Roswell Molecular Electronics Chip 777x437 1
Thông tin công nghệ

Chip điện tử phân tử đầu tiên được phát triển – Hiện thực hóa mục tiêu 50 tuổi

Chip điện tử phân tử Roswell sử dụng các phân tử đơn lẻ làm phần tử cảm biến phổ quát trong mạch để tạo ra cảm biến sinh học có thể lập trình được với thời gian thực, độ nhạy đơn phân tử và khả năng mở rộng không giới hạn về mật độ điểm ảnh cảm biến. Tín dụng: Roswell

Một nền tảng để đo lường động học liên kết và hoạt động của enzym đơn phân tử.

Chip điện tử phân tử đầu tiên đã được phát triển, hiện thực hóa mục tiêu 50 năm tuổi là tích hợp các phân tử đơn lẻ vào các mạch để đạt được giới hạn tỷ lệ cuối cùng của Định luật Moore. Được phát triển bởi Roswell Biotechnologies và một nhóm đa ngành gồm các nhà khoa học hàng đầu, con chip này sử dụng các phân tử đơn lẻ làm phần tử cảm biến phổ quát trong một mạch để tạo ra cảm biến sinh học có thể lập trình với độ nhạy đơn phân tử theo thời gian thực và khả năng mở rộng không giới hạn về mật độ điểm ảnh cảm biến. Sự đổi mới này, xuất hiện trong tuần này trong một bài báo được đánh giá ngang hàng trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS) , sẽ tạo ra những tiến bộ trong các lĩnh vực đa dạng về cơ bản dựa trên việc quan sát các tương tác phân tử, bao gồm khám phá thuốc, chẩn đoán, giải trình tự DNA, và proteomics.

“Sinh học hoạt động bằng cách các phân tử đơn lẻ nói chuyện với nhau, nhưng các phương pháp đo lường hiện tại của chúng tôi không thể phát hiện ra điều này”, Jim Tour, Tiến sĩ, giáo sư hóa học tại Đại học Rice và là người tiên phong trong lĩnh vực điện tử phân tử cho biết. “Các cảm biến được chứng minh trong bài báo này lần đầu tiên cho phép chúng tôi lắng nghe những liên lạc phân tử này, cho phép một cái nhìn mới và mạnh mẽ về thông tin sinh học.”

Nền tảng điện tử phân tử bao gồm một chip bán dẫn có thể lập trình với kiến trúc mảng cảm biến có thể mở rộng. Mỗi phần tử mảng bao gồm một đồng hồ đo dòng điện theo dõi dòng điện chạy qua một dây phân tử được chế tạo chính xác, được lắp ráp để nối các điện cực nano ghép nối nó trực tiếp vào mạch. Cảm biến được lập trình bằng cách gắn phân tử đầu dò mong muốn vào dây phân tử, thông qua vị trí liên hợp trung tâm, được thiết kế. Dòng điện quan sát được cung cấp khả năng đọc điện tử trực tiếp theo thời gian thực về các tương tác phân tử của đầu dò. Các phép đo hiện tại so với thời gian ở quy mô picoamp này được đọc ra từ mảng cảm biến ở dạng kỹ thuật số, với tốc độ 1000 khung hình / giây, để thu thập dữ liệu tương tác phân tử với độ phân giải, độ chính xác và thông lượng cao.

“Mục tiêu của công việc này là đặt cảm biến sinh học trên một nền tảng công nghệ lý tưởng cho tương lai của y học chính xác và sức khỏe cá nhân,” đồng sáng lập Roswell và Giám đốc khoa học Barry Merriman, tác giả cao cấp của bài báo nói thêm. “Điều này không chỉ đòi hỏi phải đặt cảm biến sinh học trên chip mà còn phải đúng cách, với loại cảm biến phù hợp. Chúng tôi đã thu nhỏ trước phần tử cảm biến xuống cấp độ phân tử để tạo ra một nền tảng cảm biến sinh học kết hợp một loại phép đo đơn phân tử theo thời gian thực hoàn toàn mới với một lộ trình mở rộng dài hạn, không giới hạn cho các thử nghiệm nhỏ hơn, nhanh hơn và rẻ hơn và dụng cụ.”

Nền tảng điện tử phân tử mới phát hiện các tương tác phân tử đa omic ở quy mô phân tử đơn lẻ, trong thời gian thực. Bài báo PNAS trình bày một loạt các phân tử thăm dò, bao gồm DNA, aptamers, kháng thể và kháng nguyên, cũng như hoạt động của các enzym liên quan đến chẩn đoán và giải trình tự, bao gồm cả enzym CRISPR Cas liên kết với ADN đích của nó. Nó minh họa một loạt các ứng dụng cho các đầu dò như vậy, bao gồm khả năng thử nghiệm COVID nhanh chóng, phát hiện thuốc và proteomics.

