Een nanoporie is een klein gaatje in een dun membraan met een diameter van ongeveer een miljardste meter, of ongeveer de breedte van een enkel DNA-molecuul. De mogelijke toepassingen van deze nanoporiën zijn zo divers - van geneeskunde tot informatietechnologie (IT) - dat ze een grote impact kunnen hebben op ons dagelijks leven. Nu democratiseert een team van onderzoekers van de Universiteit van Ottawa de toegang tot het gebied van nanoporiënonderzoek door een uniek hulpmiddel aan te bieden om de ontwikkeling van nieuwe toepassingen en ontdekkingen te versnellen.

Het innovatieve T.-Cossa Lab, welke studies toegepaste single-molecule biofysica, kwam op het idee om de onderzoeksgemeenschap te voorzien van de protocollen, hardware-ontwerpen, en software die nodig is om nanoporiën in vaste toestand te fabriceren in een snelle, goedkoop, en volledig geautomatiseerde mode. Deze methode is nu beschikbaar in het online tijdschrift Natuurprotocollen .

De stap is een zegen voor onderzoekers die diagnostische en sequencing-toepassingen in de gezondheidszorg ontwikkelen, levenswetenschappen, en het, waar het nodig is om afzonderlijke biologische moleculen zoals eiwitten of DNA te kunnen detecteren en identificeren met de exacte precisie van een nanoporie.

"Voor de eerste keer, we stellen onze unieke nanopore-fabricagetool vrij beschikbaar, " legde Vincent Tabard-Cossa uit, professor in de afdeling Natuurkunde en directeur van het Laboratorium voor Toegepaste Single-Molecule Biofysica aan de Universiteit van Ottawa. "We hebben ervoor gekozen om onze gepatenteerde nanopore-fabricagetechnologie gratis aan te bieden aan de onderzoeksgemeenschap, om het te helpen verspreiden en het gebied van nanoporiënonderzoek uit te breiden."

Solid-state nanoporiën zijn nu goed ingeburgerd als sensoren met één biomolecuul die een enorme belofte inhouden voor snelle en goedkope detectie- en sequencing-toepassingen, inclusief snelle identificatie van ziekteverwekkers, kwantificering van biomarkers voor precisiegeneeskunde, metagenomica, microbioom analyse, en kankeronderzoek. Echter, tot voor kort, deze belofte was verstikt door de dure, arbeidsintensief, en methoden met een laag rendement waarmee poriën werden vervaardigd. Om dit probleem aan te pakken, Professor Tabard-Cossa en zijn team pionierden in 2012 met een goedkope en schaalbare fabricagemethode voor nanoporiën in vaste toestand, gecontroleerde afbraak (CBD) genaamd. die sindsdien de voorkeursmethode is geworden waarmee nanoporiën in vaste toestand worden vervaardigd door onderzoeksgroepen over de hele wereld.

"Om toegankelijke innovatie te bevorderen, we wilden een instrument en workflow maken die met succes konden worden bediend door iemand die nog nooit van een nanoporie had gehoord, " zei Matthew Waugh, labmanager van het T.-Cossa Lab. "We hebben al een aantal geweldige successen geboekt via een lokaal wetenschappelijk outreach-programma waarbij middelbare scholieren in staat zijn geweest om in één middag zelfstandig nanoporiën te produceren en individuele DNA-moleculen te detecteren met behulp van onze tools."

CBD-poriënfabricage vervangt dure, handbediende elektronenmicroscopen met lage kosten, makkelijk te gebruiken, kleine tafelinstrumenten die met een druk op de knop automatisch nanoporiën tot een bepaalde grootte fabriceren. Volgens Dr. Tabard-Cossa, onderzoekers kunnen nu hun aandacht richten op het ontwikkelen van verschillende real-world nanopore-toepassingen op verschillende gebieden.

"Een dergelijke applicatie pakt de groeiende behoefte aan om enorme hoeveelheden digitale informatie op te slaan en te archiveren voor zeer lange tijdschalen, " zei Kyle Briggs, postdoctoraal onderzoeker in het T.-Cossa-lab. "De natuur heeft dit probleem lang geleden opgelost met DNA, en een vergelijkbare aanpak zal voor ons werken, waarin de informatie is opgeslagen als de volgorde van een synthetisch polymeer, serverfarms terugbrengen tot de grootte van een koelkast en miljarden dollars besparen op energiekosten en gefrituurde harde schijven. Nanoporiën in vaste toestand kunnen de volgende grote doorbraak in gegevensopslag mogelijk maken, omdat ze kunnen worden gebruikt als het element dat de informatie van de polymeren afleest, " hij voegde toe.