(Phys.org) - Cornells nanoteknologiforskare har tagit fram ett nytt verktyg för att studera epigenetiska förändringar i DNA som kan orsaka cancer och andra sjukdomar:en nanoskala fluidanordning som sorterar och samlar DNA, en molekyl i taget.

Epigenetik hänvisar till kemiska förändringar i DNA som inte förändrar den faktiska genetiska koden, men kan påverka uttrycket av gener och kan vidarebefordras när celler reproducerar sig. En av de viktigaste är DNA -metylering, där metylgrupper - små strukturer av kol och väte - läggs till DNA. Biologer studerar detta genom att kemiskt fälla ut de metylerade molekylerna, men dessa metoder kräver stora prover och skadar eller kastar ofta molekyler som de ska hitta. Nanofluidics erbjuder ett sätt att välja enskilda molekyler ur små prover och samla dem för vidare studier.

Den nya enheten, utvecklad i labbet av Harold Craighead, Charles W. Lake Jr. professor i teknik, beskrivs i den 21 maj tidiga online -upplagan av Förfaranden från National Academy of Sciences .

Processen börjar med en biokemisk reaktion som fäster en fluorescerande tagg till metylerade DNA -molekyler. Därefter drivs provet genom en nanofluidisk kanal cirka 250 nanometer över - så små att DNA -molekyler går igenom en i taget. Lasrar belyser strömmen och orsakar fluorescens. När en fluorescerande molekyl går förbi, en detektor utlöser ett pulserat elektriskt fält som skjuter molekylen till ena sidan precis innan kanalen delar sig i ett Y. Metylerade molekyler går ner en gren, allt annat ner den andra.

"Färgidentiteten blir en streckkod för hur molekylerna behandlas, "förklarade Ben Cipriany, Ph.D. '12, ledande forskare på projektet, en analogi till de metoder som används av postkontoret för att sortera paket på ett transportband. "Så småningom kunde vi använda flera färger, var och en representerar en annan epigenetisk egenskap, " han lade till.

Enheten reagerar så snabbt att den kan sortera mer än 500 molekyler per minut, sa forskarna. Fluorescerande sortering är inte nytt, de noterade, men tidigare har det bara gjorts med större material, såsom nanopartiklar eller celler.

"Vi har gjort en miniatyriserad version som sorterar enskilda molekyler och arbetar med en mycket liten mängd inmatningsmaterial, "Sa Cipriany.

För att testa deras metod, forskarna observerade fluorescens i varje arm av Y. De samlade också in det lilla provet av molekyler som hade sorterats ut som metylerade, förstärkte den med användning av PCR -metoden (polymeriserad kedjereaktion) som är känd för organiska kemister och analyserade det resulterande provet. Falska positiva var begränsade till cirka 1-2 procent, som jämför sig positivt med andra sorteringsmetoder, sa de.

Den sorterade utmatningen kan riktas till ett ytterligare mikrofluidiskt system för automatiserad gensekvensering, forskarna föreslog. Metoden kan också anpassas till andra molekylseparationsuppgifter, tillade de.

Forskningen stöddes av National Institutes of Health, Cornell Center for Invertebrate Genetics och National Cancer Institute. Nanofabication gjordes vid Cornell NanoScale Science and Technology Facility, finansierad av National Science Foundation.

Cipriany, som började denna forskning som en del av sin doktorsexamen studier på Cornell, är nu på IBM Semiconductor Research and Development Center i Hopewell Junction, N.Y.