Наноэлектромеханические системы для взвешивания ДНК

Некоторые люди никогда не успокаиваются, пока не достигнут цели. Мы уже рассказывали о НЭМС-устройствах, созданных учеными из Коренлльского университета, способных взвесить отдельную бактерию или вирус. Теперь исследователи пошли дальше и смогли сделать НЭМС-детектор, который может взвесить отдельную молекулу ДНК!

Масса молекулы - около 995 000 дальтон, в то время как масса бактерии - 655 фемтограммов. А вирус, который ученым удалось взвесить ранее, весит 1,5 фемтограмма.

Более того, с помощью нового НЭМС-сенсора ученые могут определить количество молекул ДНК, попавших на него. Как удалось сделать подобное устройство? Ответ прост: дальнейшей миниатюризацией "весов для вируса".

Как надеются исследователи из Корнелла, новые НЭМС-сенсоры будут использоваться совместно с микрожидкостными системами для генетического анализа коротких фрагментов ДНК, присутствующих в живой клетке. Далее фрагменты ДНК реплицируются, используя технологию, названную PCR-усиление. Такой быстрый анализ ДНК может быть использован для детектирования маркеров раковых клеток.

Масса молекул белков и ДНК обычно выражается в дальтонах. Дальтон, или атомарный вес, - это масса одного протона или нейтрона. По отношению к другим единицам массы, один дальтон - это одна тысячная зептограмма, который, в свою очередь, одна тысячная аттограмма, а он - тысячная фемтограмма. Как мы видим, со времени взвешивания вируса ученые далеко продвинулись в точных измерениях веса.
(Для тех, кто запутался в нулях, добавим: "фемто" - это десять в минус пятнадцатой - КБ :)

Ученые надеются, что им удастся взвешивать не только молекулы ДНК, но и отдельные белки, что поможет создать быстродействующие детекторы токсичных веществ.

"Детектирование отдельных молекул определенного типа зависит от фундаментальных химических ограничений. Однако созданный нами НЭМС-детектор на несколько порядков точнее современных измерительных приборов", - говорит Гарольд Крэйгхед, глава исследователей из Корнелльского университета. - "Я думаю, что взвешивание отдельных белков поможет при создании эффективного детектора таких заболеваний, как СПИД".

Как и в случае с вирусом, молекула ДНК помещалась на колеблющийся кантилевер, изменяя частоту его колебаний, которая регистрировалась и обрабатывалась микропроцессором. Но на этот раз Крэйгхед и его команда сделали целую матрицу кантилеверов. Каждый был от 3 до 5 микрон в длину и 90 нанометров толщиной. В конце каждого кантилевера находилась маленький золотой диск диаметром в 40 нанометров.

Далее ученые поместили матрицу кантилеверов в раствор, содержащий одинаковые ДНК, состоящие из 1578 пар нуклеотидов. Для экспериментальных целей молекулы были обработаны тиолом, благодаря чему они смогли легко присоединяться к золотым дискам на поверхности кантилеверов. По прошествии некоторого времени на наноустройстве оказалось довольно много молекул ДНК, связанных с кантилевером.

Воздействуя на кантилеверы лучом лазера, ученые добились частоты вибрации от 11 до 12 мегагерц. С помощью другого лазера исследователи измеряли частоту осциллятора в реальном времени. Далее НЭМС-весы были "оттарированы" - учеными установлена зависимость изменения частоты осцилляции от веса молекулы. Так, изменение веса кантилевера на 1 аттограмм приводило к изменению частоты на 50 Гц.

Для того, чтобы построить работающий белковый и ДНК-анализатор, необходимо нанести на НЭМС-осцилляторы специальные маркеры, к которым и будут присоединяться взвешиваемые молекулы.

Как утверждает Крэйгхед, теперь дело за тем, чтобы собрать все части детектора в одно устройство, тогда можно будет говорить о действительно мобильных "нановесах".

http://www.nanonewsnet.ru со ссылкой на http://www.nanotech-now.com