I ricercatori della UC Santa Cruz hanno sviluppato un nuovo approccio per lo studio di singole molecole e nanoparticelle combinando misurazioni elettriche e ottiche su una piattaforma integrata basata su chip. In un articolo pubblicato il 9 luglio in Nano lettere , i ricercatori hanno riferito di aver utilizzato il dispositivo per distinguere i virus dalle nanoparticelle di dimensioni simili con una fedeltà del 100%.
La combinazione di misurazioni elettriche e ottiche su un singolo chip fornisce più informazioni rispetto a entrambe le tecniche da sole, ha detto l'autore corrispondente Holger Schmidt, il Kapany Professor of Optoelectronics presso la Baskin School of Engineering e direttore del W. M. Keck Center for Nanoscale Optofluidics presso l'UC Santa Cruz. Il dottorando Shuo Liu è il primo autore dell'articolo.
Il nuovo chip si basa sul lavoro precedente del laboratorio di Schmidt e dei suoi collaboratori alla Brigham Young University per sviluppare la tecnologia dei chip optofluidici per l'analisi ottica di singole molecole mentre passano attraverso un minuscolo canale pieno di fluido sul chip. Il nuovo dispositivo incorpora un nanoporo che svolge due funzioni:funge da "porta intelligente" per controllare la consegna di singole molecole o nanoparticelle nel canale per l'analisi ottica; e consente misurazioni elettriche quando una particella passa attraverso il nanoporo.
"Il nanoporo rilascia una singola molecola nel canale fluidico, dove è poi disponibile per misurazioni ottiche. Questo è un utile strumento di ricerca per fare studi su singole molecole, " ha detto Schmidt.
nanopori biologici, una tecnologia sviluppata dal coautore David Deamer e altri alla UC Santa Cruz, può essere utilizzato per analizzare un filamento di DNA mentre passa attraverso un minuscolo poro incorporato in una membrana. I ricercatori applicano la tensione attraverso la membrana, che tira il DNA caricato negativamente attraverso il poro. Le fluttuazioni correnti mentre il DNA si muove attraverso il poro forniscono segnali elettrici che possono essere decodificati per determinare la sequenza genetica del filamento.
Con il nuovo dispositivo, i ricercatori sono in grado di raccogliere misurazioni elettriche su una nanoparticella mentre si muove attraverso un poro in una membrana solida, e quindi misurare i segnali ottici quando la particella incontra un raggio di luce nel canale. Correlando la forza della diminuzione della corrente quando una particella si muove attraverso il poro, l'intensità del segnale ottico, e il tempo di ogni misurazione, i ricercatori sono in grado di discriminare tra particelle con dimensioni e proprietà ottiche diverse e di determinare la velocità di flusso delle particelle attraverso il canale.
Il chip può essere utilizzato anche per differenziare particelle di dimensioni simili ma composizione diversa. In un esperimento, i ricercatori hanno combinato i virus dell'influenza con nanosfere di diametro simile e hanno posizionato la miscela sopra il nanoporo. Il virus è stato etichettato con un'etichetta fluorescente rossa e le perline sono state etichettate con un'etichetta blu. I ricercatori hanno correlato il segnale elettrico con la lunghezza d'onda fluorescente e il tempo di ogni misurazione. Hanno scoperto che le nanosfere blu viaggiavano più velocemente attraverso il canale rispetto al virus dell'influenza rossa, forse a causa di una differenza di carica superficiale o massa. Oltre a identificare gli agenti patogeni in una miscela, i ricercatori possono anche contare il numero di particelle virali.
"Questo potrebbe essere usato come dispositivo analitico per fare conteggi affidabili delle particelle virali in un campione, " ha detto Schmidt.
Attualmente, Il gruppo di Schmidt sta lavorando sui metodi per aggiungere l'intrappolamento ottico al dispositivo. Ciò consentirebbe a una molecola nel canale di essere trattenuta in un punto, indagato, e rilasciato, con la possibilità di analizzare centinaia di molecole in un'ora. "Avere tutto questo su un chip renderebbe le misurazioni di singole molecole molto più semplici e convenienti, " ha detto Schmidt.
