科学家的意外呼气导致改进的DNA检测器

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科学家的意外呼气导致改进的DNA检测器

Greg Madejski屏住呼吸,看着显微镜,试图将两个指甲大小的芯片焊接在一起:在另一个带有DNA传感器的芯片顶部装有一个纳米过滤器的小芯片。

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这是令人沮丧的工作。筹码之间没有很好的接触。Madejski轻轻地戳着筹码,然后看着显微镜的顶端。

然后呼出。

突然的暖空气吹过纳米过滤器,将其转移到目标上的传感器上。“事故”引发了马德吉斯基的一个重要见解:呼吸中的水蒸气凝结在装置上,导致纳米过滤器如此整齐地粘附在传感器上。

“就像我偶然创造的一个真正的高科技临时纹身,舔棒棒!” 罗切斯特大学生物医学工程教授詹姆斯·麦克格拉斯(James McGrath)实验室的博士生说。

这就是水蒸气如何成为检测附属疾病的DNA生物标志物的新型装置的开发和设计的一部分。由McGrath实验室与渥太华大学Vincent Tabard-Cossa教授和研究生Kyle Briggs合作创建,该设备在纳米快报在线发表的文章中描述。这篇文章以及Madejski自制动画设备的图像将在2018年2月的印刷版封面上突出显示。

“一个非凡的结构”

该设备由三个超薄层组成:

  • 用作预过滤器的纳米多孔氮化硅膜。
  • 具有单个纳米孔的生物传感器膜。
  • 一个间隔层将这些分隔仅200纳米。

这种安排创造了一个纳米腔,其中填充少于一毫微升的流体 - 比最小的雨滴小约百万倍。

在操作过程中,设备使用电场引诱DNA链进入预过滤器的一个孔,然后穿过纳米腔到达下面的传感器膜的孔。这触发了可以检测和分析的设备电流的变化。DNA必须以一致的方式延伸以穿过双膜组合的事实提高了检测的精确性和可重复性。

“这是一个了不起的结构,”麦格拉思说。“我们已经建立了一个集成系统,在一个传感器的分子范围内有一个高度多孔的过滤器,我认为有很多传感器,特别是那些寻找原始生物液体中的生物标记的传感器,探测器。”

制造方法瞬间使纳米腔变得湿润,这在纳米级通常是困难的。该装置包含数十个这样的纳米腔,这最终可以通过实现并行化的生物标志物检测来增加可以筛选的材料的量。

解决别人需要解决的问题

Tabard-Cossa的实验室使用固态纳米孔器件来寻找操纵和表征单个分子的新方法。他的实验室对寻找可用于生物标志物检测的新材料感兴趣。新设备中的预过滤器解决了其他硅纳米孔探测器的问题:与使用生物孔隙进行传感的替代设备相比,它们更容易堵塞。另一方面,生物膜比固态纳米孔更不稳定,McGrath指出。

“我们喜欢应用我们的膜技术来解决其他人需要解决的问题,这是一个非常好的例子,”McGrath说。

McGrath是SiMPore的联合创始人,SiMPore是一家基于大学的创业公司,开发高度便携的基于芯片的器件,该器件为生物传感到透析等各种应用提供了硅膜。

他说:“我认为我们将在短期内认识到这项技术的实际优势。” 他指出,SiMPore开发的第二代新器件在晶圆制造过程中将预滤器正确地结合在芯片上,“所以没有人再呼吸了。“它实际上是作为一个整体而建立的,应该使未来的学习变得非常简单,这是对SiMPore的独创性的肯定,也是Greg的遗产。

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