Sekvensering av DNA-baspar – de individuella molekylerna som utgör DNA – är nyckeln för medicinska forskare som arbetar mot personlig medicin. Att kunna isolera, studera och sekvensera dessa DNA-molekyler skulle göra det möjligt för forskare att skräddarsy diagnostiska tester, terapier och behandlingar baserade på varje patients individuella genetiska sammansättning.

Men att kunna isolera enskilda molekyler som DNA-baspar, som bara är två nanometer tvärs över – eller ungefär 1/50, 000:e diametern på ett människohår – är otroligt dyrt och svårt att kontrollera. Dessutom, Att ta fram ett sätt att fånga DNA-molekyler i deras naturliga vattenhaltiga miljö komplicerar saker ytterligare. Forskare har ägnat det senaste decenniet åt att kämpa för att isolera och fånga individuella DNA-molekyler i en vattenlösning genom att försöka trä den genom ett litet hål lika stort som DNA, kallas en "nanopor, "som är oerhört svårt att göra och kontrollera.

Nu har ett team ledd av Yale University-forskare bevisat att isolering av individuella laddade partiklar, som DNA-molekyler, är verkligen möjligt med en metod som kallas "Paul trapping, " som använder oscillerande elektriska fält för att begränsa partiklarna till ett utrymme som bara är nanometer stort. (Tekniken är uppkallad efter Wolfgang Paul, som vann Nobelpriset för upptäckten.) Fram till nu, forskare har bara kunnat använda Paul-fällor för partiklar i vakuum, men Yale-teamet kunde begränsa en laddad testpartikel – i det här fallet, en polystyrenpärla – med en noggrannhet på bara 10 nanometer i vattenlösningar mellan fyrdubbla mikroelektroder som levererade det elektriska fältet.

Deras enhet kan finnas på ett enda chip och är enkel och billig att tillverka. "Tanken skulle vara att läkare skulle kunna ta en liten droppe blod från patienter och kunna köra diagnostiska tester på det där på deras kontor, istället för att skicka iväg det till ett labb där testning kan ta dagar och är dyrt, sa Weihua Guan, en ingenjörsstudent från Yale som ledde projektet.

Förutom diagnostik, denna "lab-on-a-chip" skulle ha ett brett utbud av tillämpningar, Guan sa, som att kunna analysera hur enskilda celler svarar på olika stimulanser. Även om det finns flera andra tekniker för cellmanipulation tillgängliga nu, såsom optisk pincett, Yale-teamets tillvägagångssätt fungerar faktiskt bättre eftersom storleken på målen blir mindre, i motsats till andra tillvägagångssätt.

Laget, vars fynd visas i den 23 maj tidiga upplagan av Proceedings of the National Academy of Sciences, använde laddade polystyrenpärlor istället för faktiska DNA-molekyler, tillsammans med en tvådimensionell fälla för att bevisa att tekniken fungerade. Nästa, de kommer att arbeta för att skapa en 3D-fälla med hjälp av DNA-molekyler, som, vid två nanometer, är ännu mindre än testpärlorna. De hoppas få en fungerande, 3D-fälla med hjälp av DNA-molekyler under nästa år eller två. Projektet finansieras av ett National Institutes of Health-program som syftar till att sekvensera en patients hela genom för mindre än $1, 000.

"Detta är framtiden för personlig medicin, sa Guan.