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

Forskare utveckla metoder för att mäta exakt längd "nanopores"

Published on April 27, 2010 at 8:20 PM

Hjälp av ett par exotiska tekniker inklusive en molekylär skala version av isfiske, ett team av forskare verksamma vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har utvecklat metoder att mäta exakt hur lång "nanopores," den minimala kanaler som finns i cellmembran. Den "molekylära härskare" de beskriver i en nyligen papper * kan tjäna som ett sätt att kalibrera skräddarsydda nanopores-vars diameter i genomsnitt nästan 10.000 gånger mindre än ett mänskligt hårstrå, för en mängd olika applikationer såsom snabb DNA-analys .

Studier vid NIST och andra forskningsinstitutioner har visat att en enda nanometernivå por i ett tunt membran kan användas som en "miniatyr analyslaboratorium" för att upptäcka och karakterisera enskilda biologiska molekyler såsom DNA eller gifter när de passerar genom eller blockera passagen . Ett sådant system skulle kunna plats på en enda mikrochip enhet, för en mängd olika tillämpningar. Men att göra mini-lab praktiskt kräver en exakt definition av mått och strukturella drag hos nanopore.

Grafisk skildrar hur "pimpelfiske" metod bestäms avståndet över ett membran nanopore. Båda bilderna visar DNA-strängar av känd längd toppas av en polymer mössa (orange sfär) som drivs genom nanopore. Om DNA-strängen är tillräckligt lång för att helt tvärgående kanalen (vänster), kommer den "krok" en cirkulerande polymer (grön klot) på andra sidan av membranet och definiera nanopore längd. Om inte tillräckligt länge, kommer DNA-prob studsar ut ur porerna (höger). Credit: J. Robertson, NIST

I nya experiment, byggde forskare från NIST och University of Maryland först en membran-en tvåskiktsmembran ark lipidmolekyler-liknande det som finns i djurceller. De "borrade" en por i det med ett protein ** utformats speciellt för att tränga in i cellmembranen. När spänning läggs över membranet väggen, är laddade molekyler som enda DNA tvingas in i nanopore. Eftersom molekylen passerar in i kanalen, är den joniska strömmen minskar under en tid som är proportionell till storleken på kedjan, så att dess längd för att enkelt härledas.

Om en kedja är tillräckligt lång för att nå den smalaste delen av nanopore-kallas nypa point-styrkan av det elektriska fältet bakom det kommer att driva den molekyl på genom resten av kanalen. Utnyttja denna egenskap utvecklade NIST / Maryland laget en metod för DNA-sond för att mäta avstånd från öppningar på varje sida av membranet till den nypa punkt, och i sin tur hela längd nanopore genom att lägga till två mätningar tillsammans. Givarna består av DNA-strängar av känd längd toppade i ena änden av en polymer sfär. Klotet hindrar sonden från helt rör sig genom nanopore men lämnar DNA-kedjan dinglande från det gratis att sträcka sig in i kanalen. Om kedjan når nypa punkt, den kraft som normalt skulle köra en gratis DNA-kedjan förbi korsningen istället håller sonden på plats (eftersom polymeren sfären "låser" det i andra änden) och definierar avståndet till nypa punkten. Om kedjan är kortare än avståndet till nypa punkten blir det studsade ut ur nanopore, säger forskarna att en längre längd kedjan behövs för att mäta avståndet till gapet.

De NIST / Maryland Forskarna utvecklade också ett andra sätt att mäta längden på nanopore att bekräfta resultaten av den "gemensamma slickepinne" metoden. I detta system är polymermolekylerna tillåts cirkulera fritt i den lösning som finns på insidan av membranet. Polymer-begränsade DNA-sonder av olika längd tvingas en i taget i nanopore från motsatt sida. Om slutet på en sond-kedjan är tillräckligt lång för att helt tvärgående kanalen, kommer det att ta tag i en gratis polymermolekylen i lösning. Detta definierar längden av kanalen.

Dessutom ger denna "pimpelfiske" metod insikt i strukturen av nanopore. Eftersom DNA-kedjan slingrar sig genom förändringar i elektrisk spänning motsvarar den förändrade formen på kanalen. Denna information kan användas för att effektivt kartlägga passagen.

* SE Henrickson, EA DiMarzio, Q. Wang, VM Stanford och JJ Kasianowicz. Probing enda nanometernivå porerna med polymera molekylär härskare. Journal of Chemical Physics 132, 135.101 (publicerad på nätet April 2, 2010).

** Alfa-hemolysin, som produceras av Staphylococcus aureus bakterier

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