科学家发现放大器芯片可以高速精度测量纳米孔

随着纳米技术变得越来越普遍，研究人员正在利用它来使医疗诊断变得更小，更快，更便宜，以便更好地诊断疾病，更多地了解遗传性状等等，但随着传感器变小，测量它们变得更加困难在进行任何测量所需的时间与精确度之间总是需要权衡，当信号非常弱时，权衡特别大，哥伦比亚工程公司的一个研究小组由电气工程教授KenShepard和宾夕法尼亚大学的同事领导，他们找到了一种方法来测量纳米孔薄膜中的小孔，可以检测单个生物分子。

DNA和蛋白质误差小于商业仪器所能达到的误差，他们通过使用商业半导体技术设计定制集成电路，在新放大器芯片周围构建纳米孔测量，从而使测量小型化，纳米孔是令人兴奋的科学家，因为它们可能导致极低成本和快速的DNA测序，但来自纳米孔的信号非常弱，因此尽可能干净地测量它们至关重要。

JacobRosenstein博士说“我们将一个微小的放大器芯片直接放入纳米孔旁边的液体腔中，信号非常干净，我们可以看到单个分子仅在一微秒内通过孔，以前，科学家只能看到留在毛孔中的分子超过10微秒，”哥伦比亚工程学院电气工程专业人士，论文的主要作者目前使用光学技术进行许多单分子测量，所述光学技术使用发射特定波长的光子的荧光分子，但是，虽然荧光非常强大，但其主要限制是每个分子通常每秒仅产生几千个光子。

Rosenstein的顾问Shepard解释道“这意味着你看不到任何发生在几毫秒之内的事情，因为你可以采取的任何形象都会太暗淡，另一方面，如果你可以使用测量电子或离子的技术，你每秒可以获得数十亿个信号，问题是，对于电子测量而言，没有相当于荧光波长滤波器，因此即使信号通过，它也常常被埋在背景噪声中。”

Shepard的研究小组多年来一直对单分子测量感兴趣，研究各种新型转导平台，在宾夕法尼亚大学物理学教授MarijaDrndic于2009年在哥伦比亚工程学院举办研讨会之后，他们开始使用纳米孔传感器，谢泼德说“我们看到几乎所有人都使用经典的电生理学放大器来测量纳米孔，这些放大器主要针对较慢的测量进行了优化，所以我们设计了自己的集成电路，”罗森斯坦设计了新的电子设备并完成了大部分实验室工作，宾夕法尼亚大学的Drndic小组编制了该团队随后在新系统中测量的纳米孔，Drndic说“虽然大多数团体都试图减缓DNA，但我们的方法是建立更快的电子产品，我们将最敏感的电子产品与最敏感的固态纳米孔相结合。”

罗森斯坦说“能够对单分子进行纯电子测量非常令人兴奋，纳米孔测量的设置非常简单和便携，它不需要复杂的显微镜或高功率仪器; 它只需要注意细节，您可以很容易地想象纳米孔技术在未来几年内对DNA测序和其他医学应用产生重大影响，”Shepard的小组正在继续改进这些技术，他说“采用下一代设计，我们可以进一步提高10倍，并测量持续时间仅为100纳秒的东西，我们的实验室还在开发基于碳纳米管晶体管的其他电子单分子技术，这些技术可以利用类似的电子电路，这是一个激动人心的时刻。”