Wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology zijn een stap dichter bij de ontwikkeling van de middelen gekomen voor een snelle diagnostische bloedtest die kan scannen op duizenden ziektemarkers en andere chemische gezondheidsindicatoren. Het team meldt dat het heeft geleerd hoe de elektrische signalen te decoderen die worden gegenereerd door een nanoporie - een "poort" van minder dan 2 nanometer breed in een kunstmatig celmembraan.

Nanoporiën zijn zelf niet nieuw; al meer dan een decennium, wetenschappers hebben geprobeerd een op nanoporiën gebaseerde elektrische detector te gebruiken om enkelstrengs DNA te karakteriseren voor genetische sequencing-toepassingen. Recenter, NIST-wetenschappers richtten hun aandacht op het gebruik van nanoporiën om te identificeren, kwantificeer en karakteriseer elk van de meer dan 20, 000 eiwitten die het lichaam produceert - een vermogen dat een momentopname zou opleveren van de algehele gezondheid van een patiënt op een bepaald moment. Maar terwijl nanoporiën moleculen één voor één binnenlaten, bepalen welke specifieke individuele molecule zojuist is gepasseerd, was niet eenvoudig.

Om dit probleem aan te pakken, leden van het NIST-team die eerder een methode ontwikkelden om zowel de grootte als de concentratie van elk type molecuul te onderscheiden dat de nanoporie toelaat, hebben nu de vraag beantwoord hoe deze afzonderlijke moleculen interageren met de nanoporie. Hun nieuwe theoretische model beschrijft de fysica en chemie van hoe de nanoporiën, in werkelijkheid, ontleedt een molecuul, een begrip dat het gebruik van nanoporiën op medisch gebied zal bevorderen.

"Dit werk brengt ons een stap dichter bij het realiseren van deze nanoporiën als een krachtig diagnostisch hulpmiddel voor de medische wetenschap, " zegt Joseph Reiner, die het werk met Joseph Robertson uitvoerde, en John Kasianowicz, alle van NIST's Semiconductor Electronics Division. "Het voegt aan de 'Rosetta Stone' toe dat we kunnen lezen welke moleculen zojuist door een nanoporie zijn gegaan."

Met behulp van hun nieuwe methoden, het team was in staat om de interactie van een bepaald type groot molecuul door de opening van een nanopore met grote nauwkeurigheid te modelleren. De moleculen waren polyethyleenglycol (PEG), een goed begrepen polymeer dat ketens van verschillende lengtes vormt.

"PEG-ketens kunnen erg lang zijn, maar elke schakel is erg klein, " zegt Kasianowicz. "Het was een goede test omdat we wilden zien of de nanoporie onderscheid kon maken tussen twee bijna identieke grote moleculen die slechts een paar atomen in lengte verschillen."

Het apparaat van het team kon gemakkelijk onderscheid maken tussen PEG-ketens van verschillende grootte, en het model dat ze hebben ontwikkeld om de PEG-nanopore-interacties te beschrijven, moedigt hen aan om te denken dat met verdere inspanning, de minuscule sensoren kunnen worden aangepast om snel veel verschillende moleculen te meten. "Het is denkbaar dat we een reeks van vele nanoporiën kunnen bouwen, elk gemaakt om een ​​specifieke stof te meten, " zegt Kasianowicz. "Omdat elke nanoporie zo klein is, een array met één voor elk eiwit in het lichaam zou nog steeds klein zijn."