Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD

Οι ερευνητές αναπτύσσουν μεθόδους για να μετρηθεί με ακρίβεια Μήκος του "Nanopores"

Published on April 27, 2010 at 8:20 PM

Χρησιμοποιώντας ένα ζευγάρι των εκκεντρικών, τεχνικών συμπεριλαμβανομένης μιας μοριακής κλίμακας εκδοχή του αλιεία στον πάγο, μια ομάδα ερευνητών που εργάζονται στο Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας (NIST) έχουν αναπτύξει μεθόδους για να μετρηθεί με ακρίβεια το μήκος του "nanopores», τα μικροσκοπικά κανάλια βρίσκονται σε κυτταρικών μεμβρανών. Η «μοριακή άρχοντες» που περιγράφουν σε πρόσφατη * χαρτί θα μπορούσε να χρησιμεύσει ως ένας τρόπος για τη βαθμονόμηση tailor-made nanopores-των οποίων οι διάμετροι κατά μέσο όρο είναι περίπου 10.000 φορές μικρότερο από εκείνο μιας ανθρώπινης τρίχας-για μια ποικιλία εφαρμογών, όπως η ταχεία ανάλυση του DNA .

Σπουδές στο NIST και άλλα ερευνητικά ιδρύματα έχουν δείξει ότι μια ενιαία νανομετρική κλίμακα πόρων σε μια λεπτή μεμβράνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως «μικρογραφία εργαστήριο αναλύσεων" για την ανίχνευση και το χαρακτηρισμό των επιμέρους βιολογικά μόρια όπως το DNA ή τοξίνες καθώς περνούν μέσα από ή να εμποδίσουν τη διέλευση . Ένα τέτοιο σύστημα θα μπορούσε ενδεχομένως να χωρέσει σε μία μόνο συσκευή μικροτσίπ, για μια ευρεία ποικιλία εφαρμογών. Ωστόσο, κάνοντας τη μίνι-εργαστήριο πρακτική απαιτεί ακριβή προσδιορισμό των διαστάσεων και των διαρθρωτικών χαρακτηριστικών της nanopore.

Γραφικών που απεικονίζουν το πώς η «αλιεία στον πάγο" μέθοδος αυτή προσδιορίζει την απόσταση σε μια nanopore μεμβράνη. Και οι δύο εικόνες δείχνουν σκέλη του DNA των γνωστών μήκη συμπληρώνονται από ένα πολυμερές πώμα (πορτοκαλί σφαίρα) οδηγείται μέσα από την nanopore. Εάν το σκέλος του DNA είναι αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα για την πλήρη εγκάρσια το κανάλι (αριστερά), θα "αγκίστρι" ένα πολυμερές που κυκλοφορεί (πράσινη σφαίρα) στην άλλη πλευρά της μεμβράνης και να ορίσετε το μήκος του nanopore του. Αν όχι αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα, η ανιχνευτών DNA θα αναπηδήσει έξω από το πόρων (δεξιά). Credit: J. Robertson, NIST

Σε νέα πειράματα, οι ερευνητές από το NIST με το Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ πρωτοχτίστηκε μια μεμβράνη σε ένα φύλλο διπλοστιβάδα λιπιδίων μόρια-παρόμοια με εκείνη που βρέθηκε στα κύτταρα των ζώων. Οι «διάτρητοι» έναν πόρο σε αυτό με μια πρωτεΐνη ** σχεδιαστεί ειδικά για να διεισδύσει κυτταρικών μεμβρανών. Όταν η τάση εφαρμόζεται σε όλο τον τοίχο μεμβράνη, τα φορτισμένα μόρια όπως τα single-stranded DNA υποχρεωθούν να εφαρμόσουν το nanopore. Δεδομένου ότι το μόριο περνά στο κανάλι, η ιοντική ροή ρεύματος μειώνεται για ένα διάστημα που είναι ανάλογη με το μέγεθος της αλυσίδας, που επιτρέπει το μήκος του, προκύπτει εύκολα.

