سنسورهای الکترونیکی مولکولی در تراشه‌های نیمه‌هادی

پلتفرم جدید الکترونیکی مولکولی برهمکنش‌های چند-امیکی را در مقیاس یک مولکول و در لحظه تشخیص می‌دهد.

این پلتفرم الکترونیکی مولکولی از یک تراشه نیمه‌هادی قابل برنامه‌ریزی تشکیل شده است که آرایه حسگر آن ساختاری مقیاس‌پذیر دارد. هر بخش در آرایه از یک جریان‌سنج الکترونیکی تشکیل شده است که جریان عبوری از یک سیم مولکولی دقیقاً مهندسی‌شده را کنترل می‌کند. این سیم برای پخش نانواکترودهایی ساخته شده است که مستقیماً آن را به مدار وصل می‌کنند.
    این سنسورها از طریق اتصال مولکول کاوشگر مورد نظر به سیم الکترونیکی و از طریق یک بخش مرکزی و ترکیبی دقیقاً مهندسی‌شده برنامه‌ریزی می‌شوند. جریان مشاهده‌شده یک بازخوانی الکترونیکی مستقیم و لحظه‌ای را از برهمکنش‌های مولکولی کاوشگر به دست می‌دهد.
    اندازه‌گیری جریان نسبت به زمان در مقیاس پیکوآمپر به کمک نمایش دیجیتال آرایه حسگر انجام می‌شود و سرعت خوانش هزار فریم در ثانیه است تا بتوان داده‌های مربوط به برهمکنش مولکولی را با وضوح، دقت و توان عملیاتی بالا ثبت کرد.
    دکتر بری مریمن (Barry Merriman) یکی از بنیانگذاران و مدیر علمی شرکت Roswell می‌گوید: «هدف از این کار، استوار کردن روش حسگرهای بیولوژیک بر پایه فناوری‌های دقیق و مطلوب در آینده در حوزه پزشکی و سلامت فردی است. این کار نه تنها مستلزم این است که حسگرهای بیولوژیک را روی تراشه قرار دهیم، بلکه باید این کار به‌ روش صحیح و با استفاده از نوع مناسب حسگرها انجام شود.
    «ما حسگر را از قبل تا ابعاد مولکولی کوچک کرده‌ایم تا یک پلتفرم حسگر بیولوژیک بسازیم که گونه کاملاً جدیدی از اندازه‌گیری تک مولکولی به‌صورت لحظه‌ای با نقشه راه طولانی‌مدت و مقیاس‌پذیر به‌صورت نامحدود را ارائه دهیم که برای آزمایش‌ها و ابزارهای کوچک‌تر، سریع‌تر و ارزان‌تر مناسب است.»
    این پلتفرم جدید الکترونیکی مولکولی برهمکنش‌های مولکولی چند-امیکی را در مقیاس تک مولکولی و به‌صورت لحظه‌ای تشخیص می‌دهد. این پلتفرم آرایه وسیعی از مولکول‌های کاوشگر ارائه می‌دهد که شامل دی.ان.ای، آپتامرها، آنتی‌بادی‌ها، آنتی‌ژن‌ها هستند و همچنین فعالیت آنزیم‌های مربوط به تشخیص و تعیین توالی را شامل می‌شود، مانند آنزیم  CRISPR Cas که به دی.ان.ای هدف متصل می‌شود.
    این خصوصیات باعث می‌شوند این کاوشگرها گسترده وسیعی از کاربردها را داشته باشند، مانند پتانسیل آزمایش سریع‌تر بیماری کوید، کشف مواد مخدر در بدن و بررسی ساختار و عملکرد پروتئین‌ها (proteomics).
    این حسگر الکترونیکی مولکولی همچنین قادر است توالی دی.ان.ای را تشخیص دهد. در این حسگر یک دی.ان.ای پلیمراز (DNA polymerase) در مدار ادغام شده است که آنزیمی است که دی.ان.ای را کپی می‌کند و در نتیجه مشاهده الکترونیکی و حرف‌ به حرف عملکرد این آنزیم در هنگام کپی کردن یک قطعه دی‌.ان.ای ممکن می‌شود.
    برخلاف سایر فناوری‌هایی که توالی‌ها را جستجو می‌کنند و بر معیارهای غیرمستقیم فعالیت پلیمراز متکی هستند، این رویکرد قادر است مشاهده مستقیم و لحظه‌ای آنزیم دی.ان.ای پلیمراز حاوی نوکلئوتیدها را محقق کند. سیگنال‌های این فعالیت‌ها را می‌توان به کمک الگوریتم‌های یادگیری ماشینی تجزیه و تحلیل کرد تا امکان خواندن دنباله فراهم شود.
    پروفسور جورج چرچ (George Church) عضور اکادمی ملی علوم و عضو کمیته مشاوره علمی شرکت Roswell می‌گوید: «حسگرهای توالی‌یابی این شرکت چهره‌ای جدید و بی‌واسطه از فعالیت‌ پلیمراز ارائه می‌دهند که پتانسیل پیشرفت فناوری توالی‌یابی به‌صورت سریع‌تر و با هزینه بیشتر را در خود دارد.
«این تراشه که فوق‌العاده مقیاس‌پذیر است، امکان توالی‌یابی در شرایط توزیع بسیار بالا را در جهت کنترل سلامت اشخاص و حفاظت از محیط زیست فراهم می‌کند و می‌توان در برنامه‌های بسیار کاربردی مانند ذخیره‌سازی داده‌های دی.ان.ای در مقیاس اگزایابت از آن استفاده کرد.»
منبع: electronicsforu

مجتمع فنی تهران