IntroductionNanofluidic devices bas

Introduction

Nanofluidic devices based on nanopores and nanochannels allow to detect and interrogate single molecules passing through by monitoring the modulation induced in the electrical conductance by the translocation. This operating mechanism is particularly powerful because it allows fast and low cost analysis of samples with reduced volume and concentration, without the need for optical labeling and reading. Devices based on nanopores and nanochannels have already been successfully used to detect, count or sieve different kind of biomolecules, [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] to study their conformation and interactions, [8] [9] [10] [11] and they have also been proposed for gene expression profiling and DNA sequencing. In fact, most of the present efforts in this field aim on one side to produce smart nanopore and nanochannel based sensors, with proper selectivity and specific chemical and biological functionalities, on the other side to develop novel strategies to dynamically control the molecule translocation across nanostructures. If the former feature can be achieved by proper chemical modification and functionalization of device surfaces, the latter is a complex issue which typically requires an interplay of several aspects, such as the characteristic size of the nanostructure used as transducer compared to the interacting molecule, the labeling of the target molecule itself, the properties of the dispersing solution, the physical mechanism used for driving the molecule to the sensing area. [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19]

An interesting method for dynamically modulating the passage of biomolecules and particles through an elastomeric nanostructure was proposed by Huh et al. in 2007. [20] They used deformable triangular nanochannels (nearly 70 nm high, and 700 nm wide) to trap single l-DNA molecules by simply applying a weight on the device. The fabrication process they used for producing nanochannels, i.e. cracking the oxidized surface of an elastomeric surface, was effective but limited to simple layouts. Since then, the idea of reversibly tuning the cross section of nanostructures made of deformable materials by applying a mechanical "stimulus" has been further developed and, recently, successfully exploited to control the molecule passage for epigenetic studies. [21] [22]

After the pioneering article of Huh et al., new procedures were proposed for the creation of tunable nanostructures for molecule nanoconfinement. [19] [23] One of the most promising and fast strategies was developed by Mills et al. [21] They created normally closed nanochannels by tunnel cracking of a brittle layer sandwiched between two elastomeric substrates. Although very simple, this approach did not allow the creation of nanofeatures with complex layouts or variable cross section, nor of single nanostructures, thus limiting the manipulation capabilities of the device. For example, sieving mechanisms based on repeated changes of molecule entropic states (such as "entropic trapping") were prevented, just like the fabrication of sensors with single-molecule sensitivity which requires the ability of addressing a single transducing element at a time.

In this context, we proposed an innovative technology, based on the combination of high resolution patterning capabilities of focused ion beams with the use of deformable materials for creating elastomeric devices with tunable nanostructures. [24] The flexibility of this direct writing technology allowed to create different layouts: arrays of nanochannels were used to develop new biomolecule sorting methods, while devices provided of a single nanochannel were exploited as sensors for detecting single DNA molecules passing through. [25] Thanks to the expertise gained in the field of nanopore-based biosensors, [26] [27] we thus applied the ionic current measurement system, developed for solid-state nanopores, to polymeric single nanochannel devices, obtaining extremely sensitive sensors with tunable cross section, an essential feature to control molecule dynamics. Furthermore, working with solid-state nanopores, we demonstrated that Chemistry has a crucial role not only for creating high selectivity biosensors but also to adjust the diameter of the pore in order to adapt it to sense different biomolecules. In fact, it is well-known that chemical modification is fundamental to enhance the functionalities of micro and nanostructures. [28] [29] [30] [31] For example, in miniaturized extraction systems, properly functionalized surfaces are used to selectively capture the molecules of interest from complex mixtures, such as cell lysate, and released, for further processing steps, upon changing the characteristics of the working solution (pH, ionic strength, etc.). Biomolecule immobilization procedures applied to solid surfaces have been also recently exploited for the creation of innovative immune-complex detection platforms, promising tools for early detection of cancer biomar

