Label-free single biomolecule analysis with nanopores
- Reference number
- ID25-0058
- Project leader
- Dahlin, Andreas
- Start and end dates
- 260101-301231
- Amount granted
- 3 250 000 SEK
- Administrative organization
- Chalmers University of Technology
- Research area
- Life Science Technology
Summary
Analysis of biomolecular interactions is central to molecular biology and the pharmaceutical industry. Ideally, such measurements should go beyond simple determination of affinity and kinetics at the ensemble level. To resolve molecular mechanisms, it must be possible to analyze single molecules, preferably in a label-free manner. Interferometric scattering (iScat) is a newly established technique capable of “weighing” single molecules by light (Refeyn). However, interactions cannot be detected in real-time and single molecule diffusivity cannot be measured with existing instruments. Also, smaller molecules (peptides, oligonucleotides etc.) are difficult to detect. These limitations have led to an interest in implementing the iScat principle on nanostructures. For instance, an interesting method based on nanochannels was recently developed at Chalmers. Here we propose to implement the iScat detection principle on nanopores. This will enable several practical advantages and interesting combinations with other sensor technologies. In particular, since a nanopore is smaller than a diffraction limited focal spot of light, it will be possible to implement confocal microscopy and fast photodetectors for analyzing intensity changes with high resolution. We believe this will make it possible to detect smaller molecules as well as interactions between individual molecules in real-time. The new method will be evaluated on therapeutic agents currently under development at AstraZeneca.
Popular science description
För att förstå hur biologi fungerar på molekylär nivå, samt hur läkemedel utövar sin verkan, behöver vi kunna studera i detalj hur molekyler i kroppen interagerar med varandra. Det är dock väldigt svårt att analysera detta direkt inuti kroppen eftersom det finns så många andra molekyler närvarande och eftersom man inte kan manipulera det levande systemet hur som helst och fortfarande hålla det vid liv. Läkemedelsindustrin använder ofta metoder som tittar på interaktioner mellan medicinskt viktiga biologiska molekyler i en kontrollerad artificiell miljö för att upptäcka nya läkemedel och förstå hur etablerade läkemedel fungerar i detalj. Helst av allt vill man kunna detektera enskilda biologiska molekyler och deras interaktioner med varandra. Vanligtvis kräver detta att fluorescenta markörer introduceras på molekylerna, men detta leder till flera problem. Det finns dock nya metoder som kan detektera enstaka molekyler utan markörer och dessa är således av stort intresse för läkemdelsindustrin. I det här projektet planerar vi att utveckla en ny sådan metod som baseras på nanostrukturer och ljus. Liknande metoder har redan påvisat att man kan detektera enstaka molekyler på detta sätt, men i det här projektet ska en ny sorts nanostrukturer användas. Detta möjliggör andra mättekniker och bör leda till bättre möjligheter att detektera ännu mindre molekyler samt interaktioner mellan enstaka molekyler i realtid. Detta kommer att vara till stor hjälp för molekylärbiologi generellt och för läkemedelsutveckling i synnerhet.