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Forscher Entwickeln Methoden, um Länge von „Nanopores“ Genau Zu Messen

Published on April 27, 2010 at 8:20 PM

Unter Verwendung eines Paares exotischer Techniken einschließlich eine Molekularschuppe Version des Eisfischens, haben ein Forscherteam, das am National Institute of Standards and Technology (NIST) arbeitet Methoden entwickelt, um die Länge von „nanopores genau zu messen,“ die winzigen Kanäle, die in den Zellmembranen gefunden werden. Die „molekularen Lehren“, das sie in einem neuen paper* beschreiben, konnten als Methode dienen, maßgeschneidertes zu kalibrieren, nanopores-dessen Durchmesser im Durchschnitt fast 10.000mal kleiner als der eines Menschen Haar-für eine Vielzahl von Anwendungen wie schneller DNS-Analyse sind.

Studien an NIST und andere Forschungsinstitutionen haben gezeigt, dass eine einzelne Nmschuppe Pore in einer dünnen Membran als „Miniaturanalyselabor“ verwendet werden kann, um einzelne biologische Moleküle wie DNS oder Giftstoffe zu entdecken und zu kennzeichnen, während sie durch passieren oder die Durchführung blockieren. Solch Eine Anlage konnte auf einer einzelnen Mikrochipeinheit, für eine große Vielfalt von Anwendungen möglicherweise befestigen. Jedoch benötigt die Herstellung des Minilabors praktisch eine genaue Definition der Abmessungen und der strukturellen Merkmale des nanopore.

Grafisch, darstellend, wie die „Eisfischen“ Methode den Abstand über einem Membran nanopore bestimmt. Beide Bilder zeigen DNA-Stränge von den bekannten Längen, die durch eine Polymerschutzkappe überstiegen werden (orange Kugel), die durch das nanopore getrieben wird. Wenn der DNA-Strang lang genug zu vollständig Quer der Kanal (verließ), ist, „hakt“ er ein verteilendes Polymer (grüne Kugel) auf der anderen Seite der Membran und definiert die Länge der nanopores. Wenn nicht lang genug, der DNS-Fühler aus der Pore heraus aufprallt (recht). Kredit: J. Robertson, NIST

In den neuen Experimenten bauten Forscher von NIST und die Universität von Maryland zuerst ein Membran-ein bilayer Blatt des Lipids Molekül-ähnlich dem auf, das in den Tierzellen gefunden wurde. Sie „bohrten“ eine Pore in sie mit einem Protein **, das speziell konstruiert wurde, um Zellmembranen einzudringen. Wenn Spannung über der Membranwand angewandt ist, sind belastete Moleküle wie einzel-angeschwemmte DNS in das nanopore vorverlegt. Während das Molekül in den Kanal passiert, wird die Ionenstromstärke während einer Zeit verringert, die zur Größe der Kette proportional ist und erlaubt, dass seine Länge leicht berechnet wird.

Wenn eine Kette lang genug, das schmalste Teil von zu erreichen nanopore-gewusst ist, da die Klemme-Punkt-d Kraft des elektrischen Bereichs hinter ihr das Molekül ein durch den Rest des Kanals drückt. Diese Eigenschaft Ausnutzend, entwickelte das NIST-/Marylandteam eine DNS-Fühlermethode, um die Abstände von den Öffnungen auf jeder Seite der Membran zum Klemmpunkt zu messen und der Reihe nach, die Gesamtlänge des nanopore, indem es zusammen die zwei Maße hinzufügte. Die Fühler bestehen aus DNA-Strängen von den bekannten Längen, die an einem Ende durch eine Polymerkugel überstiegen werden. Die Kugel verhindert den Fühler an durch das nanopore beim Lassen der DNS frei Kettenbaumeln vollständig sich bewegen, von ihr, zum sich in den Kanal auszudehnen. Wenn die Kette den Klemmpunkt erreicht, hält die Kraft, die normalerweise eine freie DNS-Kette hinter der Kreuzung stattdessen treiben würde, den Fühler an der richtigen Stelle (seit der Polymerkugel „sperrt“ sie am anderen Ende) an und definiert den Abstand zum Klemmpunkt. Wenn die Kette kürzer als der Abstand zum Klemmpunkt ist, wird sie aus dem nanopore heraus aufgeprallt und teilt Forschern mit, dass eine lang-lange Kette erforderlich ist, den Abstand zum Abstand zu messen.

Die NIST-/Marylandforscher entwickelten auch zweite Mittelwerte des Messens der Länge des nanopore, um die Ergebnisse der Methode „des einzelnen Lutschers“ zu bestätigen. In dieser Anlage werden Polymermoleküle in der Lösung frei verteilen lassen, die auf der inneren Seite der Membran gefunden wird. Polymer-Mit einer Kappe bedeckte DNS-Fühler von verschiedenen Längen werden einzeln in das nanopore von der Gegenseite erzwungen. Wenn das Ende der Kette eines Fühlers lang genug zu vollständig Quer der Kanal ist, erreicht es ein freies Polymermolekül in gelöster Form. Dieses definiert die Länge des Kanals.

Zusätzlich stellt diese „Eisfischen“ Methode Einblick in die Zelle des nanopore zur Verfügung. Da die DNS-Kette seine Methode durch wickelt, entsprechen Änderungen in der elektrischen Spannung dem Verformen des Kanals. Diese Informationen können verwendet werden, um den Durchgang effektiv abzubilden.

* S.E. Henrickson, E.A. DiMarzio, Q. Wang, V.M. Stanford und J.J. Kasianowicz. Prüfende einzelne Nmschuppe studiert mit polymerischen molekularen Lehren. Der Zapfen Chemischer Physik 132, 135101 (online Am 2. April 2010 veröffentlicht).

** Alpha-Hämolysin, produziert durch die Staphylococcus- Aureusbakterien

Last Update: 12. January 2012 22:43

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