近日，來(lái)自MIT的研究人員通過(guò)對(duì)碳納米管進(jìn)行改造，成功研發(fā)了可檢測(cè)單個(gè)蛋白質(zhì)分子的新型傳感器。據(jù)團(tuán)隊(duì)介紹，當(dāng)細(xì)胞群，甚至是單個(gè)細(xì)胞分泌蛋白質(zhì)時(shí)，這一碳納米管都能夠檢測(cè)出來(lái)。

在各種科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)中，蛋白質(zhì)的檢測(cè)都是非常重要的一環(huán)，例如病毒感染情況跟蹤、食物污染檢測(cè)以及對(duì)細(xì)胞蛋白質(zhì)生產(chǎn)情況的觀察等等，而且在這些情況下，蛋白質(zhì)產(chǎn)生的數(shù)量都非常少，因此需要更加精密的檢測(cè)工具才能完成。

MIT碳化學(xué)工程教授MichaelStrano表示，“我們希望用這種新型的傳感器來(lái)尋找‘干草堆里的針頭’。這種傳感器陣列是目前我們能做到的最敏感的分子感測(cè)系統(tǒng)。另外，你還可以對(duì)這一系統(tǒng)進(jìn)行功能化，觀察到與這些蛋白質(zhì)結(jié)合的單分子的隨機(jī)波動(dòng)。”

在研發(fā)出這種碳納米管之前，Strano的實(shí)驗(yàn)室還曾經(jīng)研發(fā)過(guò)可檢測(cè)其他類(lèi)型分子的傳感器，而且這些傳感器都是基于對(duì)碳納米管的修改而制作的。這些由碳制成的納米厚的圓柱體，當(dāng)暴露于激光時(shí)，可以自然地發(fā)熒光。為了將這些納米管變成傳感器，Strano的實(shí)驗(yàn)室用DNA、蛋白質(zhì)或可以結(jié)合特定靶標(biāo)的其他分子涂覆在它們表層。當(dāng)與靶分子結(jié)合時(shí)，納米管就會(huì)以可測(cè)量的方式發(fā)生變化。

這種碳納米管傳感器的關(guān)鍵研發(fā)障礙，就在于這種附著于納米管表層的DNA鏈——適體。要將適體黏著在納米管上，同時(shí)還要保證它們可以和靶標(biāo)成功結(jié)合，就需要一種特殊的粘合劑。在研發(fā)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)在適體和靶標(biāo)之間添加了一種特殊的“間隔”序列，讓納米管上每個(gè)區(qū)域的分子都能夠自由地執(zhí)行其自身的功能。

為了監(jiān)測(cè)單細(xì)胞的蛋白質(zhì)生產(chǎn)，研究人員在顯微鏡載玻片上設(shè)置了一系列傳感器。當(dāng)單個(gè)細(xì)菌、人體細(xì)胞或酵母細(xì)胞置于這些傳感器陣列上時(shí)，傳感器可以檢測(cè)細(xì)胞何時(shí)分泌靶蛋白的分子。

“這樣的納米傳感器陣列沒(méi)有檢測(cè)極限，”Strano說(shuō)道，“他們具備看見(jiàn)單個(gè)分子的能力。”

然而，被檢測(cè)的分子越少，感知它們需要的時(shí)間越長(zhǎng)。隨著分子變得越來(lái)越稀少，檢測(cè)可能需要無(wú)限的時(shí)間，Strano表示。

本篇論文的主要作者是前MIT的博士后MarkitaLandry，現(xiàn)在是加州大學(xué)伯克利分校的助理教授。其他作者還包括研究科學(xué)家HirokiAndo，前研究生AllenChen，博士后JicongCao和JuyaoDong，電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)副教授TimothyLu，哈佛大學(xué)的VishalKottadiel，以及加州大學(xué)伯克利分校的LindaChio和DarwinYang。