Un equipo interdisciplinario de la Universidad de Columbia que incluye ingenieros eléctricos de la Escuela de Ingeniería de Columbia, junto con investigadores de los departamentos de Física y Química de la Universidad, ha descubierto una forma de estudiar las interacciones de una sola molécula en escalas de tiempo muy cortas utilizando transistores a nanoescala. En un artículo que se publicará en línea el 23 de enero en Nanotecnología de la naturaleza , ellos muestran como por primera vez, Los transistores se pueden utilizar para detectar la unión de las dos mitades de la doble hélice del ADN con el ADN unido al sensor del transistor. Los transistores detectan y amplifican directamente la carga de estas biomoléculas individuales.
Antes de este trabajo, Los científicos han utilizado en gran medida técnicas de fluorescencia para observar las interacciones a nivel de moléculas individuales. Estos estudios han proporcionado una comprensión fundamental del plegamiento, montaje, dinámica, y función de proteínas y otra maquinaria celular. Pero estas técnicas requieren que las moléculas diana que se están estudiando estén marcadas con moléculas informadoras fluorescentes, y los anchos de banda para la detección están limitados por el tiempo requerido para recolectar la muy pequeña cantidad de fotones emitidos por estos reporteros.
Los investigadores de Columbia, incluido el profesor de ingeniería eléctrica Ken Shepard, Profesor de Química Colin Nuckolls, y los estudiantes graduados Sebastian Sorgenfrei y Chien-Yang Chiu, me di cuenta de que los transistores, como los que se utilizan en los circuitos integrados modernos, han alcanzado las mismas dimensiones a nanoescala que las moléculas individuales. "Así que esto planteó una pregunta interesante, "dijo Sorgenfrei, el autor principal del estudio, "en cuanto a si estos transistores muy pequeños podrían usarse para estudiar moléculas individuales".
Han descubierto que la respuesta es "sí". Los transistores empleados en este estudio están hechos de nanotubos de carbono, que son tubos cilíndricos hechos completamente de átomos de carbono. Si bien estos son dispositivos emergentes para aplicaciones electrónicas, son exquisitamente sensibles porque la biomolécula se puede unir directamente a la pared de nanotubos de carbono creando suficiente sensibilidad para detectar una sola molécula de ADN.
El equipo de Columbia espera que esta nueva técnica sea una herramienta poderosa para observar las interacciones de una sola molécula y está buscando aplicaciones de instrumentación que actualmente se basan casi exclusivamente en la fluorescencia, como los ensayos de proteínas y la secuenciación de ADN. También planean estudiar interacciones en escalas de tiempo varios órdenes de magnitud mayores que las técnicas actuales basadas en fluorescencia.
"El área de la investigación de una sola molécula es importante y amplía los límites de nuestros sistemas de detección, "comentó Ken Shepard, Profesor de Ingeniería Eléctrica en Columbia Engineering. "Existe un enorme potencial para que la nanoelectrónica moderna desempeñe un papel importante en este campo. Nuestro trabajo, que ha sido una tremenda colaboración entre grupos de Ingeniería Eléctrica, Química, y Física, es un gran ejemplo de cómo la nanoelectrónica y la biotecnología se pueden combinar para producir nuevos resultados emocionantes ".
Shepard espera que esta investigación, que fue financiado principalmente por la National Science Foundation y los National Institutes of Health, conducirá a nuevas y emocionantes aplicaciones para circuitos electrónicos a nanoescala.
