Voor het eerst zijn enkele moleculen gebruikt binnen een elektronisch circuit, waarmee de grenzen van Moore's Law aangetikt worden. De moleculaire chip is ontwikkeld door Roswell Biotechnologies en wordt deze week besproken in een peer-reviewed artikel in de Proceedings of the National Academy of Sciences. De innovatie moet gebruikt worden voor het observeren van interacties tussen moleculen voor onderzoek naar bijvoorbeeld medicijnen en DNA.
Het platform bestaat uit een programmeerbare halfgeleider-chip met een schaalbare sensor-architectuur. Elk element in de sensor-array bestaat uit een stroommeter die de stroom door een precies gefabriceerde moleculaire draad meet. Deze draad verbindt nano-elektroden die direct aan het circuit verbonden zijn. Programmeren vindt plaats door het gewenste molecuul aan de draad te bevestigen. De gemeten stroom biedt een real-time uitlezing van de interacties van het betreffende molecuul. De data wordt weergegeven in een grafiek waarin stroompjes op een schaal van picoampère worden uitgezet tegen de tijd met een resolutie van 1000 frames per seconde.
In de paper wordt een reeks aan moleculen genoemd die gebruikt kunnen worden voor metingen, waaronder DNA, antigenen en antilichamen. Ook de activiteit van enzymen voor bijvoorbeeld diagnostische tests en CRISPR-Cas kan gemonitord worden. Dit maakt onder andere snelle covid-tests het ontdekken van de werking van medicijnen mogelijk. Ook een sensor die DNA-sequenties kan lezen wordt genoemd, waardoor direct stukjes genoom gekopiëerd kunnen worden, in tegenstelling tot andere technieken die gebaseerd zijn op indirecte metingen. De elektrische signalen kunnen met behulp van machine learning geanalyseerd worden om de sequentie uit te lezen.
Senior auteur Barry Merriman, PhD, mede-oprichter en chief scientific officer van Roswell, geeft meer uitleg: ""Het doel van dit werk is om biosensing op een ideale technologische fundering te plaatsen voor de toekomst van precisie-medicatie en persoonlijke gezondheid. Hiervoor is niet alleen het plaatsen van biosensing op een chip vereist, maar ook op de juiste manier, met het juiste soort sensor. We hebben het sensor-element verkleind naar het moleculaire niveau om een biosensor-platform te creëren waarin een volledig nieuwe soort van real-time metingen van enkele moleculen gecombineerd wordt met een lange-termijn-roadmap voor onbegrensde schaalbaarheid voor kleinere, snellere en goedkopere tests en instrumenten."
Co-auteur Jim Tour, PhD, professor in de chemie bij de William Marsh Rice University in Houston, Texas benadrukt het belang van de uitvinding als volgt: "Biologie werkt doordat moleculen met elkaar praten, maar onze bestaande meetmethoden kunnen dit niet detecteren. De sensoren die in deze paper gedemonstreerd zijn laten ons voor de eerste keer meeluisteren in deze moleculaire communicatie, wat een nieuwe en krachtige blik op biologische informatie mogelijk maakt."
Co-auteur prof. George Church, lid van de National Academy of Sciences en van de wetenschappelijke adviesraad van Roswell noemt nog een toepassing: "De Roswell-sequencing sensor biedt een nieuwe, directe blik op polymerase-activiteit, met het potentieel om sequencing-technologie te bevorderen met ordes van grootte in snelheid en prijs. Deze ultra-schaalbare chip opent de mogelijkheid voor verregaande gedistribueerde sequencing voor persoonlijke gezondheid of klimaat-monitoring, en voor toekomstige toepassingen met ultrahoge doorvoer zoals DNA-opslag op exabyte-schaal."
Bron: TechPowerUp
