حسگری مبتنی بر نانوحفره ساخته شده که می‌تواند اطلاعاتی در مورد پروتئین‌های تاو و توبولین را ارائه دهد. پروتئین‌های تاو و توبولین یکی از دلایل اصلی بسیاری از بیماری‌های عصبی مانند آلزایمر و پارکینسون هستند. بیشتر پیشرفت بیماری‌های عصبی مربوط به تجمع این پروتئین‌ها در مغز است.
حسگر مبتنی بر نانوحفره برای مطالعه پروتئین‌ها ساخته شد
جییال لی، استاد فیزیک در دانشگاه آرکانزاس، با الهام از فعالیت‌های یکی از دانشجویان دکترا که می خواست پروتئین‌های تاو و توبولین را بررسی کند، یک دستگاه سنجش مبتنی بر نانوحفره سیلیکونی ایجاد کرد.
این دستگاه اطلاعات حجم در مولکول‌های پروتئین تاو و توبولین و حالت‌های تجمع آن‌ها در سطح تک مولکول در محیط بومی این پروتئین‌ها را ارائه می‌دهد.
برای ایجاد این حسگر، این تیم بررسی کرد که چگونه پروتئین‌ها جریان و ولتاژ را از طریق یک سیستم نانوحفره‌ای تغییر می‌دهند.
قانون اهم فیزیک دستگاه نانوحفره را قادر می‌سازد مولکول‌های پروتئین را حس کنند. یک حفره کوچک از ۶ تا ۳۰ نانومتر در یک غشای نیترید سیلیکون نازک ساخته شده و توسط یک بستر سیلیکون پشتیبانی می‌شود. هنگامی‌که آن را در یون‌های نمکی در محلول قرار دهید، با استفاده از ولتاژ برق، جریان یون‌ها از طریق نانوحفره هدایت می‌شود. این به نوبه خود، جریان یونی حفره باز را ایجاد می‌کند.
هنگامی که یک مولکول پروتئین بارگذاری شده که اغلب هزاران بار بزرگتر از یون‌ها است، در نزدیکی نانوحفره قرار می‌گیرد، به داخل نانوحفره رانده می‌شود و جریان برخی یون‌ها را مسدود می‌کند. این کار باعث می شود جریان منافذ باز از بین برود.
لی گفت: «میزان جریان تولید شده توسط یک مولکول پروتئین متناسب با حجم یا اندازه و شکل پروتئین است. این بدان معنی است که اگر پروتئین A به پروتئین B متصل شود، آن‌ها باعث افت جریان متناسب با حجم A+B می‌شوند و یک پروتئین تجمیع شده افت جریان بالایی را ایجاد می‌کند.»
این به لی و گروه وی اجازه می‌دهد تا پروتئین و تجمع پروتئین را در یک دستگاه نانوحفره بررسی کنند. مقدار زمانی که یک پروتئین در یک نانوحفره باقی می‌ماند، به طور معکوس متناسب با بار آن است، که این موضوع نیز اطلاعات مفیدی در مورد یک مولکول پروتئین ارائه می‌دهد.
لی می‌گوید: «مطالعه ما نشان می‌دهد که یک دستگاه نانوحفره نیترید سیلیکون می‌تواند اطلاعات حجم مولکول‌های پروتئین تاو و توبولین و تجمع آن‌ها را در شرایط بیولوژیکی مختلف اندازه‌گیری کند و این درک بهتری از روند تجمع پروتئین و همچنین تهیه داروها یا سایر روش‌های درمانی به ما می‌دهد.»
وی گفت: «با استفاده از دستگاه نانوذرات حالت جامد، به همراه سایر ابزارهای فناوری نانو ما قصد داریم مکانیسم تجمع پروتئین را در شرایط بیولوژیکی مختلف مانند دما، pH و غلظت نمک به طور منظم بررسی کنیم.»