Bài báo cũng trình bày một cảm biến điện tử phân tử có khả năng đọc trình tự DNA. Trong cảm biến này, một DNA polymerase, enzyme sao chép DNA, được tích hợp vào mạch, và kết quả là quan sát điện trực tiếp về hoạt động của enzyme này khi nó sao chép một đoạn DNA, từng chữ cái. Không giống như các công nghệ giải trình tự khác dựa vào các biện pháp gián tiếp về hoạt động của polymerase, phương pháp này giúp quan sát trực tiếp, theo thời gian thực về enzyme DNA polymerase kết hợp nucleotide. Bài báo minh họa cách các tín hiệu hoạt động này có thể được phân tích bằng các thuật toán học máy để cho phép đọc trình tự.

Giáo sư George Church, đồng tác giả của bài báo, cho biết: “Cảm biến giải trình tự Roswell cung cấp một cái nhìn trực tiếp mới về hoạt động của polymerase, với tiềm năng thúc đẩy công nghệ giải trình tự bằng các cấp độ lớn hơn về tốc độ và chi phí,” Giáo sư George Church, đồng tác giả của bài báo, thành viên của National Viện Hàn lâm Khoa học và là thành viên Ban Cố vấn Khoa học Roswell. “Con chip siêu mở rộng này mở ra khả năng giải trình tự phân tán cao để giám sát sức khỏe cá nhân hoặc môi trường và cho các ứng dụng thông lượng siêu cao trong tương lai như lưu trữ dữ liệu DNA quy mô Exabyte.”

Tham khảo: “Cảm biến điện tử phân tử trên chip bán dẫn có thể mở rộng: Nền tảng đo lường đơn phân tử về động học liên kết và hoạt động của enzym” của Carl W. Fuller, Pius S. Padayatti, Hadi Abderrahim, Lisa Adamiak, Nolan Alagar, Nagaraj Ananthapadmanabhan, Jihye Baek, Sarat Chinni, Chulmin Choi, Kevin J. Delaney, Rich Dubielzig, Julie Frkanec, Chris Garcia, Calvin Gardner, Daniel Gebhardt, Tim Geiser, Zachariah Gutierrez, Drew A. Hall, Andrew P. Hodges, Guangyuan Hou, Sonal Jain, Teresa Jones, Raymond Lobaton, Zsolt Majzik, Allen Marte, Prateek Mohan, Paul Mola II, Paul Mudondo, James Mullinix, Thuan Nguyen, Frederick Ollinger, Sarah Orr, Yuxuan Ouyang, Paul Pan, Namseok Park, David Porras, Keshav Prabhu, Cassandra Reese, Travers Ruel, Trevor Sauerbrey, Jaymie R. Sawyer, Prem Sinha, Jacky Tu, AG Venkatesh, Sushmitha VijayKumar, Le Zheng, Sungho Jin, James M. Tour, George M. Church, Paul W. Mola và Barry Merriman, 24 tuổi Tháng 1 năm 2022, Kỷ yếu của Học viện Quốc gia Sc hàng rào .
DOI: 10.1073 / pnas.2112812119

Giới thiệu về Roswell Biotechnologies

Roswell Biotechnologies đang số hóa sinh học bằng điện tử phân tử để dự đoán, ngăn ngừa và chữa bệnh. Công ty đã phát triển chip điện tử phân tử đầu tiên trên thế giới, Roswell ME Chip ™, tích hợp các phân tử đơn lẻ vào công nghệ chip bán dẫn tiêu chuẩn để cung cấp một bộ cảm biến sinh học có thể lập trình hội tụ một loạt các ứng dụng cảm biến sinh học và phép đo omics vào một nền tảng. Nền tảng Roswell ME đang được thương mại hóa cho các ứng dụng trong nghiên cứu và khám phá thuốc, chẩn đoán phân tử, giải trình tự và lưu trữ dữ liệu kỹ thuật số DNA. Roswell Biotechnologies được thành lập vào năm 2014 bởi các nhà lãnh đạo trong ngành công nghệ gen và có trụ sở chính tại San Diego, California.

Theo Scitechdaily

What's your reaction?

Excited
0
Happy
0
In Love
0
Not Sure
0

You may also like

Leave a reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.