水凝接口玻璃纳米孔用于高分辨率大小测量短DNA片段
Muhammad Asad Ullah Khalid1, Md Ahasan Ahamed1, Ming Dong1
1Department of Electrical Engineering, Pennsylvania State University, University Park, PA, 16802, United States.
Biosensors & bioelectronics
|November 4, 2024
概括
本研究介绍了一种水凝接口玻璃纳米孔 (HIGN) 系统,用于精确的核酸大小测量. HIGN 实现了小于 100 个基对的分辨率,使得短 DNA 的准确分析和多重病毒检测成为可能.
科学领域:
- 纳米技术 纳米技术
- 生物物理学的生物物理.
- 分子诊断学 分子诊断
背景情况:
- 固态纳米孔提供无标签检测,但由于快速转移,难以准确大小短核酸 (≥100bp).
- 现有的方法缺乏基于酶的控制,与生物系统相比,限制了分辨率.
研究的目的:
- 开发一个简单的水凝接口玻璃纳米孔 (HIGN) 系统,以在短DNA尺寸测量中实现100个基对 (bp) 下的分辨率.
- 研究水凝特性和纳米孔配置对DNA转位动态的影响.
- 为了证明HIGN在多重病毒检测方面的能力.
主要方法:
- 玻璃纳米孔的制造,集成在聚乙烯甘二甲酸 (PEG-DMA) 水凝中.
- 系统地研究水凝网状尺寸,纳米孔放置,应用于电压和分析剂度对200bp双链DNA (dsDNA) 传输的影响.
- 使用逆转录取酶-聚合酶链反应 (RT-PCR) 进行A型流感病毒 (IAV) 和SARS-CoV-2多重检测的演示.
主要成果:
- 与裸体纳米孔相比,7.5% w/v%的PEG-DMA水凝增加了dsDNA平均停留时间约11倍.
- 优化的水凝集成为正常化事件频率产生了较低的变化系数 (7.16%和5.28%).
- 对于400bp以下的dsDNA片段,达到50bp的尺寸分辨率,平均正常化峰值幅度 (ΔI/Io) 约为0.005.5.
- 成功证明了IAV和SARS-CoV-2的多重检测.
结论:
- 该HIGN系统显著提高了停留时间和转位控制,使得短DNA的精确小于100bp的大小.
- HIGN提供了一个多功能平台,用于无标签的核酸分析和多重分子诊断.
- 这项技术有可能用于快速病原体检测和遗传分析.