Αν μια αλυσίδα είναι αρκετά μεγάλη ώστε να φθάσει στο στενότερο μέρος του nanopore-γνωστό ως το σημείο-το τσίμπημα της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου πίσω από αυτό θα ωθήσει το μόριο με το υπόλοιπο του καναλιού. Αξιοποιώντας αυτό το χαρακτηριστικό, το NIST / Maryland ομάδα ανέπτυξε μια μέθοδο ανιχνευτών DNA για τη μέτρηση των αποστάσεων από τα ανοίγματα σε κάθε πλευρά της μεμβράνης στο σημείο πρέζα, και με τη σειρά του, όλο το μήκος της nanopore με την προσθήκη των δύο μετρήσεις από κοινού. Οι ανιχνευτές αποτελούνται από κλώνους του DNA των γνωστών μήκη ολοκληρώνεται σε ένα τέλος με μια σφαίρα πολυμερές. Η σφαίρα εμποδίζει τον καθετήρα από εντελώς να κινείται μέσα από την nanopore ενώ εξέρχονται από την αλυσίδα του DNA κρέμονται από το ελεύθερο να επεκτείνει στο κανάλι. Αν η αλυσίδα φθάνει στο σημείο πρέζα, η δύναμη που θα οδηγούσε κανονικά μια ελεύθερη αλυσίδα του DNA παρελθόν στη διασταύρωση κατέχει αντί του καθετήρα στη θέση του (δεδομένου ότι η σφαίρα πολυμερές "κλειδώνει" είναι στο άλλο άκρο) και προσδιορίζει την απόσταση από το σημείο τσιμπήματος. Αν η αλυσίδα είναι μικρότερη από την απόσταση από το σημείο πρέζα, θα αναπηδήσει έξω από το nanopore, λένε οι ερευνητές ότι μια πιο μήκος της αλυσίδας είναι απαραίτητη για να μετρήσει την απόσταση προς το κενό.

Το NIST / Maryland ερευνητές ανέπτυξαν επίσης ένα δεύτερο μέσο μέτρησης του μήκους του nanopore να επιβεβαιώσει τα αποτελέσματα της «ενιαίας γλειφιτζούρι» μέθοδο. Σε αυτό το σύστημα, τα πολυμερή μόρια μπορούν να κυκλοφορούν ελεύθερα στην εξεύρεση λύσης στην εσωτερική πλευρά της μεμβράνης. Οι Polymer προσαρμοσμένη ανιχνευτές DNA που έχουν διαφορετικά μήκη ανάγκασε ένα κάθε φορά στο nanopore από την αντίθετη πλευρά. Αν το τέλος της αλυσίδας καθετήρα είναι αρκετά μεγάλο χρονικό διάστημα για την πλήρη εγκάρσια το κανάλι, θα αρπάξει τη λαβή ενός ελεύθερου μορίου πολυμερούς στο διάλυμα. Αυτό ορίζει το μήκος του καναλιού.

Επιπλέον, αυτή η «αλιεία στον πάγο" η μέθοδος προσφέρει μια εικόνα για τη δομή του nanopore. Καθώς η αλυσίδα του DNA άνεμοι το δρόμο του μέσα, τις αλλαγές στην ηλεκτρική τάση που ανταποκρίνονται στις μεταβαλλόμενες σχήμα του καναλιού. Αυτές οι πληροφορίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποτελεσματική χάρτη του διαδρόμου.

* SE Henrickson, EA DiMarzio, Q. Wang, VM Στάνφορντ και JJ Kasianowicz. Probing μόνο νανομετρική κλίμακα για τους πόρους με πολυμερικά μοριακή κυβερνήτες. Το Journal of Chemical Physics 132, 135,101 (που δημοσιεύθηκε online 2 Απρίλη 2010).

** Alpha-hemolysin, που παράγεται από το βακτήριο σταφυλόκοκκου

Last Update: 4. October 2011 07:32

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit