Una nueva plataforma basada en chips desarrollada por investigadores de UC Santa Cruz integra nanoporos y tecnología optofluídica con un circuito de control de retroalimentación para permitir un nivel de control sin precedentes sobre moléculas y partículas individuales en un chip para análisis de alto rendimiento.
En un artículo publicado el 16 de agosto en Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores informaron que usaron el dispositivo para controlar la entrega de biomoléculas individuales, incluidos ribosomas, ADN y proteínas, en un canal lleno de líquido en el chip. También mostraron que el dispositivo se puede usar para clasificar diferentes tiposde moléculas, lo que permite el análisis selectivo de moléculas objetivo de una mezcla.
Las capacidades del dispositivo programable nano-optofluídico señalan el camino hacia una nueva herramienta de investigación para el análisis de una sola molécula de alto rendimiento en un chip, dijo Holger Schmidt, profesor de optoelectrónica de Kapany en la Universidad de California en Santa Cruz y autor correspondiente del artículo.
"Podemos llevar una sola molécula a un canal fluídico donde luego se puede analizar utilizando guías de onda ópticas integradas u otras técnicas", dijo Schmidt. "La idea es introducir una partícula o molécula, mantenerla en el canal para el análisis,luego descarte la partícula y repita el proceso fácil y rápidamente para desarrollar estadísticas sólidas de muchos experimentos de molécula única ".
El nuevo dispositivo se basa en el trabajo previo del laboratorio de Schmidt y el grupo de su colaborador Aaron Hawkins en la Universidad Brigham Young para desarrollar tecnología de chip optofluídico que combina microfluídica pequeños canales para manipular muestras líquidas en un chip con óptica integrada para el análisis óptico de moléculas individualesLa adición de nanoporos permite la entrega controlada de moléculas en el canal, así como la oportunidad de analizar la señal eléctrica producida cuando una molécula pasa a través del poro. Este último trabajo fue dirigido por el primer autor Mahmudur Rahman, un estudiante graduado en el laboratorio de Schmidt.en UC Santa Cruz.
La tecnología Nanopore se ha utilizado con éxito en aplicaciones de secuenciación de ADN, y Schmidt y otros investigadores han estado explorando nuevas formas de explotar la información en las señales producidas a medida que las moléculas o partículas se traslocan a través de un nanoporo.
Con el sistema de control de retroalimentación un microcontrolador y un relé de estado sólido en el nuevo dispositivo, el análisis en tiempo real de la corriente convierte el nanoporo en una "puerta inteligente" que el usuario puede programar para entregar moléculas al canalde manera predeterminada. La puerta puede cerrarse tan pronto como haya pasado una sola molécula o cualquier número establecido por el usuario y abrirse nuevamente después de un tiempo establecido.
"El uso de nanoporos como 'puertas inteligentes' es un paso clave hacia un sistema de análisis de una sola molécula que sea fácil de usar y pueda funcionar a un alto rendimiento", dijo Schmidt. "Permite un control programable por el usuario sobre la cantidad demoléculas que se entregan a un canal de fluidos para su posterior análisis o procesamiento, selección selectiva de diferentes tipos de moléculas individuales y la capacidad de entregar moléculas individuales en un chip a velocidades récord de muchos cientos por minuto ".
Utilizando ribosomas bacterianos 70S, los investigadores demostraron un suministro controlado de más de 500 ribosomas por minuto. El coautor Harry Noller, profesor de biología molecular de Sinsheimer en la Universidad de California en Santa Cruz, ha realizado una investigación pionera sobre la estructura y función de los ribosomas, elmáquinas moleculares que sintetizan proteínas en todas las células vivas, y ha estado colaborando con el grupo de Schmidt desde 2006.
Los investigadores también usaron una mezcla de ADN y ribosomas para mostrar la capacidad del dispositivo para activar selectivamente la función de activación para una molécula objetivo en este caso, ADN. Esto puede permitir, por ejemplo, experimentos de fluorescencia en un número controlado de objetivosmoléculas, mientras que las partículas no etiquetadas se ignoran y se descartan. La activación selectiva también podría usarse para la purificación o clasificación de diferentes partículas aguas abajo del nanoporo, según las señales a medida que las partículas pasan a través del nanoporo, dijo Schmidt.
Dijo que el sistema programable permite flexibilidad para una amplia gama de aplicaciones potenciales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Cruz . Original escrito por Tim Stephens. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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