Ученые ускорили измерения одиночных молекул

Исследователи из Колумбийской школы инженерных и прикладных наук под руководством профессора электротехники Кена Шепарда совместно с коллегами из Пенсильванского университета разработали способ измерения нанопор с меньшей погрешностью, чем это возможно с помощью коммерческих приборов.

Нанопоры — это крошечные отверстия в тонкой мембране, способные детектировать отдельные биологические молекулы, такие как ДНК и белки. Их сигналы очень слабы, что создает компромисс между скоростью и точностью измерений.

Суть разработки:

• Ученые создали специализированную интегральную схему (усилитель) с использованием коммерческих полупроводниковых технологий.
• Этот миниатюрный усилительный чип размещается непосредственно в жидкостной камере рядом с нанопорой.
• Новая система обеспечивает настолько чистый сигнал, что позволяет видеть прохождение одиночных молекул через пору всего за 1 микросекунду. Ранее можно было детектировать только молекулы, остающиеся в поре более 10 микросекунд.

Ключевые преимущества:

• Скорость: Электронные измерения позволяют получать миллиарды сигналов в секунду, в отличие от оптических методов (флуоресценции), которые ограничены тысячами фотонов в секунду и не могут видеть события быстрее миллисекунд.
• Простота: Установка для измерений проста и портативна, не требует сложных микроскопов или мощных приборов.

Перспективы:

• Технология может привести к созданию чрезвычайно дешевых и быстрых систем для секвенирования ДНК.
• Следующее поколение разработки может дать еще 10-кратное улучшение, позволяя измерять события длительностью всего 100 наносекунд.
• Подобные электронные схемы могут быть использованы и в других методах детектирования одиночных молекул, например, на основе транзисторов из углеродных нанотрубок.

Исследование будет опубликовано в Advance Online Publication на сайте Nature Methods 18 марта.