Ett kopplat system med två miniatyrdetektorer som kallas nanoporer förbättrar detektionen av biologiska molekyler, inklusive DNA och markörer för tidig sjukdom.

Förmågan att kontrollera rörelsen hos enskilda biologiska molekyler är nyckeln till att förbättra ett brett utbud av biofysiska och diagnostiska tillämpningar, såsom DNA-sekvensering och detektion av sällsynta molekyler kopplade till diagnos och prognos av sjukdom.

På senare år har nanoporer - små hål i isoleringsmaterial - har dykt upp som ett lovande verktyg som kan utföra dessa uppgifter. I nanoporavkänning, enskilda molekyler passerar genom ett mycket litet nanometerstort hål. Denna process resulterar i att varje molekyl producerar en unik signatur, utan behov av långvarig provberedning eller kemisk modifiering.

Dock, ju mindre molekyl, desto svårare är det att upptäcka. Mycket exakt kontroll krävs för att välja enstaka molekyler och hålla dem på plats tillräckligt länge för att kunna analyseras.

I ett samarbete, team ledda av Dr Alex Ivanov och professor Joshua Edel vid Imperial College London och professor Cees Dekker vid Delft University of Technology har utvecklat en sensor i nanoskala som håller molekyler för att underlätta en nästan 100x förbättring av avläsningstider.

Den nya tekniken, redovisas i tidskriften Nanobokstäver , fungerar genom att aktivt kontrollera transporten av molekyler i suspension med hjälp av en dubbel-nanopore arkitektur, där två nanoporer separeras av ett gap på cirka 20 nm brett (20 miljarddelar av en meter). Detta "fångar" effektivt molekyler tillräckligt länge för att nanoporerna ska kunna få exakta avläsningar.

Medledare för studien, Dr Ivanov, från Institutionen för kemi vid Imperial, sa:"Inledningsvis, båda teamen utvecklade självständigt system där två sådana nanoskala detektorer tillverkas i nära anslutning. Dock, i den föreliggande studien kombinerade vi fördelarna med båda metoderna för att uppnå betydande förbättringar i avstängningen av enstaka molekyler vid detektorhuvudet. "

Dessutom, Metoden tillåter också exakt kontroll av molekylär transport och blandning av enskilda molekyler från en detektor till en annan med nästan 100 % effektivitet.

Professor Edel, även från Institutionen för kemi vid Imperial, kommenterade:"Styrkan och tillförlitligheten hos plattformen öppnar en uppsjö av möjliga tillämpningar. Till exempel, implementering av en återkopplingskontrollmekanism skulle möjliggöra bättre modulering och kontroll av molekylär transport.

"Som ett exempel, en sådan mekanism kan användas för att utföra flera avläsningar av samma DNA-molekyl, ger mer exakt information om molekylerna som sonderas. "

Dr Ivanov tillade:"Hela projektet möjliggjordes endast av de unga teammedlemmarnas entusiasm, inklusive Paolo Cadinu, Giulia Campolo vid Imperial och Sergii Pud vid Delfts tekniska universitet, som alla har mångsidig expertis och bakgrund. Vi tilldelades nyligen ett bidrag från Imperial European Partners Fund för att vidareutveckla vårt samarbete."