Une équipe fait la démonstration de capteurs électroniques moléculaires sur une puce semi-conductrice


puce semi-conductrice

Crédit : Pixabay/CC0 Domaine public

La première puce électronique moléculaire a été développée, réalisant un objectif vieux de 50 ans consistant à intégrer des molécules uniques dans des circuits pour atteindre les limites d’échelle ultimes de la loi de Moore. Développée par Roswell Biotechnologies et une multidisciplinaire de scientifiques universitaires de premier plan, la puce utilise des molécules uniques comme éléments de détection à usage général dans un circuit pour créer un biocapteur programmable avec une sensibilité à une seule molécule en temps réel et une évolutivité illimitée de la densité de pixels du capteur. Cette innovation, présentée dans un article évalué par des pairs dans le Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS), entraînera des avancées dans divers domaines basés essentiellement sur l’ des interactions moléculaires, y compris la découverte de médicaments, le diagnostic, le séquençage de l’ADN et la protéomique.

« La biologie fonctionne en faisant en sorte que les molécules individuelles se parlent, mais nos méthodes de mesure existantes ne peuvent pas le voir », a déclaré le co-auteur Jim Tour, Ph.D., professeur de chimie à l’Université Rice et pionnier dans le domaine de la biologie moléculaire. électronique. « Les présentés dans cette publication nous permettent, pour la première fois, d’écouter cette communication moléculaire et permettent ainsi une vision nouvelle et significative de l’information biologique. »

La plate-forme d’électronique moléculaire consiste en une puce semi-conductrice programmable avec une architecture de réseau de capteurs évolutive. Chaque élément du réseau se compose d’un ampèremètre électrique qui surveille le courant circulant dans un fil moléculaire de précision assemblé pour couvrir des nanoélectrodes qui le couplent directement dans le circuit. Le capteur est programmé en fixant la molécule de sonde souhaitée au fil moléculaire par l’intermédiaire d’un site de conjugaison central conçu. Le courant observé fournit une lecture électronique directe en temps réel des interactions moléculaires de la sonde. Ces mesures de courant en fonction du temps à l’échelle du picoampère sont lues sous forme numérique à partir du réseau de capteurs à une de 1000 images par seconde pour acquérir des données d’interaction moléculaire avec une résolution, une précision et un débit élevés.







Roswell CSO Barry Merriman discute de la puce électronique moléculaire détaillée dans l’article PNAS. Crédit photo : Frank Rogozienski / Roswell Biotechnologies

« Le but de ce travail est de placer la biodétection sur une technologique idéale pour l’avenir de la médecine de précision et du bien-être personnel », a ajouté Barry Merriman, Ph.D., co-fondateur et directeur scientifique de Roswell, l’auteur principal de la publication, ajouter. « Pour ce faire, la technologie des biocapteurs doit non seulement être installée sur la puce, mais de la bonne manière, avec le bon type de capteur. Nous avons pré-rétréci l’élément de détection au niveau moléculaire pour créer une plate-forme de biodétection qui offre un tout nouveau type de mesure en temps réel d’une seule molécule avec une feuille de route de mise à l’échelle illimitée à long terme pour des tests plus petits, plus rapides et moins chers et instruments. »

La nouvelle plate-forme d’électronique moléculaire détecte en temps réel les interactions moléculaires avec plusieurs présages au niveau de la molécule unique. la PNAS présente une large gamme de molécules sondes, y compris l’ADN, les aptamères, les anticorps et les antigènes, ainsi que l’activité des enzymes pertinentes pour le diagnostic et le séquençage, y compris une enzyme CRISPR-Cas qui se lie à son ADN cible. Il illustre un large éventail d’applications pour de telles sondes, y compris le potentiel de tests COVID rapides, la découverte de médicaments et la protéomique.







Carl Fuller, chef du Research Innovation Laboratory de Roswell, discute de la nouvelle vision des interactions moléculaires décrites dans l’article PNAS. Crédit photo : Frank Rogozienski / Roswell Biotechnologies

L’article présente également un capteur électronique moléculaire capable de lire des séquences d’ADN. Dans ce capteur, une ADN polymérase, l’enzyme qui copie l’ADN, est intégrée dans le circuit et le résultat est une observation électrique directe de l’action de cette enzyme lorsqu’elle copie un morceau d’ADN lettre par lettre. Contrairement à d’autres technologies de séquençage qui reposent sur des mesures indirectes de l’activité polymérase, cette approche permet une observation directe en temps réel d’une enzyme ADN polymérase contenant des nucléotides. L’article illustre comment ces signaux d’activité peuvent être analysés à l’aide d’algorithmes d’apprentissage automatique pour permettre la lecture de la séquence.

« Le capteur de séquençage de Roswell offre une nouvelle vision directe de l’activité de la polymérase avec le potentiel de faire progresser la technologie de séquençage de plusieurs ordres de grandeur en termes de vitesse et de coût », a déclaré le professeur George Church, co-auteur de la publication et membre du National Academy of Sciences et membre du Roswell Scientific Advisory Board. « Cette puce ultra-évolutive ouvre la possibilité d’un séquençage hautement distribué pour la surveillance de la santé personnelle ou de l’environnement et de futures applications à très haut débit telles que le stockage de données ADN à l’échelle de l’exaoctet. »


Développement de « membrane cellulaire FET (lipid FET) » pour la sensibilité des biocapteurs


Plus d’information:
Capteurs d’électronique moléculaire sur une puce semi-conductrice évolutive : une plate-forme pour la mesure d’une seule molécule de la cinétique de liaison et de l’activité enzymatique, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2112812119.

Fourni par Roswell Biotechnologies

Devis: Team Demonstrates Molecular Electronics Sensors on a Semiconductor Chip (24 janvier 2022) Extrait le 24 janvier 2022 de https://phys.org/news/2022-01-team-molecular-electronics-sensors-semiconductor.html

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