Големият транзистор усеща пристигането на сингъл молекула

Може би можете да откриете единична молекула с химикалка и хартия, но това е трудно във физиката на реалния живот.Увеличи / Може би можете да откриете единична молекула с писалка и хартия, но е трудно във физиката на реалния живот.SSPL / Гети изображения

В науката има резултати, които са хо-хуми и резултати, които карай всички да отидат оооо. (Има и няколко резултата от хо-хума все още карам всички да отидат.) Във физиката тази последна категория е доминирани от едномолекулни експерименти за откриване.

По принцип откриването на едномолекули е границата за диагноза. Представете си, че можете да вземете и прочетете едно-единствено ДНК кичур или разберете дали някой има инфекция от присъствието на един единствен протеин. Това е благородната цел. Много Резултатите за откриване на едномолекулни молекули обаче са впечатляващи, но в крайна сметка безполезни, защото те включват напълно непрактично условия. Това може да се промени с неотдавнашна публикация на едномолекулно откриване без измама.

Крис: Спрете да бъдете зли

Първо, единичните молекули са наистина трудни за намиране. Те са малки и като цяло нямат голям ефект върху света знаем, че в биологията единичните молекули могат да имат огромни влияние – невроните са чувствителни към единични молекули. Някои видове сперматозоидите получават насочена информация от усещането на единични молекули. Природата, когато е необходимо, изглежда няма проблеми с едномолекулните откриване.

Това е вид едномолекулно откриване, което учените се стремят към.

За да откриете една молекула, трябва да я накарате да се прикрепи до нещо, което е откриваемо и използвайте промените в това откриваем предмет, за да се заключи, че молекулата е пристигнала. Че означава, че молекулата трябва да причини значителна промяна в свойства на обекта. Това от своя страна предполага, че обектът също трябва да е доста мъничко.

Но нещо мъничко е малко вероятно да се натъкне на нещо еднакво мънички като единична молекула. Така че това просто измества проблем от намирането на една молекула до чакането на молекулата да те намеря.

Казано така: представете си, че трябва да намерите единственото Редакторът на Ars Science, Джон Тимер, в Ню Йорк. Следвайки подход, описан по-горе, ще застанете на ъгъла на улицата с a подпишете, казвайки: „Безплатна бира за всички на име Джон Тимер.“ В крайна сметка бихте уловили нашия научен редактор. Докато чакате обаче, вие ще трябва да прогони много, много фалшиви (бира, обичаща) позитиви.

Студентите от град са умрели от старост в очакване на молекулата да намерете своя детектор.

Увеличаване на коефициентите

По-ефективно решение на проблема с научния редактор е да поставете Timmer-капан на всеки ъгъл в Ню Йорк. Вие тогава свържете всички капани нагоре, така че когато човек изгасне, всички те се държат така, сякаш са хванали таймер Сега, веднага щом нашият редактор напуска дома си, има вероятност да се запали сигнал на Тимер небето.

Това е точно това, което са направили нашите безстрашни учени в техния случай те търсеха протеин.

Номерът е всичко в чувствителната повърхност. Започнете с чисто злато повърхност и отглеждате слой от полимер върху него. След това прикрепете вашето усещане молекула до полимерния слой – това е молекулата, която ще отиде капан на протеина, който искаме да усетим. Накрая попълнете празнините между сетивните молекули. Това предотвратява случайни нецелеви молекули от попадане в пропуски и разваляне на резултатите.

Резултатът е повърхност, която е с милиметър по размер и има около трилион сензорни молекули изскачат от него. Всичко това е електрически свързан към транзистор. Токът през транзисторът се променя, когато молекула се прикрепи към усещането повърхност.

Този подход наистина ме изненада. За да ви дам представа за колко малко вероятно е дадена идея, нека го изложа в перспектива: ако има такава молекулата трябва да се прикрепи към сензорната плоча, това би трябвало променете тока в транзистора с една част на трилион. За теченията, които изследователите използвали, говорим1 attoamp (10-18 ампера). Това не е лесно да се измери.

Но тази малка промяна не е това, което наблюдават изследователите случва. Вместо това, токът се променя с около 0,2 микроампер, когато единична молекула се прикрепя към сензорната плоча. По същество влиянието на една молекула се усилва със 100 милиард.

Свръхчувствителен транзистор

Защо чувствителният слой реагира толкова силно? Изследователите подозирайте и използвайте моделиране, за да покажете, че чувствителността се дължи на промени в целия слой.

Преди да се свърже целевата молекула, полимерният слой се запазва заедно чрез механизъм, наречен водородна връзка. По принцип, водородните атоми от съседни полимери са слабо привлечени взаимно. Тези облигации образуват мрежа, която допринася за електрически свойства на сензорната плоча.

Когато един единствен протеин се прикрепи към единична сензорна молекула, той разрушава водородните връзки локално. Това има ефект, причинявайки водородна свързваща мрежа да се преконфигурира в голяма част фракция на сензорната плоча. Изследователите не чувстват това пристигане на молекулата; те усещат разстройството, причинено от пристигащата молекула.

Подозирам, че това обяснение ще бъде предмет на разискване от доста време напред – със сигурност беше един от рецензенти скептичен.

Независимо от точния механизъм, това е доста стъпка технология. Процесът на откриване е много по-близо до това колко е естествен едномолекулни сензорни работи в живи системи. Това означава, че има е голяма вероятност свръх чувствителен транзисторен сензор може да се появи в медицински лаборатории до няколко години.

Nature Communications, DOI: 10.1038 / s41467-018-05235-z (За DOI)

Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: