p Uma nova plataforma baseada em chip desenvolvida por pesquisadores da UC Santa Cruz integra nanoporos e tecnologia optofluídica com um circuito de controle de feedback para permitir um nível sem precedentes de controle sobre moléculas e partículas individuais em um chip para análise de alto rendimento. p Em um artigo publicado em 16 de agosto em Nature Communications , os pesquisadores relataram o uso do dispositivo para controlar a entrega de biomoléculas individuais, incluindo ribossomos, DNA, e proteínas - em um canal cheio de fluido no chip. Eles também mostraram que o dispositivo pode ser usado para classificar diferentes tipos de moléculas, permitindo a análise seletiva de moléculas alvo de uma mistura.

p Os recursos do dispositivo nanoporo-optofluídico programável apontam o caminho para uma nova ferramenta de pesquisa para análise de molécula única de alto rendimento em um chip, disse Holger Schmidt, o Professor Kapany de Optoeletrônica na UC Santa Cruz e autor correspondente do artigo.

p "Podemos trazer uma única molécula para um canal fluídico, onde pode então ser analisada usando guias de ondas ópticas integradas ou outras técnicas, "Schmidt disse." A ideia é introduzir uma partícula ou molécula, mantenha-o no canal para análise, então descarte a partícula, e repetir fácil e rapidamente o processo para desenvolver estatísticas robustas de muitos experimentos de uma única molécula. "

p O novo dispositivo baseia-se no trabalho anterior do laboratório de Schmidt e do grupo de seu colaborador Aaron Hawkins na Brigham Young University para desenvolver a tecnologia de chip optofluídico combinando microfluídicos (canais minúsculos para lidar com amostras líquidas em um chip) com óptica integrada para análise óptica de moléculas individuais. A adição de nanoporos permite a entrega controlada de moléculas no canal, bem como a oportunidade de analisar o sinal elétrico produzido quando uma molécula passa pelo poro. Este último trabalho foi liderado pelo primeiro autor Mahmudur Rahman, um estudante de graduação no laboratório de Schmidt na UC Santa Cruz.

p A tecnologia Nanopore tem sido usada com sucesso em aplicações de sequenciamento de DNA, e Schmidt e outros pesquisadores têm explorado novas maneiras de explorar as informações nos sinais produzidos à medida que as moléculas ou partículas se translocam através de um nanoporo.

p Com o sistema de controle de feedback (um microcontrolador e relé de estado sólido) no novo dispositivo, a análise em tempo real da corrente transforma o nanoporo em um "portão inteligente" que pode ser programado pelo usuário para entregar moléculas no canal de uma maneira predeterminada. O portão pode ser fechado assim que uma única molécula (ou qualquer número definido pelo usuário) tenha passado, e aberto novamente após um tempo definido.

p "O uso de nanoporos como 'portas inteligentes' é um passo fundamental em direção a um sistema de análise de molécula única que é amigável e pode funcionar em alto rendimento, "Schmidt disse." Ele permite o controle programável do usuário sobre o número de moléculas que estão sendo entregues a um canal fluídico para posterior análise ou processamento, gating seletivo de diferentes tipos de moléculas individuais, e a capacidade de entregar moléculas individuais em um chip a taxas recordes de muitas centenas por minuto. "

p Usando ribossomos bacterianos (70S), os pesquisadores demonstraram entrega controlada de mais de 500 ribossomos por minuto. Co-autor Harry Noller, o professor Sinsheimer de Biologia Molecular da UC Santa Cruz, fez pesquisas pioneiras sobre a estrutura e função dos ribossomos, as máquinas moleculares que sintetizam proteínas em todas as células vivas, e colabora com o grupo de Schmidt desde 2006.

p Os pesquisadores também usaram uma mistura de DNA e ribossomos para mostrar a capacidade do dispositivo de ativar seletivamente a função de passagem para uma molécula alvo (neste caso, DNA). Isso pode permitir, por exemplo, experimentos de fluorescência em um número controlado de moléculas alvo, enquanto as partículas não rotuladas são ignoradas e descartadas. A passagem seletiva também pode ser usada para purificação ou classificação de diferentes partículas a jusante do nanopore, com base nos sinais à medida que as partículas passam pelo nanoporo, Schmidt disse.

p O sistema programável permite flexibilidade para uma ampla gama de aplicações potenciais, ele disse.