Onderzoekers van UC Santa Cruz hebben een nieuwe benadering ontwikkeld voor het bestuderen van afzonderlijke moleculen en nanodeeltjes door elektrische en optische metingen te combineren op een geïntegreerd, op chips gebaseerd platform. In een paper gepubliceerd op 9 juli in Nano-letters , de onderzoekers meldden dat ze het apparaat gebruikten om virussen te onderscheiden van nanodeeltjes van vergelijkbare grootte met 100 procent betrouwbaarheid.

Het combineren van elektrische en optische metingen op een enkele chip levert meer informatie op dan beide technieken alleen. zei de corresponderende auteur Holger Schmidt, de Kapany-hoogleraar opto-elektronica aan de Baskin School of Engineering en directeur van het W. M. Keck Center for Nanoscale Optofluidics aan de UC Santa Cruz. Afgestudeerde student Shuo Liu is eerste auteur van het artikel.

De nieuwe chip bouwt voort op eerder werk van het laboratorium van Schmidt en zijn medewerkers aan de Brigham Young University om optofluïdische chiptechnologie te ontwikkelen voor optische analyse van afzonderlijke moleculen terwijl ze door een klein met vloeistof gevuld kanaal op de chip gaan. Het nieuwe apparaat bevat een nanoporie die twee functies heeft:het fungeert als een "slimme poort" om de levering van individuele moleculen of nanodeeltjes in het kanaal te regelen voor optische analyse; en het maakt elektrische metingen mogelijk als een deeltje door de nanoporie gaat.

"De nanoporie levert een enkel molecuul in het vloeistofkanaal, waar het dan beschikbaar is voor optische metingen. Dit is een nuttig onderzoeksinstrument voor het doen van studies met één molecuul, ' zei Schmidt.

biologische nanoporiën, een technologie ontwikkeld door co-auteur David Deamer en anderen aan UC Santa Cruz, kan worden gebruikt om een ​​DNA-streng te analyseren terwijl deze door een kleine porie gaat die in een membraan is ingebed. Onderzoekers brengen spanning aan over het membraan, die het negatief geladen DNA door de porie trekt. Stroomschommelingen terwijl het DNA door de porie beweegt, leveren elektrische signalen die kunnen worden gedecodeerd om de genetische sequentie van de streng te bepalen.

Met het nieuwe toestel onderzoekers kunnen elektrische metingen verzamelen op een nanodeeltje terwijl het door een porie in een vast membraan beweegt, en meet vervolgens de optische signalen wanneer het deeltje een lichtstraal in het kanaal tegenkomt. Door de sterkte van de stroomafname te correleren als een deeltje door de porie beweegt, de intensiteit van het optische signaal, en de tijd van elke meting, de onderzoekers kunnen onderscheid maken tussen deeltjes met verschillende groottes en optische eigenschappen en de stroomsnelheid van deeltjes door het kanaal bepalen.

De chip kan ook worden gebruikt om deeltjes van vergelijkbare grootte maar met een verschillende samenstelling te onderscheiden. In een experiment, de onderzoekers combineerden griepvirussen met nanobeads van vergelijkbare diameter en plaatsten het mengsel boven de nanoporiën. Het virus was gelabeld met een rood fluorescerend label en de kralen waren gelabeld met een blauw label. De onderzoekers correleerden het elektrische signaal met de fluorescerende golflengte en het tijdstip van elke meting. Ze ontdekten dat de blauwe nanobeads sneller door het kanaal reisden dan het rode griepvirus, misschien vanwege een verschil in oppervlaktelading of massa. Naast het identificeren van pathogenen in een mengsel, de onderzoekers kunnen ook het aantal virusdeeltjes tellen.

"Dit zou kunnen worden gebruikt als een analytisch apparaat om betrouwbare tellingen van virusdeeltjes in een monster te doen, ' zei Schmidt.

Momenteel, De groep van Schmidt werkt aan methoden om optische trapping aan het apparaat toe te voegen. Hierdoor kan een molecuul in het kanaal op één plaats worden gehouden, onderzocht, en vrijgelaten, met het potentieel om honderden moleculen in een uur te analyseren. "Als dit allemaal op één chip zou staan, zou het meten van één molecuul veel gemakkelijker en handiger zijn, ' zei Schmidt.