研究人員花費了三十多年的時間來開發(fā)和研究可以識別單個分子的微型生物傳感器。在五到十年內，當此類設備成為醫(yī)生辦公室的常用藥品時，它們可以檢測出癌癥和其他疾病的分子標記，并評估針對這些疾病的藥物治療的有效性。
為了幫助實現(xiàn)這一目標并提高這些測量的準確性和速度，科學家們必須找到更好地理解分子如何與這些傳感器相互作用的方法。國家標準技術研究院(NIST)和弗吉尼亞邦大學(VCU)的研究人員現(xiàn)已開發(fā)出一種新方法。他們在最新一期的《科學進展》中報告了他們的發(fā)現(xiàn)。
該團隊通過制造形成細胞膜的生物材料的人工版本來構建其生物傳感器。它被稱為脂質雙層，它包含一個直徑約2納米(十億分之一米)的細小孔，周圍被流體包圍。溶解在流體中的離子穿過納米孔，產生小的電流。但是，當將感興趣的分子驅動到膜中時，它會部分阻止電流流動。這種封鎖的持續(xù)時間和大小可作為指紋，識別特定分子的大小和性質。
為了對大量的單個分子進行準確的測量，目標分子必須在納米孔中停留的時間既不能太長也不能太短(“ Goldilocks”時間)，范圍從百萬分之一秒到十分之一秒。問題在于，如果納米孔以某種方式將它們固定在適當?shù)奈恢?，則大多數(shù)分子僅在此時間間隔內停留在納米孔的小體積中。這意味著納米孔環(huán)境必須提供一定的屏障，例如增加靜電力或改變納米孔的形狀，這會使分子更難以逃脫。
對于每種類型的分子，突破障礙所需的最小能量各不相同，這對于生物傳感器高效，準確地工作至關重要。計算該數(shù)量涉及測量與分子進入和移出孔時的分子能量有關的幾個屬性。
至關重要的是，目標是測量分子與周圍環(huán)境之間的相互作用主要是由化學鍵還是由分子在捕獲和釋放過程中擺動和自由移動的能力引起的。
到目前為止，由于多種技術原因，缺少用于提取這些高能成分的可靠測量方法。在這項新研究中，由NIST的Joseph Robertson和VCU的Joseph Reiner共同領導的一個團隊證明了使用基于激光的快速加熱方法測量這些能量的能力。
測量必須在不同的溫度下進行，并且激光加熱系統(tǒng)可確保這些溫度變化快速且可重復地發(fā)生。這使研究人員可以在不到2分鐘的時間內完成測量，而原本需要30分鐘或更長時間。
羅伯遜說：“沒有這種新型的基于激光的加熱工具，我們的經驗表明，根本無法進行測量;它們將既耗時又昂貴。”他補充說：“實質上，我們已經開發(fā)了一種工具，可以改變納米孔傳感器的開發(fā)流程，以迅速減少涉及傳感器發(fā)現(xiàn)的猜測。”
標簽： 納米孔生物傳感器
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