简化单分子测量的新型芯片平台

　　

生物通报道：最近，加州大学（UC）圣克鲁斯分校的研究人员，开发出一种新的方法，通过在一种以集成芯片为基础的平台上结合电气和光学测量，来研究单分子和纳米粒子。相关研究结果发表在最近的《Nano Letters》（2014年最新影响因子12.94），研究人员报道称，使用这种新设备可以100%的保真度，将病毒与同样大小的纳米粒子区别开来。

本文通讯作者、工程学院Holger Schmidt教授称，在一个单芯片上结合电气和光学测量，与单独使用任何一种技术相比，能够提供更多的信息。

新的芯片基于Schmidt实验室及其杨伯翰大学同事以前的一项工作，旨在开发单分子光学分析的微流控芯片技术，因为单分子能通过芯片上的一个充满液体的微小通道。新的装置包括一个纳米孔，它由两个功能：作为一个“智能门”来控制单个分子或纳米粒子导入通道用于光学分析；当一个纳米粒子穿过纳米孔的时候，它还允许电气测量。

Schmidt称：“纳米孔将一个单分子导入流体通道，然后在那里可用于光学测量。这是从事单分子研究的一种有用的研究工具。”

生物纳米孔，是由本文共同作者David Deamer和加州大学圣克鲁斯分校其他同事开发的一种技术，当DNA链通过嵌在膜上的一个微小孔道时，可对其进行分析。研究人员应用了跨膜电压，使带电荷的DNA通过孔道。DNA通过孔道时所产生的电流波动，可以提供电气信号，这些信号可以被解码，以确定DNA链的基因序列。

利用这种新装置，当纳米粒子通过固体膜上的一个孔道时，研究人员就能够收集纳米粒子上的电气测量，然后当粒子遇到孔道中的一束光时，就可以测量光学信号。把一个粒子通过孔道时而产生的电流强度减少量，与光信号强度棘每次测量的时间关联在一起，研究人员就能够区分不同大小和光学性质的粒子，并确定粒子通过孔道时的流动速度。

该芯片还可以用来区分大小相似但组分不同的粒子。在一个实验中，研究人员将感冒病毒与相似直径的纳米珠子相结合，并将混合物置于纳米孔上方。病毒标有红色荧光标记，而纳米珠子标有蓝色标签。研究人员将具有荧光波长的电气信号和每次测量时间关联起来。他们发现，蓝色纳米珠子通过孔道的速度比红色流感病毒更快，也许是因为表面电荷或质量的差异。除了确定混合物中的病原体之外，研究人员还能计数病毒粒子的数量。

Schmidt说：“这可以作为一种分析装置，对样品中的病毒颗粒进行可靠的计数。”

目前，Schmidt的研究小组正在继续改进这种方法，将光学捕获添加到装置中。这将允许通道中的一个分子停留在一个地方，被调查和释放，在一个小时内有可能分析数百个分子。Schmidt说：“有了这张芯片上的一切，单分子测量将变得更加方便和简单。”

（生物通：王英）

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生物通推荐原文摘要：
Correlated Electrical and Optical Analysis of Single Nanoparticles and Biomolecules on a Nanopore-Gated Optofluidic Chip
Abstract：The analysis of individual biological nanoparticles has significantly advanced our understanding of fundamental biological processes but is also rapidly becoming relevant for molecular diagnostic applications in the emerging field of personalized medicine. Both optical and electrical methods for the detection and analysis of single biomolecules have been developed, but they are generally not used in concert and in suitably integrated form to allow for multimodal analysis with high throughput. Here we report on a dual-mode electrical and optical single-nanoparticle sensing device with capabilities that would not be available with each technique individually. The new method is based on an optofluidic chip with an integrated nanopore that serves as a smart gate to control the delivery of individual nanoparticles to an optical excitation region for ensemble-free optical analysis in rapid succession. We demonstrate electro-optofluidic size discrimination of fluorescent nanobeads, electro-optical detection of single fluorescently labeled influenza viruses, and the identification of single viruses within a mixture of equally sized fluorescent nanoparticles with up to 100% fidelity.