在活的有机体中，细胞通过跨越细胞膜的微小通道移动分子或离子，具有非常高的处理和交流信息的能力。加州大学圣克鲁斯分校电子和计算机工程教授Marco Rolandi的实验室和麻省理工学院的合作者已经创造了一种模仿这种生物学概念的设备，以检测疾病。
利用他们的生物质子系统，一种集成电子元件和生物元件并使用质子电流的设备，研究人员可以检测指示人类疾病存在的生物分子，以及其他应用。有关该设备的详细信息发表在《自然通讯》杂志上。
“细胞往往是相互联系的——它们通过这些膜间通道相互交流，或者与外部环境交流，”罗兰迪说。“我们与麻省理工学院的合作伙伴开始做的是创造一个人工离子通道，我们可以根据需要调整离子通道的特性和功能。”
利用一种叫做DNA折纸的技术，麻省理工学院的研究人员可以对一条DNA链进行生物工程，使其自然形成双螺旋形状，变成他们想要的任何形状。在这个项目中，他们创建了一个小隧道，专门为质子流(h +)设计，以最佳方式通过。这种微小的通道被称为纳米孔，这一概念最初是由加州大学圣迭戈分校首创的。
DNA纳米孔位于Rolandi的生物质子系统中，该系统旨在模拟细胞环境中的水、离子传导世界。类似于细胞膜的双层脂质层将代表细胞外部环境的水与代表细胞内部环境的电极分开，嵌入的纳米孔充当了两者之间的通道。
电极通过纳米孔通道发送质子流到纳米孔的另一侧，那里有一个分子结合位点，可以定制，以便感兴趣的特定生物分子附着在它上面。如果其中一种分子存在于水中，它就会附着在纳米孔的一端，阻止质子流通过通道。
该装置将质子信号转换成研究人员可以读取的电子信号。当设备没有检测到质子流过通道时，研究人员就知道存在生物分子。
该装置还包括两个由胆固醇制成的手柄，它们横跨脂质双分子层，提高质子通过纳米孔通道的导电性。
Rolandi说:“这种方法的独特之处在于将这些质子传导装置与支持性脂质双层结合起来，我相信我们是唯一一个研究这些装置的团队，这种dock设计用于DNA纳米孔。”“新奇之处在于设备的集成和利用这些DNA纳米孔进行感知的能力。”
在这篇论文中，研究人员表明，他们能够使用生物质子系统来检测生物分子b型利钠肽，这是心脏病的一种指标。这显示了该装置在体外或临床环境中用于生物分子检测的潜力。
在未来，研究人员设想该设备可以包含多个纳米孔，每个纳米孔都可以检测不同类型的生物分子。
Rolandi说:“这绝对是该系统吸引人的部分原因——在不久的将来，我们可以实现多用途，这样我们就可以拥有一整套的生物传感器。”
UCSC的研究人员Le (Dante) Luo、Yunjeong Park和Jesse Vicente对这篇论文做出了贡献。来自华盛顿大学和土耳其安卡拉TOBB经济技术大学的研究人员也参与了这个项目。
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希望本篇文章《创新设备利用纳米孔与电子信号实现疾病检测》能对你有所帮助！
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