(PhysOrg.com) - Utilizando un par de técnicas exóticas que incluyen una versión a escala molecular de la pesca en hielo, un equipo de investigadores que trabaja en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología ha desarrollado métodos para medir con precisión la longitud de los "nanoporos, ”Los minúsculos canales que se encuentran en las membranas celulares. Las "reglas moleculares" que describen en un artículo reciente * podrían servir como una forma de calibrar nanoporos hechos a medida, cuyos diámetros en promedio son casi 10, 000 veces más pequeño que el de un cabello humano, para una variedad de aplicaciones, como el análisis rápido de ADN.

Los estudios en el NIST y otras instituciones de investigación han demostrado que un solo poro a escala nanométrica en una membrana delgada se puede utilizar como un "laboratorio de análisis en miniatura" para detectar y caracterizar moléculas biológicas individuales, como el ADN o las toxinas, a medida que atraviesan o bloquean el paso. . Tal sistema podría caber potencialmente en un solo dispositivo de microchip, para una amplia variedad de aplicaciones. Sin embargo, Hacer que el mini-laboratorio sea práctico requiere una definición precisa de las dimensiones y características estructurales del nanoporo.

En nuevos experimentos, Investigadores del NIST y la Universidad de Maryland primero construyeron una membrana, una hoja bicapa de moléculas de lípidos, similar a la que se encuentra en las células animales. Ellos “perforaron” un poro con una proteína ** diseñada específicamente para penetrar las membranas celulares. Cuando se aplica voltaje a través de la pared de la membrana, Las moléculas cargadas, como el ADN monocatenario, se introducen en el nanoporo. A medida que la molécula pasa al canal, el flujo de corriente iónica se reduce durante un tiempo proporcional al tamaño de la cadena, permitiendo que su longitud se derive fácilmente.

Si una cadena es lo suficientemente larga como para alcanzar la parte más estrecha del nanoporo, conocida como punto de pellizco, la fuerza del campo eléctrico detrás de ella empujará a la molécula a través del resto del canal. Explotando esta característica, el equipo de NIST / Maryland desarrolló un método de sonda de ADN para medir las distancias desde las aberturas a cada lado de la membrana hasta el punto de pellizco, y a la vez, toda la longitud del nanoporo sumando las dos medidas. Las sondas consisten en hebras de ADN de longitudes conocidas rematadas en un extremo por una esfera de polímero. La esfera evita que la sonda se mueva completamente a través del nanoporo mientras deja la cadena de ADN colgando libremente para extenderse hacia el canal. Si la cadena alcanza el punto de pellizco, la fuerza que normalmente conduciría una cadena de ADN libre más allá de la unión, en cambio, mantiene la sonda en su lugar (ya que la esfera de polímero la “bloquea” en el otro extremo) y define la distancia al punto de pellizco. Si la cadena es más corta que la distancia al punto de pellizco, rebotará fuera del nanoporo, decirles a los investigadores que se necesita una cadena de mayor longitud para medir la distancia al espacio.

Los investigadores de NIST / Maryland también desarrollaron un segundo medio para medir la longitud del nanoporo para confirmar los resultados del método de "paleta única". En este sistema, Se permite que las moléculas de polímero circulen libremente en la solución que se encuentra en el lado interno de la membrana. Las sondas de ADN cubiertas con polímeros de diferentes longitudes se introducen una a la vez en el nanoporo desde el lado opuesto. Si el final de la cadena de una sonda es lo suficientemente largo como para atravesar completamente el canal, agarrará una molécula de polímero libre en solución. Esto define la longitud del canal.

Adicionalmente, este método de "pesca en el hielo" proporciona información sobre la estructura del nanoporo. A medida que la cadena de ADN se abre paso, los cambios en el voltaje eléctrico corresponden a la forma cambiante del canal. Esta información se puede utilizar para mapear eficazmente el pasadizo.