(PhysOrg.com) -- En utilisant une paire de techniques exotiques, y compris une version à l'échelle moléculaire de la pêche sur glace, une équipe de chercheurs travaillant à l'Institut national des normes et de la technologie ont développé des méthodes pour mesurer avec précision la longueur des « nanopores, ” les canaux minuscules trouvés dans les membranes cellulaires. Les « règles moléculaires » qu'ils décrivent dans un article récent* pourraient servir de moyen de calibrer des nanopores sur mesure - dont les diamètres sont en moyenne de près de 10, 000 fois plus petit que celui d'un cheveu humain—pour une variété d'applications telles que l'analyse rapide de l'ADN.

Des études menées au NIST et dans d'autres instituts de recherche ont montré qu'un seul pore à l'échelle nanométrique dans une membrane mince peut être utilisé comme « laboratoire d'analyse miniature » ​​pour détecter et caractériser des molécules biologiques individuelles telles que l'ADN ou les toxines lorsqu'elles traversent ou bloquent le passage. . Un tel système pourrait potentiellement tenir sur une seule puce électronique, pour une grande variété d'applications. Cependant, rendre le mini-laboratoire pratique nécessite une définition précise des dimensions et des caractéristiques structurelles du nanopore.

Dans de nouvelles expériences, des chercheurs du NIST et de l'Université du Maryland ont d'abord construit une membrane - une feuille bicouche de molécules lipidiques - similaire à celle trouvée dans les cellules animales. Ils y ont «percé» un pore avec une protéine** conçue spécifiquement pour pénétrer les membranes cellulaires. Lorsque la tension est appliquée à travers la paroi de la membrane, les molécules chargées telles que l'ADN simple brin sont forcées dans le nanopore. Lorsque la molécule passe dans le canal, le flux de courant ionique est réduit pendant un temps proportionnel à la taille de la chaîne, permettant de dériver facilement sa longueur.

Si une chaîne est suffisamment longue pour atteindre la partie la plus étroite du nanopore, connue sous le nom de point de pincement, la force du champ électrique derrière elle poussera la molécule à travers le reste du canal. Exploitant cette caractéristique, l'équipe NIST/Maryland a développé une méthode de sonde ADN pour mesurer les distances entre les ouvertures de chaque côté de la membrane et le point de pincement, et à son tour, toute la longueur du nanopore en additionnant les deux mesures. Les sondes sont constituées de brins d'ADN de longueurs connues surmontés à une extrémité d'une sphère en polymère. La sphère empêche la sonde de se déplacer complètement à travers le nanopore tout en laissant la chaîne d'ADN pendante libre de s'étendre dans le canal. Si la chaîne atteint le point de pincement, la force qui entraînerait normalement une chaîne d'ADN libre au-delà de la jonction maintient la sonde en place (puisque la sphère polymère la «verrouille» à l'autre extrémité) et définit la distance jusqu'au point de pincement. Si la chaîne est plus courte que la distance jusqu'au point de pincement, il rebondira hors du nanopore, indiquant aux chercheurs qu'une chaîne plus longue est nécessaire pour mesurer la distance jusqu'à l'écart.

Les chercheurs du NIST/Maryland ont également développé un deuxième moyen de mesurer la longueur du nanopore pour confirmer les résultats de la méthode de la « simple sucette ». Dans ce système, les molécules de polymère peuvent circuler librement dans la solution trouvée sur la face interne de la membrane. Des sondes d'ADN coiffées d'un polymère de différentes longueurs sont forcées une à la fois dans le nanopore du côté opposé. Si l'extrémité de la chaîne d'une sonde est suffisamment longue pour traverser complètement le canal, il saisira une molécule de polymère libre en solution. Ceci définit la longueur du canal.

En outre, cette méthode de « pêche sur glace » permet de mieux comprendre la structure du nanopore. Au fur et à mesure que la chaîne d'ADN se fraie un chemin, les changements de tension électrique correspondent à la forme changeante du canal. Ces informations peuvent être utilisées pour cartographier efficacement le passage.