Un sistema accoppiato di due rilevatori in miniatura chiamati nanopori migliora il rilevamento di molecole biologiche, inclusi DNA e marcatori di malattia precoce.

La capacità di controllare il movimento di singole molecole biologiche è fondamentale per migliorare un'ampia gamma di applicazioni biofisiche e diagnostiche, come il sequenziamento del DNA e l'individuazione di molecole rare legate alla diagnosi e alla prognosi della malattia.

Negli ultimi anni, i nanopori - minuscoli fori all'interno dei materiali isolanti - sono emersi come uno strumento promettente in grado di raggiungere questi compiti. Nel rilevamento dei nanopori, le singole molecole vengono fatte passare attraverso un foro di dimensioni nanometriche molto piccolo. Questo processo fa sì che ogni molecola produca una firma unica, senza la necessità di lunghe preparazioni del campione o modifiche chimiche.

Però, più piccola è la molecola, più è difficile da rilevare. È necessario un controllo molto preciso per selezionare singole molecole e mantenerle in posizione abbastanza a lungo da essere analizzate.

In uno sforzo di collaborazione, i team guidati dal dott. Alex Ivanov e dal professor Joshua Edel dell'Imperial College di Londra e dal professor Cees Dekker della Delft University of Technology hanno sviluppato un sensore su nanoscala che trattiene le molecole per facilitare un miglioramento di quasi 100 volte nei tempi di lettura.

La nuova tecnologia, riportato sul giornale Nano lettere , funziona controllando attivamente il trasporto di molecole in sospensione utilizzando un'architettura a doppio nanoporo, dove due nanopori sono separati da un gap di circa 20 nm di larghezza (20 miliardesimi di metro). Questo effettivamente "intrappola" le molecole abbastanza a lungo da consentire ai nanopori di ottenere letture accurate.

Co-responsabile dello studio, Dottor Ivanov, dal Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha detto:"Inizialmente, entrambi i team hanno sviluppato in modo indipendente sistemi in cui due di questi rilevatori su nanoscala sono prodotti nelle immediate vicinanze. Però, nel presente studio abbiamo combinato i vantaggi di entrambi i metodi per ottenere un miglioramento significativo nello stallo di singole molecole alla testa del rivelatore".

Inoltre, il metodo consente inoltre un controllo preciso del trasporto molecolare e lo shuffling di singole molecole da un rivelatore all'altro con un'efficienza quasi del 100%.

Professor Edel, anche dal Dipartimento di Chimica dell'Imperial, ha commentato:"La forza e l'affidabilità della piattaforma aprono una pletora di possibili applicazioni. Ad esempio, l'implementazione di un meccanismo di controllo a feedback consentirebbe una migliore modulazione e controllo del trasporto molecolare.

"Come esempio, tale meccanismo potrebbe essere utilizzato per eseguire letture multiple della stessa molecola di DNA, fornendo informazioni più accurate sulle molecole da sondare. "

Il dott. Ivanov ha aggiunto:"L'intero progetto è stato reso possibile solo dall'entusiasmo dei giovani membri del team, tra cui Paolo Cadinu, Giulia Campolo all'Imperial e Sergii Pud alla Delft University of Technology, che hanno tutti competenze e background diversi. Di recente abbiamo ricevuto una sovvenzione dell'Imperial European Partners Fund per sviluppare ulteriormente la nostra collaborazione."