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

แนะนำอุปกรณ์ Nanofluidic ที่ตาม nanopores และ nanochannels ช่วยให้การตรวจสอบ และไต่สวนโมเลกุลเดี่ยวที่ผ่านการตรวจสอบการปรับในการนำพาการไฟฟ้าเกิดจากการสับเปลี่ยนการ กลไกการทำงานนี้จะมีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง เพราะช่วยให้รวดเร็ว และต้นทุนต่ำการวิเคราะห์ตัวอย่างที่มีปริมาณลดลงและความเข้มข้น โดยไม่ต้องติดฉลาก และการอ่านแสง อุปกรณ์ตาม nanopores และ nanochannels เรียบร้อยใช้แล้วเพื่อตรวจสอบ ตรวจนับ หรือตะแกรงที่แตกชื่อโมเลกุลชีวภาพ, [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] เพื่อศึกษาโครงสร้างและการโต้ตอบ, [8] [9] [10] [11] และพวกเขาได้ยังรับการเสนอสำหรับการรวบรวมสถานะแสดงออกของยีนและลำดับดีเอ็นเอ ในความเป็นจริง ส่วนมากของความพยายามที่อยู่ในฟิลด์นี้จุดมุ่งหมายด้านหนึ่งการผลิตสมาร์ท nanopore และ nanochannel ใช้เซ็นเซอร์ ด้วยวิธีที่เหมาะสมและเฉพาะทางเคมี และทางชีวภาพฟังก์ชัน ในด้านอื่น ๆ เพื่อพัฒนากลยุทธ์ใหม่เพื่อควบคุมการสับเปลี่ยนโมเลกุล nanostructures แบบไดนามิก ถ้าคุณลักษณะเดิมสามารถทำได้ โดยการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เหมาะสมและ functionalization อุปกรณ์พื้นผิว หลังเป็นปัญหาซับซ้อนซึ่งโดยทั่วไปต้องมีอิทธิพลหลายด้าน เช่นขนาดลักษณะของ nanostructure ใช้เป็นพิกัดเมื่อเทียบกับโมเลกุลแคระ การติดฉลากของโมเลกุลเป้าหมายตัวเอง คุณสมบัติของโซลูชันสลาย กลไกทางกายภาพที่ใช้สำหรับการขับขี่โมเลกุลในพื้นที่ตรวจจับ [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19]วิธีการน่าสนใจแบบไดนามิกปรับเนื้อเรื่องของชื่อโมเลกุลชีวภาพและอนุภาคผ่าน nanostructure การยางถูกเสนอโดย Huh et al. 2007 [20] พวกเขาสามารถใช้ deformable สามเหลี่ยม nanochannels (เกือบ 70 nm สูง และ 700 nm กว้าง) กับดักโมเลกุลเดี่ยว l ดีเอ็นเอ โดยใช้น้ำหนักบนอุปกรณ์ กระบวนการผลิตที่พวกเขาใช้ผลิต nanochannels กรอบเช่นออกซิไดซ์ผิวของพื้นผิวเป็นยาง ถูกจำกัดรูปแบบเรียบง่าย แต่มีประสิทธิภาพ ตั้งแต่นั้น ความคิดของ reversibly เป็นปรับแต่งส่วนการข้ามของ nanostructures ที่ทำจากวัสดุ deformable โดยใช้เครื่องกล "กระตุ้นเศรษฐกิจ" ถูกพัฒนา และ เมื่อเร็ว ๆ นี้ สามารถควบคุมทางโมเลกุล epigenetic ศึกษา [21] [22]หลังจากบุกเบิกบทความของ Huh et al. กระบวนงานใหม่ที่ถูกนำเสนอการสร้างเทคโนโลยี nanostructures สำหรับโมเลกุล nanoconfinement [19] [23] หนึ่งในกลยุทธ์ที่รวดเร็ว และมีศักยภาพมากที่สุดได้รับการพัฒนาโดยโรงงาน et al. [21] จะสร้าง nanochannels ปิดปกติ โดยอุโมงค์แตกของระหว่างพื้นผิวยางสองชั้นเปราะ ง่ายมาก แม้ว่าวิธีการนี้ไม่อนุญาตการสร้าง ของ nanofeatures กับโครงร่างที่ซับซ้อนหรือตัวแปรข้ามส่วน หรือ ของ nanostructures เดียว จึง จำกัดความสามารถในการจัดการของอุปกรณ์ เช่น sieving กลไกตามซ้ำการเปลี่ยนแปลงของรัฐ entropic โมเลกุล (เช่น "entropic ดัก") ถูกป้องกันได้ เช่นเดียวกับการผลิตของเซ็นเซอร์ที่มีความไวแสงของโมเลกุลเดี่ยว ซึ่งต้องใช้ความสามารถของการจัดการกับองค์ประกอบ transducing หนึ่งครั้งในบริบทนี้ เรานำเสนอเทคโนโลยีนวัตกรรม อิงทั้งเลียนแบบความสามารถของคานไอออนที่เน้น ด้วยการใช้วัสดุ deformable สำหรับการสร้างอุปกรณ์ยางกับ nanostructures สามารถปรับความละเอียดสูง [24] ความยืดหยุ่นของเทคโนโลยีเขียนโดยตรงนี้สามารถสร้างเค้าโครงแตกต่าง: ใช้ในการพัฒนาโมเลกุลชีวภาพใหม่เรียงลำดับวิธีการ ในขณะที่สื่ออุปกรณ์จาก nanochannel เดียวเป็นเซ็นเซอร์สำหรับตรวจจับโมเลกุลดีเอ็นเอเดียวผ่านอาร์เรย์ของ nanochannels [25] ขอบคุณที่ความเชี่ยวชาญที่ได้รับในฟิลด์ของคะแนน nanopore biosensors, [26] [27] ดังนั้นเราใช้ไอออนปัจจุบันวัดระบบ พัฒนาสำหรับโซลิดสเตท nanopores, nanochannel เดียวเมอร์อุปกรณ์ ไวต่อเซ็นเซอร์เทคโนโลยีข้ามส่วน ได้รับจำเป็นมีการควบคุม dynamics โมเลกุล นอกจากนี้ ที่เราทำงานกับโซลิดสเตท nanopores แสดงว่า เคมีมีบทบาทสำคัญไม่เพียง แต่สร้าง biosensors เลือกสูง แต่ปรับเส้นผ่าศูนย์กลางของรูพรุนที่เพื่อปรับตัวให้รู้สึกชื่อโมเลกุลชีวภาพแตกต่างกัน ในความเป็นจริง มันเป็นที่รู้จักกันดีว่า การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเป็นพื้นฐานเพื่อเพิ่มฟังก์ชันการทำงานของไมโครและ nanostructures [28] [29] [30] [31] เช่น ในระบบดูดแคล่ว พื้นผิวถูกปรับหมู่ฟังก์ชั่นจะใช้ในการเลือกจับโมเลกุลของดอกเบี้ยจากส่วนผสมที่ซับซ้อน เช่นเซลล์ lysate และปล่อยออก มา เพื่อ ให้ขั้นตอน เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงลักษณะการทำงานแก้ปัญหา (pH ความแรงของไอออน ฯลฯ) กระบวนการตรึงโมเลกุลชีวภาพที่ใช้กับพื้นผิวของแข็งจะถูกใช้ประโยชน์สำหรับการสร้างของแพลตฟอร์มการตรวจหาภูมิคุ้มกันคอมเพล็กซ์นวัตกรรม แนวโน้มเครื่องมือสำหรับการตรวจการ biomar มะเร็งเพิ่ง

