Investigadores de UC Santa Cruz han desarrollado un nuevo enfoque para estudiar moléculas individuales y nanopartículas combinando mediciones eléctricas y ópticas en una plataforma integrada basada en chips. En un artículo publicado el 9 de julio en Nano letras , los investigadores informaron que utilizaron el dispositivo para distinguir virus de nanopartículas de tamaño similar con una fidelidad del 100 por ciento.
La combinación de mediciones eléctricas y ópticas en un solo chip proporciona más información que cualquier técnica por sí sola, dijo el autor correspondiente Holger Schmidt, el Profesor Kapany de Optoelectrónica en la Escuela de Ingeniería de Baskin y director del Centro W. M. Keck de Optofluídica a Nanoescala en UC Santa Cruz. El estudiante de posgrado Shuo Liu es el primer autor del artículo.
El nuevo chip se basa en trabajos anteriores del laboratorio de Schmidt y sus colaboradores en la Universidad Brigham Young para desarrollar tecnología de chip optofluídico para el análisis óptico de moléculas individuales a medida que pasan a través de un pequeño canal lleno de líquido en el chip. El nuevo dispositivo incorpora un nanoporo que cumple dos funciones:actúa como una "puerta inteligente" para controlar la entrega de moléculas individuales o nanopartículas en el canal para el análisis óptico; y permite mediciones eléctricas cuando una partícula pasa a través del nanoporo.
"El nanoporo entrega una sola molécula en el canal fluídico, donde luego está disponible para mediciones ópticas. Esta es una herramienta de investigación útil para realizar estudios de una sola molécula, "Dijo Schmidt.
Nanoporos biológicos, una tecnología desarrollada por el coautor David Deamer y otros en UC Santa Cruz, se puede utilizar para analizar una hebra de ADN a medida que pasa a través de un poro diminuto incrustado en una membrana. Los investigadores aplican voltaje a través de la membrana, que tira del ADN cargado negativamente a través del poro. Las fluctuaciones de la corriente a medida que el ADN se mueve a través del poro proporcionan señales eléctricas que pueden decodificarse para determinar la secuencia genética de la hebra.
Con el nuevo dispositivo, los investigadores pueden recopilar mediciones eléctricas en una nanopartícula a medida que se mueve a través de un poro en una membrana sólida, y luego mida las señales ópticas cuando la partícula encuentra un haz de luz en el canal. Al correlacionar la fuerza de la disminución de la corriente a medida que una partícula se mueve a través del poro, la intensidad de la señal óptica, y la hora de cada medición, los investigadores pueden discriminar entre partículas con diferentes tamaños y propiedades ópticas y determinar la velocidad de flujo de las partículas a través del canal.
El chip también se puede utilizar para diferenciar partículas de tamaño similar pero composición diferente. En un experimento, los investigadores combinaron los virus de la influenza con nanoperlas de un diámetro similar y colocaron la mezcla sobre el nanoporo. El virus se marcó con una etiqueta roja fluorescente y las perlas se marcaron con una etiqueta azul. Los investigadores correlacionaron la señal eléctrica con la longitud de onda fluorescente y el tiempo de cada medición. Descubrieron que las nanoperlas azules viajaban más rápido a través del canal que el virus de la influenza roja, quizás debido a una diferencia en la carga superficial o en la masa. Además de identificar patógenos en una mezcla, los investigadores también pueden contar el número de partículas de virus.
"Esto podría usarse como un dispositivo analítico para realizar recuentos confiables de partículas de virus en una muestra, "Dijo Schmidt.
En la actualidad, El grupo de Schmidt está trabajando en métodos para agregar trampas ópticas al dispositivo. Esto permitiría que una molécula del canal se mantenga en un lugar, investigado, y liberado, con el potencial de analizar cientos de moléculas en una hora. "Tener todo esto en un solo chip haría que las mediciones de una sola molécula fueran mucho más fáciles y convenientes, "Dijo Schmidt.
