En nanopor är ett litet hål i ett tunt membran med en diameter på cirka en miljarddels meter, eller ungefär bredden av en enda DNA-molekyl. De potentiella tillämpningarna för dessa nanoporer är så olika – från medicin till informationsteknologi (IT) – att de kan ha en stor inverkan på vårt dagliga liv. Nu demokratiserar ett team av forskare vid University of Ottawa inträdet på området för nanoporforskning genom att erbjuda ett unikt verktyg för att påskynda utvecklingen av nya tillämpningar och upptäckter.

Det innovativa T.-Cossa Lab, som studerar tillämpad biofysik med en molekyl, kom på idén att förse forskarsamhället med protokollen, hårdvarudesigner, och programvara som krävs för att tillverka nanoporer i fast tillstånd på ett snabbt, låg kostnad, och helt automatiserat mode. Denna metod finns nu tillgänglig i nättidningen Naturprotokoll .

Flytten är en välsignelse för forskare som utvecklar diagnostik- och sekvenseringsapplikationer inom hälsa, biovetenskap, och det, där det krävs att kunna upptäcka och identifiera enskilda biologiska molekyler som proteiner eller DNA med den exakta precisionen av en nanopor.

"För första gången, vi gör vårt unika nanoporetillverkningsverktyg fritt tillgängligt, " förklarade Vincent Tabard-Cossa, professor vid institutionen för fysik och chef för Laboratory for Applied Single-Molecule Biophysics vid University of Ottawa. "Vi valde att erbjuda vår patenterade nanopore-tillverkningsteknologi till forskarvärlden gratis, för att hjälpa till att sprida det och utöka området för nanoporforskning."

Solid-state nanoporer är nu väletablerade som sensorer för singelbiomolekyler som har enorma löften för snabba och billiga avkännings- och sekvenseringsapplikationer, inklusive snabb identifiering av patogener, biomarkörkvantifiering för precisionsmedicin, metagenomik, mikrobiomanalys, och cancerforskning. Dock, tills nyligen, detta löfte hade kvävts av det dyra, arbetsintensiva, och lågutbytesmetoder genom vilka porer tillverkades. För att lösa detta problem, Professor Tabard-Cossa och hans team var pionjärer med en billig och skalbar solid-state nanopore tillverkningsmetod 2012, kallad kontrollerad nedbrytning (CBD), som sedan dess har blivit den valda metoden för att tillverka nanoporer i fast tillstånd av forskargrupper runt om i världen.

"För att främja tillgänglig innovation, vi bestämde oss för att skapa ett instrument och ett arbetsflöde som kunde användas framgångsrikt av någon som aldrig ens hade hört talas om en nanopore, sa Matthew Waugh, labbchef för T.-Cossa Lab. "Vi har redan haft några fantastiska framgångar genom ett lokalt vetenskapligt uppsökande program där gymnasieelever har kunnat självständigt producera nanoporer och upptäcka individuella DNA-molekyler på en enda eftermiddag med hjälp av våra verktyg."

CBD-portillverkning ersätter dyra, manuellt manövrerade elektronmikroskop till låg kostnad, lätt att använda, små bänkinstrument som automatiskt tillverkar nanoporer till en given storlek med ett klick på en knapp. Enligt Dr Tabard-Cossa, forskare kan nu fokusera sin uppmärksamhet på att utveckla olika verkliga nanoporapplikationer inom olika områden.

"En sådan applikation hanterar det växande behovet av att lagra och arkivera enorma mängder digital information under mycket långa tidsskalor, sa Kyle Briggs, postdoktor i T.-Cossa-labbet. "Naturen löste detta problem för länge sedan med DNA, och ett liknande tillvägagångssätt kommer att fungera för oss, där informationen lagras som sekvensen av en syntetisk polymer, minska serverfarmar ner till storleken på ett kylskåp och spara miljarder dollar i energikostnader och friterade hårddiskar. Nanoporer i fast tillstånd kan möjliggöra nästa stora genombrott inom datalagring eftersom de kan användas som elementet som läser informationen från polymererna, " han lade till.