基于纳米孔的传感装置探索神经退行性疾病

Tau蛋白和微管蛋白是许多神经退行性疾病(例如阿尔茨海默氏症和帕金森氏症)的两个主要原因。大多数神经退行性疾病的进展与这些蛋白质在大脑中的聚集有关。

阿肯色大学物理学教授JialiLi和她的团队受到一名想要探索tau蛋白和微管蛋白的博士生的启发，她的团队创造了一种特殊的基于氮化硅纳米孔的传感装置。

在《应用物理学杂志》中，MituAcharjee及其同事介绍了该设备，该设备旨在提供有关tau和微管蛋白分子的体积信息，以及它们在原生环境中单分子水平的聚集状态。

为了创建传感器，该团队探索了蛋白质如何改变流经纳米孔系统的电流和电压。

“欧姆定律是使纳米孔装置能够感知蛋白质分子的基本物理学，”李说。“一个6到30纳米的小孔是在薄的氮化硅膜上制成的，并由硅基板支撑。当将其放入含有盐离子的溶液中时，施加电压会驱动离子流过孔，或纳米孔。这反过来又会产生开孔离子电流。”

当一个带电的蛋白质分子——通常比离子大数千倍——靠近纳米孔时，它也会被驱赶到纳米孔中并阻止一些离子的流动。这导致开孔电流下降。

“蛋白质分子产生的电流下降量与蛋白质的体积或大小和形状成正比，”李说。“这意味着如果蛋白质A与蛋白质B结合，它们将导致与A+B的体积成比例的电流下降，而聚集的蛋白质A将导致大约数倍的电流下降。”

这让Li和她的团队能够观察纳米孔装置内的蛋白质结合和聚集。蛋白质在纳米孔中停留的时间与其电荷成反比，这也提供了有关蛋白质分子的有用信息。

“我们的研究表明，氮化硅纳米孔装置可以测量tau和微管蛋白分子的体积信息及其在不同生物条件下的聚集，这让我们更好地了解蛋白质聚集过程，以及开发药物或其他治疗方法治疗神经退行性疾病，”李说。

使用他们的固态纳米孔装置以及其他纳米技术工具，“我们计划系统地研究不同生物条件下蛋白质聚集的机制，例如温度、pH值和盐浓度，”她说。

文章“通过固态纳米孔法和原子力显微镜表征Tau和微管蛋白聚集”由MituC.Acharjee、HaopengLi、RyanRollings、BoMa、SteveTung和JialiLi撰写。它将出现在2023年1月10日的应用物理学杂志上。