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Les Chercheurs Développent des Méthodes Pour Mesurer Exactement la Longueur de « Nanopores »

Published on April 27, 2010 at 8:20 PM

Utilisant une paire de techniques exotiques comprenant une version de moléculaire-échelle de la pêche de glace, une équipe de recherche travaillant au National Institute of Standards and Technology (NIST) ont développé des méthodes pour mesurer exactement la longueur des « nanopores, » les tunnels minuscules trouvés dans des membranes cellulaires. « Les grilles de tabulation moléculaires » qu'elles décrivent dans un paper* récent pourraient servir de voie d'étalonner sur mesure nanopores-dont les diamètres sont en moyenne presque 10.000 fois plus petits que celui d'un être humain cheveux-pour un grand choix d'applications telles que l'Analyse de l'ADN rapide.

Les Études au NIST et d'autres institutions de recherche ont prouvé qu'un pore unique de nanomètre-échelle dans une membrane mince peut être employé comme « laboratoire miniature d'analyse » pour trouver et caractériser différentes molécules biologiques telles que l'ADN ou les toxines pendant qu'elles traversent ou bloquent la canalisation. Un Tel système a pu potentiellement s'ajuster sur un dispositif unique de microprocesseur, pour une grande variété d'applications. Cependant, rendre le mini-laboratoire pratique exige une définition précise des cotes et des caractéristiques techniques structurelles du nanopore.

Graphique dépeignant comment la méthode « de pêche de glace » détermine la distance en travers d'un nanopore de membrane. Les Deux images affichent des Brins d'ADN des longueurs connues complétées par un bouchon de polymère (sphère orange) étant piloté par le nanopore. Si le Brin d'ADN est assez longtemps complet à transverse le tunnel (est parti), il « accrochera » un polymère de diffusion (sphère verte) de l'autre côté de la membrane et définira la longueur des nanopore. Sinon assez longtemps, la Sonde ADN rebondira hors du pore (droit). Crédit : J. Robertson, NIST

Dans des expériences neuves, les chercheurs du NIST et l'Université du Maryland ont établi la première fois une feuille de bilayer de membrane-un de lipide molécule-assimilée à cela trouvée en cellules animales. Ils « ont percé » un pore dans lui avec une protéine ** conçue particulièrement pour pénétrer des membranes cellulaires. Quand la tension est appliquée en travers de la paroi de membrane, les molécules chargées telles que l'ADN monocatenaire sont obligatoires dans le nanopore. Car la molécule réussit dans le tunnel, le flux actuel ionique est réduit pendant un certain temps qui est proportionnel à la taille du réseau, permettant à sa longueur d'être facilement dérivée.

Si un réseau est assez longtemps d'atteindre la partie la plus étroite de nanopore-su car la force de remarque-le de pincement du champ électrique derrière elle poussera la molécule en circuit par le reste du tunnel. Exploitant cette caractéristique, l'équipe de NIST/Maryland a développé une méthode de Sonde ADN pour mesurer les distances des ouvertures de chaque côté de la membrane au point d'invariance, et consécutivement, la longueur entière du nanopore en ajoutant les deux mesures ensemble. Les sondes se composent des Brins d'ADN des longueurs connues complétées sur une extrémité par une sphère de polymère. La sphère empêche la sonde de déménager complet par le nanopore tout en laissant à l'ADN balancer à chaînes de elle librement à avancer au tunnel. Si le réseau atteint le point d'invariance, la force qui piloterait normalement un réseau libre d'ADN au delà de la jonction au lieu juge la sonde en place (depuis la sphère de polymère « la verrouille » à l'autre extrémité) et définit la distance au point d'invariance. Si le réseau est plus court que la distance au point d'invariance, il sera rebondi hors du nanopore, indiquant à des chercheurs qu'un réseau de la longueur longue est nécessaire pour mesurer la distance à l'écartement.

Les chercheurs de NIST/Maryland ont également élaboré les deuxièmes moyens de mesurer la longueur du nanopore pour confirmer les résultats de la méthode « de lucette unique ». Dans ce système, on permet à des des molécules de polymère de diffuser librement dans la solution trouvée du côté intérieur de la membrane. des Sondes ADN Polymère-Recouvertes de différentes longueurs sont forcées un par un dans le nanopore du bord opposé. Si l'extrémité du réseau d'une sonde est assez longtemps complet à transverse le tunnel, elle mettra la main sur une molécule libre de polymère en solution. Ceci définit la longueur du tunnel.

Supplémentaire, cette méthode « de pêche de glace » fournit l'analyse dans la structure du nanopore. Car le réseau d'ADN enroule sa voie, les changements de la tension électrique correspondent à se déformer du tunnel. Cette information peut être employée pour tracer effectivement la coursive.

* S.E. Henrickson, E.A. DiMarzio, Q. Wang, V.M. Stanford et J.J. Kasianowicz. La nanomètre-échelle unique de Sondage étudie à fond avec les grilles de tabulation moléculaires polymères. Le Tourillon de la Physique Chimique 132, 135101 (publiés en ligne Le 2 avril 2010).

** Alpha-Hémolysine, produite par les bactéries de Staphylocoque doré

Last Update: 12. January 2012 22:41

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