افزایش سرعت اندازه گیری تک مولکول ها !

[∆ MeRzaD ∆]

قادر است سیگنال‌ها را به‌نحوی تقویت کند که تک مولکول عبوری از نانوحفره را در یک میکروثانیه رصد کند.

با رشد فناوری نانو، استفاده از آن برای تولید ادوات تشخیص پزشکی ارزانتر، سریع‌تر و کوچکتر فزونی یافته است. اما با کوچکتر شدن حسگرها، اندازه‌گیری آنها دشوارتر می‌گردد. همیشه رقابتی میان سرعت اندازه‌گیری و دقت آن وجود دارد، زمانی که سیگنال‌ها ضعیف باشد این رقابت شدت بیشتری پیدا می‌کند.

اخیرا یک تیم تحقیقاتی به رهبری کن شپارد از دانشگاه کلمبیا با همکاری محققانی از دانشگاه پنسیلوانیا موفق به اندازه‌گیری نانوحفره‌ها با خطای بسیار کم شدند. آنها با استفاده از فناوری نیمه‌هادی رایج، یک مدار الکتریکی طراحی کردند که با آن نانوحفره را مورد مطالعه قرار می‌دهند.


نانوحفره‌ها از حوزه‌های بسیار جالب محسوب می‌شوند، زیرا با استفاده از آنها می‌توان توالی سنجی DNA را با قیمت پایین انجام داد. سیگنال‌های نانوحفره‌ها بسیار ضعیف است بنابراین باید اندازه‌گیری‌های مربوط به آن را با دقت انجام داد. برای این کار محققان از یک تراشه در کنار نانوحفره استفاده کردند که سیگنال‌های تولید شده توسط نانوحفره‌ را تقویت می‌کند. با این کار می‌توان تک مولکول عبوری از نانوحفره را در یک میکروثانیه رصد کرد. جاکوب روسنستین از محققان این پروژه می‌گوید پیش از این دانشمندان تنها می‌توانستند مولکول‌هایی را که بیشتر از 10 میکروثانیه در نانوحفره باقی‌ بماند را شناسایی کنند.

بیشتر اندازه‌گیری‌های تک مولکولی با استفاده از روش‌های نوری انجام می‌گیرد که در آنها مولکول‌های فلورسانس فوتون‌هایی با طول موج ویژه را تولید می‌کنند. مشکل این روش آن است که هر مولکول تنها چند هزار فوتون در هر ثانیه تولید می‌کند بنابراین نمی‌توان اتفاقاتی که سریع‌تر از چند میلی ثانیه اتفاق می‌افتد را مشاهده کرد. اگر در این روش از یون یا الکترون استفاد شود، می‌توان  میلیاردها سیگنال‌ را در هر ثانیه ایجاد کرد اما مشکل این است که اندازه‌گیری‌های الکترونیکی  معادل فیلترهای طول موج فلورسانس نیستند.

بنابراین استفاده از نانوحفره‌ها به‌عنوان روشی جایگزینی مدتها است که توسط دانشمندان دنبال می‌شود. در این مسیر محققان مختلفی از تقویت‌کننده‌ها برای تقویت سیگنال استفاده کردند، اما این گروه تحقیقاتی یک تقویت کننده جدید ساخته است. در این راهبرد، حساسیت‌ بالای نانوحفره حالت جامد با حساسیت سیستم‌های الکترونیکی ترکیب شده و محصول جدیدی را بوجود آورده است.

نتایج این تحقیق در نشریه Nature Methods  به چاپ رسیده است.