3D nano-sonde rade čuda • Vera Bashmakova • Znanstvena vijest o "Elementama" • Molekularna biologija, nanotehnologije

3D nano sondi rade čuda

3D senzorist nanotransistorskog polja koji se približava stanici (ja), prodiranje u ćeliju (II) i ostavljajući je (III). Slika iz članka u raspraviznanost

Membranski potencijal je najznačajnija karakteristika žive stanice, stoga je precizno mjerenje tog potencijala jedan od najpoželjnijih problema modernog biologije. Iako smo uspjeli postići nešto na ovom području, nažalost moramo priznati da svi postojeća mjerila, prvo, nemaju dovoljnu preciznost, a drugo, time uništavaju život ćelije koji vrlo potencijal svoje membrane može za promjenu. I tek nedavno u časopisu znanost Prikazan je članak koji predstavlja novu generaciju mjerača – sitni 3D-sonda temeljena na tranzistoru s poljem koji se sastoji od silikon nanovoda.

Shematski prikaz silikonskih nanoelektrijskih tranzistora u polju. S (izvor) – izvor, D (odvod) – odvod, nanoFET (tranzistor s nano-efektom polja) – nanotransistor polja. uvrh i niže dvije žice savijene pod kutem od 120 °, i sporedan – tri takva zavoja. gornji i srednji žica je pogodna za daljnji rad, jer su njihovi savjeti usmjereni u istom smjeru (cis-konfiguracija), i niže žica nije prikladna, jer se njegovi savjeti šire u različitim smjerovima (trans-konfiguracija), i jedan od njih će se neizbježno držati u staničnoj membrani. Plave mrlje uzgojeno s velikom količinom dopaina, i stoga njihova vodljivost je visoka u odnosu na ružičastom područjukoji se uzgaja s malom količinom nečistoća. Slika iz članka u raspraviznanost

Nano-tranzistorni polja idealni su za mjerenje membranskih potencijala, budući da su, prvo, prilično mali, a drugo vrlo osjetljivi na slabe struje. Ali – nažalost! – gotovo sve postojeće nano-sonde temeljene na njima izrađene su pomoću planarne tehnologije – to jest, tranzistori su zalijepljeni na podlogu i ne mogu se kretati. No, znanstvenici bi željeli stvoriti 3D sondu koja bi se mogla kretati, što bi moglo mjeriti membranski potencijal, ne od prvog raspoloživog, nego odabrane stanice, koja bi mogla do kraja kretati do ćelije – što se, dovraga, ne šali ! – mogao istražiti cijele trodimenzionalne mobilne mreže.

Međutim, stvaranje takve sonde dugo je ostalo samo san – prvenstveno zato što veličina nanotransistora polja određuje prvenstveno veličina odvoda i izvora, a nije bilo jasno kako ih učiniti vrlo malim.

Sve se promijenilo kad su ustanovili da će, ako se tlak reagense promijeni dok raste silikonske nanocijevi (vidi nanowire), žica bi bila savijena pod kutom od 120 °. Pokazalo se da je ovaj kut ponovljiv, tj. Da se proizvodnja takve savijene žice može staviti u struju. Znanstvenici sa Sveučilišta Harvard uzeli su ovu sitnu krivudavu žicu kao temelj svoje nevjerojatne 3D sonde.

Kut od 120 ° je previše dosadan, a nezgodno je raditi s njom. Stoga su prva stvar koju su znanstvenici naučili izvesti žicu, savijeni pod kutom od 60 ° i 0 °. Da biste to učinili, najprije je potrebno stvoriti žice ne s jednim, već s dvije ili tri zavoja, i zatim odaberite one s kojih savjeti imaju cis konfiguraciju, odnosno rotirani su u istom smjeru. Pokazalo se da je manja udaljenost između dviju zavoja, češće se dobiva cis-žica. Otkrivajući ovo, znanstvenici su mogli dobiti pravilno zakrivljene žice u oko dvije trećine slučajeva.

Kada je tehnika uzgoja "ispravnih" žica bila dostatno obrijana, bilo je vrijeme za početak stvaranja tranzistora koji se temelji na njima. Za to, "ramena" žice, koja će igrati ulogu odvoda i izvora, istraživači su rasli s velikom količinom dopanata (vididoping), a područje u blizini samog zavoja, koja igra ulogu vrata i s kojom će tranzistor biti umočen u ćeliju, je s malom količinom. Kao rezultat toga, vodljivost u odvod i izvor u odnosu na vrata povećava, a područje vrata postaje posebno osjetljiva na najmanju promjenu potencijala.

Dobiveni tranzistori su bili premali da ih se manipulira, pa su ih znanstvenici "stavili" na posebnu noseću strukturu. Sada je bilo potrebno pripremiti sondu za sastanak s ćelijom. Da bi to postigli, površina tranzistora je premazana tankim slojem fosfolipida (oni su dio stanične membrane). Kao rezultat toga, kada se sonda odnosi na stanice pokrivaju fosfolipide s miješanim lipidnim čine membranu i prodiranje sonde u stanice održava gotovo bezbolan.

Uranjanje u kavez 3D nano sonde s fosfolipidnim lubrikantom. Tamno ljubičasto fosfolipidni slojevi su prikazani, roze – zemljište nanojaji s niskim sadržajem dopanata, svijetlo ljubičasta – nanowire zemljište s velikom količinom dopanata, i u plavoj boji citosol.Slika iz članka u raspraviznanost

Sada je bilo potrebno otkriti koliko dobro primljene sonde rade. Da bi to učinili, istraživači su proveli niz uspješnih eksperimenata. No, najljepši rezultati dobiveni su na stanicama srčanog mišića kokoši. Pokazalo se da sonda radi čuda: samo dodirivanje ćelije, mjeri potencijal na svojoj vanjskoj površini; zatim, počinju prodrijeti kroz membranu, mjeri i vanjski i unutarnji potencijal; i konačno, jednom unutar ćelije, oni pokazuju promjenu potencijala na unutarnjoj površini membrane. Istovremeno, osjetljivost sonde na najmanju moguću fluktuaciju je neuobičajeno visoka.

Ovi rezultati nisu jedinstveni, ali reproducibilni – što znači da imamo stabilan mjerni uređaj, izuzetno osjetljiv i iznimno bezopasan za stanicu. Najvjerojatnije će se u bliskoj budućnosti proizvoditi takve 3D sonde.

izvor: Bozhi Tian, ​​Tzahi Cohen-Karni, Quan Qing, Xiaojie Duan, Ping Xie, Charles M. Lieber. Trodimenzionalni, fleksibilni nanosmjerni tranzistor s terenskim učinkom kao lokalizirani bioprobe // znanost, 2010. V. 329, 830-834.

Vera Bashmakova


Like this post? Please share to your friends:

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