研究人員在大阪市立大學與國際合作者的幫助下，報道稱他們已經(jīng)開發(fā)出一種納米流體裝置，能夠隨機地捕獲單個蛋白質(zhì)，并在其自然高濃度下進行數(shù)字檢測。這一進展有望為個性化疾病預防和治療奠定基礎。

科學家們在《Small》雜志上發(fā)表了他們的研究成果《納米流體適配體納米陣列實現(xiàn)正常濃度下隨機捕獲單個蛋白質(zhì)》。

研究人員寫道：“單分子實驗能夠揭示傳統(tǒng)集合平均測量所隱藏的分子行為和特性的多樣性、隨機性和異質(zhì)性，因此在各個領域具有重要意義和重大影響。盡管單分子實驗在超低濃度下取得了重大突破，但在自然生物分子過程中以正常濃度捕獲溶液中的單個分子仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。”

研究人員展示了一種高密度、良好定義的納米流體適配體納米陣列（NANa），該陣列通過在納米通道中以納米金納米圖案的方式自組裝設計良好的適配體分子，具有特異性地捕獲目標蛋白質(zhì)（例如血小板源性生長因子BB；PDGF-BB），并在優(yōu)化的納米流體條件下形成均勻的蛋白質(zhì)納米陣列。

隨機捕獲單個PDGF-BB分子

“由于這些基本特性，納米流體適配體納米陣列能夠按泊松分布統(tǒng)計原理，以與單個細胞等量的超小體積樣品中，隨機地捕獲單個PDGF-BB分子，形成易于尋址的單蛋白質(zhì)納米陣列。這種方法提供了一種超越大多數(shù)傳統(tǒng)單分子實驗方法中的濃度和體積限制的單蛋白質(zhì)捕獲的方法和裝置，從而開辟了一條探索個體生物分子行為的道路，這在迄今為止還未得到廣泛探索?！?/p>

精準醫(yī)學的核心是準確測量單個細胞中的基因和蛋白質(zhì)等生物分子。然而，直到現(xiàn)在，還沒有工具能夠同時處理單個細胞內(nèi)容的微小體積（通常為皮升級，即10^-12 L）并在高濃度的細胞環(huán)境中定量測定生物分子，研究人員表示。

該裝置被命名為納米流體適配體納米陣列（NANa），它是一種基于納米通道的芯片，設計用于在與單個細胞相當?shù)某◇w積樣品中，對個別分子進行數(shù)字檢測。使用稱為適配體的合成抗體，NANa能夠隨機地捕獲和數(shù)字檢測目標蛋白質(zhì)的單個分子，即使在高濃度的樣品中也可以實現(xiàn)。這些適配體與特定分子結合，并密集排列在裝置的納米通道中。

展望未來，科學家計劃在實際細胞樣品中進行實證演示，對獲得的測量數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理，并探索將基于人工智能的圖像識別技術和生物大數(shù)據(jù)集成的潛力。

大阪市立大學工學研究科副教授徐巖博士表示：“人類是由大量細胞組成的復雜有機體。我們希望NANa能夠?qū)€體細胞中生物分子數(shù)量的信息數(shù)字化，成為生命科學與信息科學之間的橋梁，為未來的精準醫(yī)學鋪平道路。”

通過這項研究，研究人員在納米流體裝置領域取得了重要突破，有望為個性化醫(yī)學領域的發(fā)展提供新的可能性。

編輯：周敏

排版：李麗