Нанолестница для сортировки наночастиц и биомолекул
Новейший прибор для разделения по размерам взвешенных в жидкости наночастиц и крупных биомолекул создали специалисты из Национального института стандартов и технологии (NIST) и университета Корнелла (Cornell University). Причём разработка, несмотря на то, что является следующей ступенькой развития нанотехнологий, проста в изготовлении.
Схематическое изображение созданной американцами «лестницы». Зелёным обозначены разделённые молекулы ДНК, пояснения ниже в тексте (иллюстрация NIST-Cornell).
Устройства, которые были бы способны разделять наночастицы и даже отдельные молекулы по размеру, создаются в течение последних нескольких лет. И данная отрасль всё ещё находится на стадии раннего развития.
Обычно для этих целей используют многослойную фотолитографию. Процесс похож на создание интегральных схем: на кремниевой или стеклянной пластине в несколько этапов вытравливается разветвлённая сеть прямоугольных каналов (чаще всего одной и той же глубины, что значительно ограничивает их функциональность).
В данном случае группа исследователей из NIST использовала одноступенчатый процесс. На поверхность фоторезистора накладывается трафарет, который пропускает только определённое количество света. Затем «лишнее» вещество вымывают травлением, и образуется многоуровневая поверхность. В результате получается полость, часть которой напоминает лестницу из 30 ступеней.
На рисунке показана ступенчатая структура устройства: за счёт интерференции света каждая ступень окрашена в свой цвет (фото NIST).
Принцип разделения частиц следующий: жидкость проходит от самого широкого (620 нанометров) до самого узкого (10 нанометров) места. «Толкает» её электрическое поле, заставляя взвешенные в жидкости частицы взбираться всё выше по лестнице. Ясно, что выше могут двигаться только те из них, что проходят по размеру следующей «ступени». Те же, что не способны подниматься дальше, остаются на последней доступной им площадке.
Чтобы убедиться, что устройство работает, учёные прогнали по лестнице два раствора, содержащих полистирольные сферы диаметром 100 нанометров или молекулы ДНК вируса размером около 20 микрометров, помеченные флуоресцентными маркерами.
С помощью микроскопа учёные определили, что в первом случае осталось пустовать пространство, где «ширина» ступеней была менее 100 нанометров. Во втором случае свёрнутые молекулы ДНК заняли более широкие области, те же из них, что развернулись, смогли занять и более узкие «щели».
На верхней микрофотографии видно, что все полистирольные сферы остановились на границе 100 нанометров (вид на устройство сверху). Внизу: свёрнутая и развёрнутая нити ДНК разошлись в пространстве, так как различаются по «толщине» и вторая способна уйти глубже (фото NIST-Cornell).
На данный момент учёные пытаются разделить и изучить смеси частиц различных размеров. «Наноразделители» необходимы науке по одной простой причине: отдельные молекулы невозможно «взять» даже самыми маленькими в мире щипцами. А между тем современной химии, биологии и медицине подобные возможности крайне необходимы для анализа ДНК, белковых структур и токсичных соединений, для разработки методов точной доставки лекарств и генной терапии.
Один из авторов данной работы, Сэмюэль Ставис (Samuel Stavis) из NIST, считает, что подобную технологию можно использовать для создания и более сложных устройств и рельефов (изогнутых, например).
Подробнее о новой технологии читайте в пресс-релизе NIST и статье в журнале Nanotechnology.
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru по материалам «Мембраны»
10.04.2009