p À medida que a nanotecnologia se torna cada vez mais onipresente, pesquisadores estão usando-o para tornar os diagnósticos médicos menores, mais rápido, e mais barato, para melhor diagnosticar doenças, aprenda mais sobre características herdadas, e mais. Mas à medida que os sensores ficam menores, medi-los se torna mais difícil - sempre há uma compensação entre o tempo que qualquer medição leva para ser feita e o quão precisa ela é. E quando um sinal está muito fraco, a compensação é especialmente grande. p Uma equipe de pesquisadores da Columbia Engineering, liderado pelo professor de engenharia elétrica Ken Shepard, junto com colegas da Universidade da Pensilvânia, descobriu uma maneira de medir os nanoporos - minúsculos orifícios em uma membrana fina que pode detectar moléculas biológicas únicas, como DNA e proteínas - com menos erros do que os que podem ser obtidos com instrumentos comerciais. Eles miniaturizaram a medição projetando um circuito integrado personalizado usando tecnologia de semicondutor comercial, construir a medição nanopore em torno do novo chip amplificador. A pesquisa deles será publicada na Publicação Online Avançada em Métodos da Natureza no site da Web em 18 de março.

p Os nanoporos são cientistas estimulantes porque podem levar a um sequenciamento de DNA extremamente rápido e de baixo custo. Mas os sinais dos nanoporos são muito fracos, portanto, é extremamente importante medi-los da forma mais limpa possível.

p "Colocamos um minúsculo chip amplificador diretamente na câmara de líquido ao lado do nanopore, e os sinais são tão claros que podemos ver moléculas individuais passando pelo poro em apenas um microssegundo, "diz Jacob Rosenstein, um Ph.D. candidato em engenharia elétrica na Columbia Engineering e autor principal do artigo. "Anteriormente, os cientistas só conseguiam ver as moléculas que ficam no poro por mais de 10 microssegundos. "

p Muitas medições de molécula única são feitas atualmente usando técnicas ópticas, que usam moléculas fluorescentes que emitem fótons em um determinado comprimento de onda. Mas, enquanto a fluorescência é muito poderosa, sua principal limitação é que cada molécula geralmente produz apenas alguns milhares de fótons por segundo. "Isso significa que você não pode ver nada que acontece mais rápido do que alguns milissegundos, porque qualquer imagem que você pudesse tirar ficaria muito escura, "explica Shepard, quem é o conselheiro de Rosenstein. "Por outro lado, se você pode usar técnicas que medem elétrons ou íons, você pode obter bilhões de sinais por segundo. O problema é que para medições eletrônicas não há equivalente a um filtro de comprimento de onda fluorescente, então, mesmo que o sinal chegue, muitas vezes fica escondido no ruído de fundo. "

p O grupo de Shepard está interessado em medições de molécula única há vários anos, olhando para uma variedade de novas plataformas de transdução. Eles começaram a trabalhar com sensores nanopore após Marija Drndic, professor de física da Universidade da Pensilvânia, deu um seminário na Columbia Engineering em 2009. "Vimos que quase todo mundo mede nanoporos usando amplificadores clássicos de eletrofisiologia, que são principalmente otimizados para medições mais lentas, "observa Shepard." Por isso, projetamos nosso próprio circuito integrado. "

p Rosenstein projetou a nova eletrônica e fez grande parte do trabalho de laboratório. O grupo de Drndic na Universidade da Pensilvânia fabricou os nanoporos que a equipe mediu em seu novo sistema.

p "Enquanto a maioria dos grupos está tentando desacelerar o DNA, nossa abordagem é construir eletrônicos mais rápidos, "diz Drndic." Combinamos os componentes eletrônicos mais sensíveis com os nanoporos de estado sólido mais sensíveis. "

p "É muito emocionante ser capaz de fazer medições puramente eletrônicas de moléculas individuais, "diz Rosenstein." A configuração para medições de nanoporos é muito simples e portátil. Não requer um microscópio complicado ou instrumentos de alta potência; requer apenas atenção aos detalhes. Você pode facilmente imaginar a tecnologia nanopore tendo um grande impacto no sequenciamento de DNA e outras aplicações médicas nos próximos anos. "

p O grupo de Shepard continua aprimorando essas técnicas. "Com um design de última geração, " ele diz, "podemos conseguir uma melhoria adicional de 10 vezes, e medir coisas que duram apenas 100 nanossegundos. Nosso laboratório também está trabalhando com outras técnicas eletrônicas de molécula única baseadas em transistores de nanotubos de carbono, que pode alavancar circuitos eletrônicos semelhantes. Este é um momento emocionante! "