近年来纳米孔在科研领域吸引了越来越多的关注。虽然早期基于纳米孔的测序系统大多数采用的是生物纳米孔。但由于固态纳米孔拥有更优异的鲁棒性和耐久性,且孔的几何结构及表面性质可控,并与现有的半导体和微流体制造技术相兼容等优势,因而愈来愈受到欢迎。
由于高密度的固态纳米,纳米孔阵列可以被大规模地生产出来,固态纳米孔不但可以作为生物分子检测的平台,而且在很多其他领域也拥有广阔的应用前景,例如近场光学、纳米模板光刻和离子逻辑电路等。
纳米孔是薄膜中的一个小孔,直径约为十亿分之一米,即单个DNA分子的宽度。从医学到IT,这些纳米孔的潜在用途是如此多样,以至于它们可能对我们的日常生活产生重大影响。现在渥太华大学的一组研究人员通过提供一种独特的工具来加速新应用程序的开发,正在使进入纳米孔研究领域的更贴近生活。相关研究成果发表在在线杂志《自然协议》。
创新的T.-Cossa实验室研究了单分子生物物理学,提出了为研究社区提供以快速,低成本和低成本制造固态纳米孔所需的协议,硬件设计和软件的想法。此举对研究人员开发健康,生命科学和IT中的诊断和测序应用程序是一个福音,因为在这里需要能够精确地检测和识别单个生物分子(如蛋白质或DNA)的纳米孔。
渥太华大学物理系教授解释说:“这是我们首次免费提供独特的纳米孔制造工具。我们选择向研究社区免费提供我们获得专利的纳米孔制造技术,以帮助其传播并扩大纳米孔研究领域。”
如今固态纳米孔已被确立为单一生物分子传感器,在快速和低成本的传感和测序应用中具有广阔的前景,包括病原体的快速鉴定,精密医学的生物标志物定量,宏基因组学,微生物组分析和癌症研究。
然而这种设想一直被制造纳米孔的昂贵,劳动密集型和低产量的方法所扼杀。为了解决这个问题,Tabad-Cossa教授及其团队在2012年率先开发了一种廉价且可扩展的固态纳米孔制造方法,称为受控击穿(CBD),此方法已成为通过研究制造固态纳米孔的首选方法。
T.-Cossa实验室的实验室经理表示:“为促进无障碍创新,实验室着手制造一种仪器和工作流程,使第一次知道纳米孔的人都能成功操作。现已经通过一项当地的科学推广计划取得了令人惊讶的成功,实验室计划使高中生能够使用工具在一个下午内独立产生纳米孔并检测单个DNA分子。”
CBD固态纳米孔制造用低成本,易于使用的小型台式仪器代替了昂贵的手动电子显微镜,只需单击一下按钮,即可自动将纳米孔加工成给定尺寸。研究人员现在可以将精力集中在开发各个领域的不同现实世界的纳米孔应用上。
一种这样的应用程序解决了长时间内存储和存档大量数字信息的日益增长的需求。大自然通过DNA解决了这个问题,类似的方法将对我们有用,在这种方法中,信息以合成聚合物的序列形式存储,从而将服务器场缩小到冰箱的大小,并节省了数十亿美元。固态纳米孔可以用作数据读取聚合物信息的元素,因此固态纳米孔可以实现数据存储的下一个重大突破。