单分子操作实现近乎完美控制

访问次数:271  发表时间:2023-06-20

掌握DNA分子的“车流速度”——

瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)研究人员多年来致力于改进纳米孔技术,该技术可让DNA分子通过膜上的小孔以测量离子电流,研究人员则可以通过分析核苷酸在电流通过时的扰动情况,来确定DNA的核苷酸序列。该研究19日发表在《自然·纳米技术》上。

分子的快速运动使得对其实现高精度分析具有挑战性。EPFL团队成员称,将纳米孔的灵敏度与扫描离子电导显微镜(SICM)的精度相结合,他们就能锁定特定的分子的位置并控制它们移动的速度。这种精巧的控制填补了该领域的一个巨大空白。

团队使用先进的扫描离子电导光谱(SICS)实现了这种控制。SICM利用流经探针尖端的离子电流的变化,可生成高分辨率3D图像数据。而其创新技术减缓了分子通过的速度,允许对同一分子甚至分子上的不同位置进行数千次连续读数。

研究人员用汽车类比这种方法举例说明:“想象一下,当你站在窗前看着汽车来回行驶。如果汽车减速并反复驶过,读取他们的牌照会容易得多。我们现在可决定是要每次测量1000种不同的分子,还是测量同一分子1000次,这代表了该领域真正的范式转变。”

这一成果不但可显著改善诊断和测序领域,还可应用于DNA以外的分子,推进蛋白质组学研究。例如肽的蛋白质构建块,由于肽“牌照”由20个“字符”(氨基酸)组成,而不是DNA4个核苷酸,因此寻找肽测序解决方案一直是一项重大挑战,但这种新控制方法会为肽测序开辟一条更容易的道路。

【总编辑圈点】

DNA测序这一领域,纳米孔技术已经得到了广泛应用。当DNA分子通过纳米尺寸的空隙时,因为碱基的不同,产生相应的电流变化,识别出这种变化,就能反推碱基还原DNA序列。本文介绍的研究中,团队在应用纳米孔技术的基础上,还实现了对分子通过速度的控制,扫描离子电导显微镜可高分辨率非接触式研究活细胞表面形貌。研究人员用车流作比,让汽车减速并反复通过,对车牌信息的辨识就会更为容易和全面。更精巧的控制,诞生了更多的测量解决方案。

科技日报北京619日电 (记者张梦然)

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