量,而30分钟或30分钟以上则需要完成测量。

新激光加热工具没有使用 经验显示测量完全无法实现都太耗时代价高昂 Robertson说开发纳米粒子传感器以快速减少传感器发现所涉猜想工具的工具

完成能量测量后,它们能帮助显示分子与纳米粒子的交互作用科学家可使用这些信息确定检测分子的最佳策略

举例说,考虑主要通过化学-主要是静电-交互作用与纳米粒子交互作用的分子实现Goldilock捕捉时间,研究人员实验修改纳米粒子,使其静电对目标分子的吸引力既不强也不弱。

怀着这个目标,研究者展示方法 用两个小粒子,短链复合物组成蛋白质块iptipse,angiotensin稳定血压另一种pitide神经元素帮助调控多巴胺,一种神经传输器影响情绪并可能在染色体癌中发挥作用这些分子主要通过静电力与纳米粒子交互研究人员插入纳米金粒子并加载材料增强静电与分子的交互作用

团队还检视另一个分子多乙烯甘醇,该分子运动能力决定纳米粒子花多少时间通常,这个分子可以旋转旋转自由伸展 不受环境约束提高分子在纳米粒子中的居住时间, 研究人员修改纳米粒子形状, 使分子更难挤穿小洞并退出

Robertson表示:「我们可以利用这些变化构建纳米波生物传感器,归根结底,研究实验室可使用生物传感器识别感兴趣的生物分子或医生办公室可使用设备识别疾病标识

yabovip2021Robertson说 : “我们的测量为我们修改孔相互作用提供了蓝图,无论是通过几何学或化学或两者的某种组合来定制纳米孔传感器以检测特定分子,计小数分子或两者并用。”

参考文献:Christopher E所编的“基于激光温度控制研究蚁与蚁作用安杰文 Joseph W.F.罗伯逊州、阿马拉州和约瑟EReiner 2021年4月21日科学进步.
DOI:10.126/ssiadv.abf5462