用玻璃纳米孔捕获游离DNA的创新技术

纳米孔传感可以从液体样本中提取细胞外游离DNA。加州大学河滨分校的研究人员利用电流将自由漂浮的DNA导入20纳米的玻璃管孔中。DNA集中在液表附近，使得收集大量样本相对容易。这项发表在《纳米尺度》杂志上的技术还可以改善未来的癌症诊断。

　　

DNA测序已经变得如此普遍，几乎没有人意识到从生物样本中提取单个DNA分子是多么困难。

加州大学河沿分校(UC Riverside)领导的一项研究，利用微小的玻璃管和电流，使得从血液等液体样本中检测和捕获DNA变得更加容易。这项发表在《纳米尺度》杂志上的技术还可以改善未来的癌症诊断。

DNA是一种双链的带电分子，它包含有机体创造和组织生命所需的所有信息，紧紧地折叠在细胞核内。从单个细胞中提取DNA既费时又不实用，对许多医学和科学目的来说都是如此。幸运的是，当细胞自然死亡时，它们的细胞膜会破裂，释放包括DNA在内的物质。这意味着，例如，一份血液样本包含许多自由漂浮的DNA链，理论上，这些DNA更容易识别和大量提取。

然而，被称为巨噬细胞的清除细胞废物的清道夫细胞会破坏大部分游离DNA，使其在血液中浓度很低。大多数捕获游离细胞DNA的方法都需要昂贵的技术，首先将分子浓缩，然后使用荧光染料帮助观察DNA。

通讯作者凯文?弗里德曼生物工程助理教授在加州大学河滨分校Marlan和迷迭香伯恩斯工程学院的领导为了提高检测和捕获的DNA在低浓度使用电荷直接DNA样本直接进入玻璃管与一个小开口称为纳米孔。在不同的医学和临床应用中，纳米孔传感已成为一种快速、可靠和具有成本效益的诊断工具。

弗里德曼说:“我们知道，如果你在细胞膜上施加电压，离子就会穿过细胞膜上的小孔。”“DNA也会随着电场移动，我们可以利用电场移动DNA。”

研究人员将一个正极放入一个有20纳米宽的开口或孔的玻璃管中，这个开口比DNA分子略大，但太小，无法容纳细胞。他们在纳米孔上施加一个电势，将其浸入一个装有DNA样本和负极的小瓶中。游离细胞的DNA进入小孔并堵住了它。当DNA穿过小孔时，电流的变化使研究人员能够检测到它。

弗里德曼说:“这就像把意大利面穿过一根针。”“要穿过毛孔，它必须几乎是完全线性的。”

研究人员把小孔放置在越接近液体表面的地方，就能收集到越多的DNA。

“令人惊讶的是，我们发现DNA在液体-空气界面聚集。如果有一个冷却层，DNA就会试图去更冷的地方，”弗里德曼说。“我们希望同样的方法也适用于血液样本，这样同样的机制就可以用于浓缩接近表面的DNA。这不仅是有益的，而且这种纳米孔传感策略在地表附近也显示出更高的信噪比。这真是一个双赢的局面。”

经过一些改进，作者认为他们的纯电子技术可以帮助从一个血液样本诊断某些类型的癌症。除了DNA，随着肿瘤的生长，小泡被释放到血液中。这些微小的脂质液滴可以被认为是与原始癌细胞相同的微型细胞，也可以通过纳米孔传感检测到。

考虑到这种纯电技术的众多独特特性，在未来医疗的点诊断测试评估中纳米感应系统将有广泛的潜力。

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弗里德曼参与这项研究的还有来自加州大学河湾分校的Nasim Farajpour、Lauren S. Lastra和Vinay Sharma。这篇论文，“在液体-空气界面测量捕获的DNA以增强单分子传感”，可以在这里找到。