Искусственные нанопоры измеряют "пульс" аналита

Метод резистивного импульсного детектирования очень перспективен для идентификации и количественного определения биомедицинских объектов, таких как лекарства, ДНК, белки и вирусы, в растворе.

Метод основан на измерении изменений ионного тока через мембрану с единственной нанопорой размером в нанометры, которая разделяет два электролитных раствора. Когда биологические аналиты проходят через пору, они временно блокируют её, вызывая кратковременные спады (импульсы) в ионном токе. Частота, длительность и величина этих импульсов содержат информацию, которая помогает идентифицировать и определить количество аналита.

Биологическая нанопора α-гемолизин, встроенная в липидный бислой, хорошо подходит для детекции различных аналитов. Однако серьёзным недостатком этой системы является её низкая механическая стабильность. Такие биологические мембраны, как правило, разрушаются в течение нескольких часов, что препятствует их использованию в практических сенсорных устройствах. Группа исследователей из Университета Флориды совершила прорыв, который поможет воспроизводимо изготавливать прочные синтетические мембраны с одиночной нанопорой.

Нанопоры создаются методом трекового травления. В этом подходе высокоэнергетическая частица проходит через синтетическую полимерную мембрану, создавая повреждённый трек, который затем химически травят, превращая его в пору. Основной сложностью было обеспечение контроля и воспроизводимости диаметра получаемой поры.

Чарльз Р. Мартин и его коллеги разработали двухэтапный метод травления для воспроизводимого изготовления конических пор в полимерных мембранах с прогнозируемым контролем диаметров их отверстий. Конические поры имеют два отверстия на противоположных сторонах: основание большого диаметра и вершину малого диаметра. Большая часть сенсорного действия происходит именно на вершине, поскольку биоаналиты блокируют её при прохождении через мембрану. Поэтому критически важно контролировать размер этого отверстия.

Исследователи используют первый этап травления для формирования основания и вершины конических пор в мембране. Затем они применяют второй этап травления, непрерывно отслеживая ионный ток, и останавливают процесс, когда ток через мембрану достигает определённого значения, соответствующего чётко заданному диаметру вершины.

Этот метод позволяет прогнозируемо и надёжно изготавливать конические поры с диаметром отверстия вершины от 10 до 60 нм, что идеально подходит для детекции биологических аналитов. Мартин и его коллеги продемонстрировали огромный потенциал таких мембран, детектировав белковый аналит — бычий сывороточный альбумин — с помощью нанопоровых сенсоров с двумя разными диаметрами вершины. Белок эффективнее блокировал поры сенсора с диаметром вершины 17 нм по сравнению с сенсором с диаметром 27 нм, что отразилось в данных по импульсам тока.

«Этот метод может позволить нам перевести искусственные нанопоровые сенсоры из стадии лабораторных исследований к этапу разработки практических прототипов устройств», — заявил Мартин, подчеркнув, что воспроизводимое изготовление искусственных нанопор критически важно для развития резистивных импульсных сенсоров.

Цитирование: Charles R. Martin, A Method for Reproducibly Preparing Synthetic, Small 2007, 3, 1424–1430
Источник: Wiley-VCH