Een gekoppeld systeem van twee miniatuurdetectoren, nanoporiën genaamd, verbetert de detectie van biologische moleculen, inclusief DNA en markers van vroege ziekte.

Het vermogen om de beweging van afzonderlijke biologische moleculen te beheersen, is de sleutel tot het verbeteren van een breed scala aan biofysische en diagnostische toepassingen, zoals DNA-sequencing en de detectie van zeldzame moleculen gekoppeld aan diagnose en prognose van ziekte.

In recente jaren, nanoporiën - kleine gaatjes in isolatiematerialen - zijn naar voren gekomen als een veelbelovend hulpmiddel dat in staat is om deze taken uit te voeren. Bij nanoporie-detectie, individuele moleculen worden door een heel klein gaatje ter grootte van een nanometer geleid. Dit proces resulteert erin dat elk molecuul een unieke handtekening produceert, zonder de noodzaak van langdurige monstervoorbereiding of chemische modificatie.

Echter, hoe kleiner het molecuul, hoe moeilijker het is om op te sporen. Er is een zeer nauwkeurige controle nodig om afzonderlijke moleculen te selecteren en ze lang genoeg op hun plaats te houden om te worden geanalyseerd.

In een gezamenlijke inspanning, teams onder leiding van dr. Alex Ivanov en professor Joshua Edel van het Imperial College London en professor Cees Dekker van de Technische Universiteit Delft hebben een sensor op nanoschaal ontwikkeld die moleculen vasthoudt om een ​​bijna 100x verbetering van de uitleestijden mogelijk te maken.

De nieuwe technologie, gerapporteerd in het journaal Nano-letters , werkt door het transport van moleculen in suspensie actief te regelen met behulp van een dubbele nanoporeuze architectuur, waar twee nanoporiën worden gescheiden door een opening van ongeveer 20 nm breed (20 miljardste van een meter). Dit 'vangt' moleculen effectief lang genoeg vast zodat de nanoporiën nauwkeurige uitlezingen kunnen verkrijgen.

Mede-leider van het onderzoek, Dr. Ivanov, van de afdeling scheikunde van Imperial, zei:"Aanvankelijk beide teams ontwikkelden onafhankelijk systemen waarbij twee van dergelijke detectoren op nanoschaal dicht bij elkaar worden vervaardigd. Echter, in de huidige studie hebben we de voordelen van beide methoden gecombineerd om een ​​significante verbetering te bereiken in het afslaan van afzonderlijke moleculen aan de detectorkop."

In aanvulling, de methode maakt ook nauwkeurige controle mogelijk van moleculair transport en het shuffelen van afzonderlijke moleculen van de ene detector naar de andere met een efficiëntie van bijna 100%.

Professor Edel, ook van de afdeling scheikunde van Imperial, merkte op:"De kracht en betrouwbaarheid van het platform opent een overvloed aan mogelijke toepassingen. implementatie van een feedbackcontrolemechanisme zou een betere modulatie en controle van moleculair transport mogelijk maken.

"Als voorbeeld, een dergelijk mechanisme zou kunnen worden gebruikt om meerdere metingen van hetzelfde DNA-molecuul uit te voeren, het opleveren van meer nauwkeurige informatie over de moleculen die worden onderzocht. "

Dr. Ivanov voegde toe:"Het hele project werd alleen mogelijk gemaakt door het enthousiasme van de jonge teamleden, waaronder Paolo Cadinu, Giulia Campolo bij Imperial en Sergii Pud aan de Technische Universiteit Delft, die allemaal verschillende expertises en achtergronden hebben. We hebben onlangs een Imperial European Partners Fund-subsidie ​​gekregen om onze samenwerking verder te ontwikkelen."