Объединение нанопор с наножидкостными устройствами может изменить медицину и диагностику
Раннее обнаружение тонких изменений в количестве или форме отдельных молекул (ДНК, РНК, пептидов, белков) до появления симптомов могло бы кардинально изменить диагностику рака, инфекций и других заболеваний.
Нанопоры — нанометровые отверстия, детектирующие одиночные молекулы по изменению электрического тока, — приблизили эту возможность. Однако у технологии есть ограничения: молекулы проходят слишком быстро, сигнал тонет в шуме, белки прилипают к поверхности пор, а единичная пора не обеспечивает нужную пропускную способность.
Интеграция нанопор с наножидкостными устройствами
Совместная группа учёных из Университета Осаки Метрополитен (Япония) и Университета Фрибура (Швейцария) предложила стратегическое решение: интеграцию нанопор с чиповыми наножидкостными устройствами. Обзор опубликован в журнале TrAC Trends in Analytical Chemistry.
Наножидкостные устройства содержат сети наноразмерных каналов, позволяя точно контролировать движение, замедление, разделение и взаимодействие одиночных молекул. При интеграции с нанопорами:
- Молекулы движутся достаточно медленно для точного анализа.
- Уровень шума значительно снижается.
- Загрязнение поверхности (обрастание) сильно уменьшается.
- Возможно одновременное использование множества пор для высокопроизводительного анализа и автоматизации, что обеспечивает стабильность измерений.
Потенциальное влияние на диагностику и медицину
По мнению авторов, интеграция нанопорных и наножидкостных систем с ИИ (не только для анализа сигналов, но и для управления экспериментом, интеграции данных и принятия решений) может изменить несколько областей:
- Сверхраннее выявление рака и инфекций.
- Быстрый мониторинг биомаркеров заболеваний в крови на месте.
- Экологический мониторинг стойких загрязнителей (например, PFAS).
- Создание следующего поколения персонализированной медицины.
- Более быстрая и точная секвенирование ДНК и секвенирование белков на уровне одной молекулы.
"Интеграция нанопор с наножидкостными устройствами может позволить достичь высокоскоростных, высокоточных и высокочувствительных измерений одновременно, что долгое время считалось чрезвычайно сложным", — отметил профессор Ян Сюй (Университет Осаки Метрополитен).
"Этот комбинированный подход может трансформировать диагностику и здравоохранение, приблизив нас к практической реализации технологий работы с одиночными молекулами", — добавил профессор Майкл Майер (Университет Фрибура).