UC Santa Cruz的研究人员开发的基于芯片的新平台，将纳米孔和光流控制技术与反馈控制电路相结合，可以前所未有地控制芯片上的单个分子和粒子，从而实现高通量分析。
在8月16日发表在《自然通讯》上的一篇论文中，研究人员报道了使用该设备控制单个生物分子(包括核糖体、脱氧核糖核酸和蛋白质)进入芯片上充满液体的通道。他们还表明，该设备可以用于对不同类型的分子进行分类，从而可以从混合物中选择性地分析目标分子。
加州大学圣克鲁斯分校卡潘尼光电学教授、该论文通讯作者霍尔格施密特说，可编程纳米孔-光流控制装置的功能为芯片上的高通量单分子分析指出了一种新的研究工具。
施密特说：“我们可以将单个分子带入流体通道，并使用集成光波导或其他技术对其进行分析。“我们的想法是引入一个粒子或分子，将其保留在通道中进行分析，然后丢弃该粒子，并轻松快速地重复该过程，为许多单分子实验开发稳健的统计数据。”
这种新设备基于施密特实验室和杨百翰大学合作者亚伦霍金斯集团(Aaron Hawkins Group)之前的工作，开发了一种光流控制芯片技术，该技术将微流体(用于在芯片上处理液体样本的微小通道)和用于单分子光学分析的集成光学器件相结合。纳米孔的加入使得分子可控地输送到通道中，并有机会分析分子通过孔时产生的电信号。这项最新的工作由第一作者Mahmudur Ra hman领导，他是加州大学圣克鲁斯分校施密特实验室的研究生。
纳米孔技术已经成功应用于DNA测序应用，施密特和其他研究人员一直在探索新的方法，利用分子或粒子通过纳米孔转移产生的信号中的信息。
通过新设备中的反馈控制系统(微控制器和固态继电器)，电流的实时分析将纳米孔变成“智能门”，用户可以通过编程将分子输送到通道中。以预定的方式。一旦单个分子(或用户设定的任何数字)通过，门可以关闭，并在设定的时间后再次打开。
施密特说：“使用纳米孔作为‘智能门’是迈向单分子分析系统的关键一步，该系统对用户友好，可以高产率地工作。“它允许用户以编程方式控制输送到流体通道进行进一步分析或处理的分子数量，选择性地选择不同类型的单分子，并能够以多种记录速率每分钟向芯片输送数百个单分子。”
利用细菌(70S)核糖体，研究人员已经证明每分钟可以可控地运输500多个核糖体。合著者、美国加州大学圣克鲁兹分校生物学科Sinsheimer教授哈里诺尔勒(Harry Noller)对核糖体的结构和功能进行了开创性研究，核糖体是在所有活细胞中合成蛋白质的分子机器，自2006年以来一直与施密特集团合作。
研究人员还使用了脱氧核糖核酸和核糖体的混合物来展示该设备选择性激活目标分子(在这种情况下，是脱氧核糖核酸)门控功能的能力。例如，这可以制造受控数量的目标荧光实验分子，而未标记的粒子被忽略和丢弃。施密特说，基于粒子通过纳米孔的信号，选择性选通也可以用于纯化或分类纳米孔下游的不同粒子。
他说，可编程系统可以灵活地应用于各种潜在的应用。