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

แนะนำnanofluidic อุปกรณ์ตาม nanopores nanochannels อนุญาตเพื่อตรวจสอบและสอบสวนโมเลกุลเดี่ยวผ่านโดยการตรวจสอบการเกิดในความนำไฟฟ้า โดยโยกย้าย . งานนี้โดยเฉพาะ เพราะจะช่วยให้กลไกที่มีประสิทธิภาพรวดเร็วและการวิเคราะห์ต้นทุนต่ำของตัวอย่างที่มีปริมาณลดลงและความเข้มข้นของแสง โดยไม่ต้องติดฉลากและอ่าน อุปกรณ์ตาม nanopores และ nanochannels ได้ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบ นับ หรือ ตะแกรงชนิดที่แตกต่างกันของโมเลกุลชีวภาพ [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] เพื่อศึกษาโครงสร้างและการปฏิสัมพันธ์ , [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] และพวกเขา ยังได้รับการเสนอข้อมูลการแสดงออกของยีนและดีเอ็นเอของ ในความเป็นจริงมากที่สุดของปัจจุบันความพยายามในด้านนี้มุ่งไปที่ด้านใดด้านหนึ่ง เพื่อผลิต nanopore สมาร์ทและ nanochannel ตามเซ็นเซอร์ กับการที่เหมาะสมและเฉพาะสารเคมีและฟังก์ชันทางชีวภาพในด้านอื่น ๆเพื่อพัฒนากลยุทธ์ใหม่เพื่อควบคุมการเคลื่อนย้ายข้ามแบบไดนามิกโมเลกุลนาโน . หากคุณสมบัติเดิมสามารถทำได้โดยการดัดแปรทางเคมีที่เหมาะสม และ functionalization พื้นผิวอุปกรณ์ หลังเป็นปัญหาที่ซับซ้อนซึ่งโดยปกติจะต้องมีความต่างหลายๆ ด้าน เช่น ขนาดและลักษณะของโครงสร้างนาโนใช้เป็นทรานสดิวเซอร์เมื่อเทียบกับกระทบโมเลกุล , การติดฉลากของโมเลกุลเป้าหมายตัวเอง คุณสมบัติของการกระจาย , สารละลาย กลไกทางกายภาพที่ใช้สำหรับการขับโมเลกุลเพื่อตรวจจับพื้นที่ [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]วิธีการที่น่าสนใจสำหรับแบบไดนามิกของทางเดินของสารชีวโมเลกุล และผ่านโครงสร้างนาโนอนุภาคยางที่เสนอโดยหา et al . ใน 2007 [ 20 ] พวกเขาใช้ nanochannels สามเหลี่ยมโดย ( เกือบ 70 nm สูงและกว้าง 700 นาโนเมตร ) เพื่อดักจับโมเลกุล l-dna เดียวเพียงแค่ใช้น้ำหนักของตัวเครื่อง กระบวนการผลิตที่ใช้ในการผลิต nanochannels คือการแตกจากพื้นผิวของผิวยาง , ที่มีประสิทธิภาพ แต่ จำกัด ให้รูปแบบง่ายๆ ตั้งแต่นั้นมาความคิดซึ่งพลิกกลับได้ปรับแต่งข้ามส่วนของนาโนทำจากวัสดุโดยใช้กล " กระตุ้น " ได้รับการพัฒนาต่อไป และล่าสุด เรียบร้อยแล้ว เพื่อจะควบคุมผ่านโมเลกุลสำหรับ Epigenetic ศึกษา [ 21 ] [ 22 ]หลังจากที่บทความของผู้บุกเบิกหา et al . , วิธีการใหม่ที่ถูกเสนอให้สร้างวงจรสำหรับนาโนโมเลกุล