Greg Madejski höll andan när han tittade in i mikroskopet, försöker svetsa ihop två naglar i storlek:ett litet chip som innehåller ett nanofilter ovanpå ett annat chip med en DNA-sensor.

Det var frustrerande arbete. Chippen fick inte bra kontakt med varandra. Madejski petade försiktigt på chipsen, tittade sedan över toppen av mikroskopet.

Och andades ut.

Den plötsliga våg av varm luft svepte över nanofiltret, överföra den till sensorn -rätt på målet. "Olyckan" ledde Madejski till en viktig insikt:vattenångan i hans andetag hade kondenserats på enheten, vilket får nanofiltret att fästa så snyggt på sensorn.

"Det var som en riktigt högteknologisk tillfällig tatuering som jag skapade av misstag; slicka och sticka!" säger doktoranden i labbet av James McGrath, professor i biomedicinsk teknik vid University of Rochester.

Och så blev vattenånga en integrerad del i utvecklingen och designen av en ny enhet för att upptäcka DNA -biomarkörer som är kopplade till sjukdom. Skapad av McGraths lab i samarbete med professor Vincent Tabard-Cossa och doktorand Kyle Briggs vid University of Ottawa, enheten beskrivs i en artikel som publicerades online på Nano Letters. Artikeln, och en bild från Madejskis hemlagade animering av enheten i drift, kommer att markeras på omslaget till trycknumret från februari 2018.

'En anmärkningsvärd struktur'

Enheten består av tre ultratunna lager:

• ett nanoporöst kiselnitridmembran som fungerar som ett förfilter.
• ett biosensormembran med en enda nanopor.
• ett distansskikt som separerar dessa med endast 200 nm.

Arrangemanget skapar en nanokavitet fylld med mindre än en femtoliter vätska - eller ungefär en miljon gånger mindre än de minsta regndropparna.

Under operationen, enheten använder ett elektriskt fält för att locka en DNA -sträng för att komma in i en av förfiltrets porer och sedan passera genom nanokaviteten för att nå porerna i det underliggande sensormembranet. Detta utlöser förändringar i enhetens elektriska ström som kan detekteras och analyseras. Det faktum att DNA måste förlänga sig på ett konsekvent sätt för att passera genom tvåmembrankombinationen förbättrar precisionen och reproducerbarheten av detektion.

"Detta är en anmärkningsvärd struktur, "säger McGrath." Vi har byggt ett integrerat system med ett mycket poröst filter inom en sensorns molekylära räckvidd. Jag tror att det finns många sensorer, särskilt de som jagar biomarkörer i råa biologiska vätskor, som skulle gynnas av att filtrera bort oönskade molekyler omedelbart uppströms detektorn. "

Tillverkningsmetoden väter omedelbart nanokaviteten, vilket ofta är svårt på nanoskala. Enheten innehåller dussintals av dessa nanokaviteter, vilket så småningom kan öka mängden material som kan screenas genom att möjliggöra parallelliserad detektering av biomarkörer.

Att lösa problem som andra behöver lösa

Tabard-Cossas laboratorium använder solid-state nanopore-enheter för att hitta nya sätt att manipulera och karakterisera enskilda molekyler. Hans laboratorium var intresserat av att hitta nya material som kan användas för att upptäcka biomarkörer. Förfiltret i den nya enheten löser ett problem med andra kisel -nanopore -detektorer:De är mer benägna att täppa till än alternativa enheter som använder de biologiska porerna för avkänning. Biologiska membran, å andra sidan, är mindre stabila än fasta nanoporer, McGrath noterade.

"Vi älskar att tillämpa vår membranteknik för att lösa problem som andra behöver lösas. Detta är ett mycket trevligt exempel., "Säger McGrath.

McGrath är en av grundarna av SiMPore, en universitetsbaserad start som utvecklar mycket bärbar, chipbaserade enheter som innehåller kiselmembran för en mängd olika applikationer, från biologisk avkänning till dialys.

"Jag tror att vi kommer att inse de praktiska fördelarna med denna teknik på kort sikt, "säger han. En andra generation av den nya enheten, utvecklad på SiMPore, innehåller förfiltret direkt på chipsen under tillverkning i skivans skala, "så det är ingen som andas på det längre, "konstaterar han." Det är faktiskt byggt som en enhet och borde göra framtida studier väldigt enkla. Det är en heder för uppfinningsrikedomen hos SiMPore och ett stort arv för Greg. "