Nano-probes 3D bekerja keajaiban • Vera Bashmakova • Berita Sains mengenai "Unsur-unsur" • Biologi Molekul, Nanoteknologi

Probe nano 3D berfungsi keajaiban

Nanotransistor berasaskan medan probe 3D menghampiri sel (Saya), menembusi sel (II) dan meninggalkannya (III). Imej dari artikel dalam perbincanganSains

Potensi membran adalah ciri yang paling penting dari sel hidup, oleh itu pengukuran yang tepat tentang potensi ini adalah salah satu masalah yang paling membakar biologi moden. Walaupun kita dapat mencapai sesuatu di kawasan ini, kita sedih harus mengakui bahawa semua meter yang sedia ada, pertama, tidak mempunyai ketepatan yang mencukupi, dan kedua, mereka sangat merosakkan kehidupan sel yang sangat berpotensi membrannya untuk berubah. Dan baru-baru ini dalam majalah Sains Satu artikel diterbitkan mewakili tolok generasi baru – probe 3D kecil berdasarkan transistor kesan medan yang terdiri daripada nanowires silikon.

Perwakilan skematik transistor kesan medan nanowire silikon. S (sumber) – sumber, D (longkang) – longkang, nanoFET (nano field-effect transistor) – bidang nanotransistor. Mempunyaiatas dan bawah wayar dua lengkung pada sudut 120 °, dan purata – tiga selekoh itu. Atas dan purata dawai ini sesuai untuk kerja selanjutnya, kerana tip mereka diarahkan ke arah yang sama (konfigurasi cis), dan lebih rendah wayar tidak sesuai, kerana tip-tipnya berada dalam arah yang berbeza (trans-konfigurasi), dan salah satu daripadanya tidak dapat dielakkan melekat pada membran sel. Tompok biru tumbuh dengan sejumlah besar dopan, dan oleh itu kekonduksiannya adalah relatif tinggi kawasan merah jambuyang ditanam dengan sedikit kekotoran. Imej dari artikel dalam perbincanganSains

Nanotransistor lapangan adalah sesuai untuk mengukur potensi membran, kerana, pertama, mereka agak kecil, dan kedua, mereka sangat sensitif kepada arus yang lemah. Tapi – sayang! – hampir semua probe nano yang sedia ada berdasarkannya dibuat menggunakan teknologi planar – iaitu, transistor terpaku pada substrat dan tidak boleh bergerak. Tetapi para saintis ingin mencipta penyelidikan 3D yang boleh bergerak, yang dapat mengukur potensi membran bukan yang pertama kali tersedia, tetapi sel yang dipilih, yang boleh merayap ke sel dari mana-mana ujungnya – apa yang tidak sedang bercanda ! – boleh meneroka rangkaian selular tiga dimensi keseluruhan.

Walau bagaimanapun, penciptaan siasatan sedemikian untuk masa yang lama kekal hanya mimpi – terutamanya kerana saiz nanotransistor medan ditentukan terutamanya oleh saiz saliran dan sumbernya, dan tidak jelas bagaimana menjadikannya agak kecil.

Semuanya berubah ketika mereka mendapati bahawa jika tekanan reagen berubah sementara nanowires silikon berkembang (lihat nanowire), dawai akan bengkok pada sudut 120 °. Ternyata sudut ini dapat ditiru, iaitu pembuatan kawat bengkok seperti itu boleh diletakkan di aliran. Para saintis dari Universiti Harvard mengambil wayar kecil ini sebagai asas untuk siasatan 3D mereka yang luar biasa.

Sudut 120 ° terlalu membosankan, dan bekerja dengannya adalah menyusahkan. Oleh itu, saintis pertama telah belajar melakukan dawai, membungkuk pada sudut 60 ° dan 0 °. Untuk melakukan ini, pertama sekali diperlukan untuk membuat wayar bukan dengan satu, tetapi dengan dua atau tiga selekak, masing-masing, dan kemudian pilih yang dari mana petua mempunyai konfigurasi cis, yaitu, diputar ke arah yang sama. Ternyata jarak yang lebih kecil antara kedua-dua selekoh, semakin sering kabel cis diperolehi. Setelah mendapati ini, saintis dapat memperoleh wayar melengkung dengan betul dalam kira-kira dua pertiga daripada kes.

Apabila teknik untuk mengembangkan wayar "betul" cukup mengasah, sudah tiba masanya untuk mula membuat transistor berdasarkan mereka. Untuk ini, "bahu" dawai, yang akan memainkan peranan saliran dan sumber, para penyelidik tumbuh dengan sejumlah besar dopan (lihatdoping), dan kawasan berhampiran bengkok itu sendiri, yang memainkan peranan pintu dan dengan mana transistor akan dicelup ke dalam sel, dengan jumlah yang kecil. Akibatnya, kekonduksian dalam longkang dan sumber berbanding pintu gerbang bertambah, dan kawasan gerbang menjadi sangat sensitif terhadap sedikit perubahan potensi.

Transistor yang terhasil terlalu kecil untuk dimanipulasi, jadi para saintis "meletakkan" mereka pada struktur sokongan khas. Kini perlu menyediakan siasatan untuk pertemuan dengan sel. Untuk melakukan ini, permukaan transistor disalut dengan lapisan fosfolipid nipis (mereka adalah sebahagian daripada membran sel). Akibatnya, apabila siasatan menyentuh sel-sel, fosfolipid yang menutupinya bercampur dengan lipid membentuk membran, dan penetrasi siasatan ke dalam sel hampir tidak menyakitkan.

Penyerapan dalam sangkar probe nano 3D dengan pelincir fosfolipid. Ungu gelap Lapisan fosfolipid ditunjukkan, merah jambu – plot nanowires dengan kandungan dopan yang rendah, ungu muda – plot nanowire dengan sejumlah besar dopan, dan dalam warna biru – cytosol.Imej dari artikel dalam perbincanganSains

Kini adalah perlu untuk mengetahui sejauh mana probe yang diterima berfungsi. Untuk melakukan ini, penyelidik menjalankan satu siri eksperimen yang berjaya. Tetapi hasil yang paling menakjubkan diperolehi di sel-sel otot jantung ayam. Ternyata siasatan itu berfungsi keajaiban: hanya menyentuh sel, ia mengukur potensi permukaan luarnya; maka, mula menembusi membran, mengukur kedua-dua potensi luaran dan dalaman; dan akhirnya, sekali di dalam sel, mereka menunjukkan perubahan potensi pada permukaan dalaman membran. Pada masa yang sama, sensitiviti siasatan ke fluktuasi berpotensi terkecil adalah luar biasa tinggi.

Keputusan ini tidak tunggal, tetapi boleh ditiru – yang bermaksud kita mempunyai alat pengukur yang stabil, sangat sensitif dan sangat tidak berbahaya kepada sel. Kemungkinan besar, dalam masa terdekat pengeluaran pembuatan probe 3D tersebut akan dilancarkan.

Sumber: Bozhi Tian, ​​Tzahi Cohen-Karni, Quan Qing, Xiaojie Duan, Ping Xie, Charles M. Lieber. Tiga Dimensi, Fleksibel Nanoscale Field-Effect Transistor sebagai Localized Bioprobes // Sains. 2010. V. 329, P. 830-834.

Vera Bashmakova


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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