nanoconfinement . [ 19 ] [ 23 ] หนึ่งในแนวโน้มมากที่สุดและรวดเร็วกลยุทธ์พัฒนาโดยโรงงาน et al . [ 21 ] ที่พวกเขาสร้างขึ้นปิดปกติ nanochannels อุโมงค์โดยการแตกของชั้นเปราะแซนวิชระหว่างสองยางท แม้ว่าง่ายมาก วิธีการนี้ไม่อนุญาตให้สร้าง nanofeatures ที่มีรูปแบบที่ซับซ้อนหรือส่วนตัวแปรข้าม หรือนาโนเดียวจึง จำกัด การใช้ความสามารถของอุปกรณ์ ตัวอย่าง ที่พบการเปลี่ยนแปลงโมเลกุลกลไกตามซ้ำ entropic รัฐ ( เช่น " entropic ดัก " ) ถูกขัดขวาง เหมือนกับการเซนเซอร์ที่มีความไวเชิงโมเลกุลเดี่ยว ซึ่งต้องใช้ความสามารถในการ transducing องค์ประกอบเดียวที่เวลาในบริบทนี้เรานำเสนอเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมใหม่บนพื้นฐานของการรวมกันของความละเอียดสูงแบบเน้นความสามารถของคานไอออนที่มีการใช้วัสดุอุปกรณ์สำหรับสร้างโดยยางกับพริ้งนาโน . [ 24 ] ความยืดหยุ่นของเทคโนโลยีนี้เขียนโดยตรงอนุญาตให้สร้างรูปแบบที่แตกต่างกัน : อาร์เรย์ของ nanochannels เพื่อใช้ปรับปรุงใหม่ชีวโมเลกุลการเรียงลำดับวิธีการ ในขณะที่อุปกรณ์ที่ให้ของ nanochannel เดียวถูกใช้สำหรับตรวจจับดีเอ็นเอเป็นโมเลกุลเดี่ยวผ่าน [ 25 ] ขอบคุณกับความเชี่ยวชาญที่ได้รับในฟิลด์ของ nanopore ตามตาม [ 26 ] [ 27 ] เราจึงใช้ระบบการวัดไอออนปัจจุบันพัฒนาโซลิดสเตท nanopores , อุปกรณ์เดียว nanochannel พอลิเมอร์ได้รับเซนเซอร์อ่อนไหวกับส่วนข้ามพริ้ง ซึ่งเป็นคุณลักษณะที่จำเป็นเพื่อควบคุมพลวัตโมเลกุล นอกจากนี้ การทำงานกับของแข็ง nanopores เราพบว่า เคมี มีบทบาทสำคัญไม่เพียง แต่สำหรับการสร้างตามการสูง แต่ยังสามารถปรับขนาดของรูขุมขนเพื่อปรับมันให้ความรู้สึกสารชีวโมเลกุลต่าง ๆ ในความเป็นจริงมันเป็นที่รู้จักกันดีว่า การเปลี่ยนแปลงทางเคมี คือ พื้นฐานเพื่อเพิ่มฟังก์ชันของไมโครและนาโน . [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] ตัวอย่างเช่น ในการสกัดขนาดเล็กระบบอย่างถูกต้องที่มีพื้นผิวที่ใช้เลือกจับโมเลกุลของดอกเบี้ยจากของผสมที่ซับซ้อน เช่น เซลล์ lysate และปล่อยตัว สำหรับขั้นตอนการดำเนินการต่อไป เมื่อการเปลี่ยนแปลงลักษณะของโซลูชั่นการทำงาน ( pH , ความเข้มข้นของไอโอดีน ฯลฯ ) ขั้นตอนการตรึงชีวโมเลกุลประยุกต์พื้นผิวของแข็งได้รับเมื่อเร็ว ๆ นี้ยังใช้ประโยชน์เพื่อการสร้างนวัตกรรมการตรวจหาภูมิคุ้มกันที่ซับซ้อนแพลตฟอร์มเครื่องมือตรวจหามะเร็งก่อนที่ biomar สัญญา