(PhysOrg.com) -- Utilizzando un paio di tecniche esotiche inclusa una versione su scala molecolare della pesca nel ghiaccio, un team di ricercatori che lavorano presso il National Institute of Standards and Technology ha sviluppato metodi per misurare con precisione la lunghezza dei "nanopori, ” i minuscoli canali che si trovano nelle membrane cellulari. I "righelli molecolari" che descrivono in un recente articolo* potrebbero servire come un modo per calibrare nanopori su misura, i cui diametri in media sono quasi 10, 000 volte più piccolo di quello di un capello umano, per una varietà di applicazioni come l'analisi rapida del DNA.

Studi presso il NIST e altri istituti di ricerca hanno dimostrato che un singolo poro su scala nanometrica in una membrana sottile può essere utilizzato come "laboratorio di analisi in miniatura" per rilevare e caratterizzare singole molecole biologiche come DNA o tossine mentre attraversano o bloccano il passaggio . Un tale sistema potrebbe potenzialmente adattarsi a un singolo dispositivo a microchip, per un'ampia varietà di applicazioni. Però, rendere pratico il mini-laboratorio richiede un'accurata definizione delle dimensioni e delle caratteristiche strutturali del nanoporo.

In nuovi esperimenti, i ricercatori del NIST e dell'Università del Maryland hanno prima costruito una membrana, un foglio a doppio strato di molecole lipidiche, simile a quella che si trova nelle cellule animali. Hanno "forato" un poro con una proteina** progettata specificamente per penetrare le membrane cellulari. Quando viene applicata tensione attraverso la parete della membrana, molecole cariche come il DNA a singolo filamento sono forzate nel nanoporo. Quando la molecola passa nel canale, il flusso di corrente ionica si riduce per un tempo proporzionale alla dimensione della catena, permettendo di ricavarne facilmente la lunghezza.

Se una catena è abbastanza lunga da raggiungere la parte più stretta del nanoporo, nota come punto di schiacciamento, la forza del campo elettrico dietro di essa spingerà la molecola attraverso il resto del canale. Sfruttando questa caratteristica, il team del NIST/Maryland ha sviluppato un metodo di sonda del DNA per misurare le distanze dalle aperture su ciascun lato della membrana al punto di pizzicamento, e a sua volta, l'intera lunghezza del nanoporo sommando le due misurazioni. Le sonde sono costituite da filamenti di DNA di lunghezza nota sormontati su un'estremità da una sfera polimerica. La sfera impedisce alla sonda di muoversi completamente attraverso il nanoporo lasciando la catena di DNA che penzola da essa libera di estendersi nel canale. Se la catena raggiunge il punto di pizzicamento, la forza che normalmente spingerebbe una catena di DNA libera oltre la giunzione mantiene invece la sonda in posizione (poiché la sfera di polimero la "blocca" all'altra estremità) e definisce la distanza dal punto di pizzicamento. Se la catena è più corta della distanza dal punto di presa, sarà rimbalzato fuori dal nanoporo, dicendo ai ricercatori che è necessaria una catena più lunga per misurare la distanza dal divario.

I ricercatori del NIST/Maryland hanno anche sviluppato un secondo mezzo per misurare la lunghezza del nanoporo per confermare i risultati del metodo "single lecca-lecca". In questo sistema, le molecole di polimero possono circolare liberamente nella soluzione che si trova sul lato interno della membrana. Sonde di DNA ricoperte di polimeri di diverse lunghezze vengono forzate una alla volta nel nanoporo dal lato opposto. Se l'estremità della catena di una sonda è abbastanza lunga da attraversare completamente il canale, afferrerà una molecola polimerica libera in soluzione. Questo definisce la lunghezza del canale.

Inoltre, questo metodo di "pesca nel ghiaccio" fornisce informazioni sulla struttura del nanoporo. Mentre la catena del DNA si snoda attraverso, le variazioni della tensione elettrica corrispondono alla forma mutevole del canale. Queste informazioni possono essere utilizzate per mappare efficacemente il passaggio.