加州大学圣克鲁斯分校 信用:CC0公共领域 加州大学圣克鲁斯分校的研究人员开发了一种新的基于芯片的平台，将纳米孔和光流技术与反馈控制电路相结合，实现了对芯片上单个分子和粒子的前所未有的控制，以进行高通量分析
在8月16日发表在《自然通讯》上的一篇论文中，研究人员报告说，他们使用该设备来控制单个生物分子(包括核糖体、脱氧核糖核酸和蛋白质)向芯片上充满流体的通道的输送
他们还展示了这种装置可以用来对不同类型的分子进行分类，从而能够对混合物中的目标分子进行选择性分析
加州大学圣克鲁斯分校的卡潘尼光电子学教授、该论文的相应作者霍尔格·施密特说，这种可编程纳米孔-光流体器件的能力为芯片上高通量单分子分析的新研究工具指明了方向
施密特说:“我们可以将单个分子引入流体通道，然后使用集成光波导或其他技术对其进行分析。”
“我们的想法是引入一种粒子或分子，将其放在通道中进行分析，然后丢弃该粒子，并轻松快速地重复这一过程，以开发许多单分子实验的稳健统计数据
" 这种新设备建立在施密特的实验室和他的合作者亚伦·霍金斯在杨百翰大学的团队以前的工作基础上，开发了一种将微流体(在芯片上处理液体样本的微小通道)与用于单分子光学分析的集成光学相结合的光流体通道技术
纳米孔的加入可以控制分子进入通道，并有机会分析分子通过孔时产生的电信号
这项最新的研究由第一作者马哈茂德·拉赫曼领导，他是加州大学圣克鲁斯分校施密特实验室的研究生
纳米孔技术已成功应用于脱氧核糖核酸测序，施密特和其他研究人员一直在探索新的方法，利用分子或粒子通过纳米孔转移时产生的信号中的信息
有了新设备中的反馈控制系统(微控制器和固态继电器)，对电流的实时分析将纳米孔变成一个“智能门”，用户可以对其进行编程，以预定的方式将分子输送到通道中
一旦单个分子(或用户设定的任何数字)通过，门就可以关闭，并在设定的时间后再次打开
施密特说:“纳米孔作为‘智能门’的使用是朝着用户友好且能高通量工作的单分子分析系统迈出的关键一步。”
“它允许用户可编程控制输送到流体通道的分子数量，以便进一步分析或处理，选择性地选通不同类型的单分子，并能够以每分钟数百个的创纪录速度将单分子输送到芯片中
" 使用细菌(70S)核糖体，研究人员展示了每分钟500多个核糖体的受控传递
合著者哈里·诺尔勒(Harry Noller)是加州大学圣克鲁斯分校的辛谢默分子生物学教授，他对核糖体的结构和功能进行了开创性的研究，核糖体是在所有活细胞中合成蛋白质的分子机器，自2006年以来一直与施密特的团队合作
研究人员还使用了脱氧核糖核酸和核糖体的混合物来显示该设备选择性激活目标分子(在这种情况下，是脱氧核糖核酸)门控功能的能力
例如，这可以实现对受控数量的目标分子的荧光实验，而未标记的粒子被忽略和丢弃
施密特说，基于粒子通过纳米孔时的信号，选择性门控也可以用于纯化或分选纳米孔下游的不同粒子
他说，可编程系统为广泛的潜在应用提供了灵活性
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