Nanogap integrated pores for multimodal biomolecular sensing
- Reference number
- SIP21-0068
- Project leader
- Niklaus, Frank
- Start and end dates
- 221101-271031
- Amount granted
- 3 125 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Detecting and identifying biomolecules such as DNA, RNA, and proteins at the single molecule level has important applications across all branches of biology and medicine. Therefore, new sensing technologies which can achieve this resolution are highly sought after. Solid-state nanopores (ssNPs) have emerged as powerful electrical devices for detecting biomolecules at the single molecule level. The addition of optical sensing modalities to ssNPs is recently gaining traction, as it permits carrying out more specific biosensing, thus complementing the ssNP electrical signals. To enhance the spatial resolution and sensitivity of the optical signals plasmonic ssNPs have been proposed, but their routine fabrication, particularly at the nanometer-scale, remains to date highly challenging. Here we address this challenge by a new approach combining our scalable plasmonic nanogap fabrication on suspended membranes, with rapid liquid phase ssNP formation. We will demonstrate the unique capabilities of our new devices using multimodal sensing in multiple assays consisting of fluorescently labelled DNA and protein molecules. To achieve this, we bring together world-leading complementary expertise on nanogaps, ssNPs and single molecule assays from Israel and Sweden. If successful, we expect our devices to achieve an order of magnitude higher optical spatial sensing resolution compared to the state of art and apply them to assays of high importance in the field of genomics and proteomics.
Popular science description
Att upptäcka och identifiera biomolekyler som DNA, RNA och proteiner på enstaka molekylnivå har viktiga tillämpningar inom alla grenar av biologi och medicin. Tillgången till tekniker för avkänning av enstaka molekyler kommer att främja personlig medicin, inklusive diagnostik baserad på kroppsvätskor ("liquid biopsy") och bidra till klinisk och preklinisk forskning som är kärnan i modern medicin, vilket kommer att resultera i betydande vetenskapliga och ekonomiska effekter och enorma fördelar för samhället. Solid-state nanopores (ssNPs) har dykt upp som kraftfulla sensorer för elektrisk detektering av biomolekyler på enstaka molekylnivå. Tillägget av optiska avkänningsmodaliteter till solid-state nanopores har nyligen fått dragkraft, eftersom det tillåter att utföra mer specifika detektering av biomolekyler, och på så sätt kompletterar de elektriska ssNP-signalerna. För att förbättra upplösningen och känsligheten hos de optiska signalerna har plasmoniska solid-state nanopores föreslagits, men deras tillverkning, särskilt på nanometerskala, är fortfarande mycket utmanande. Här tar vi oss an denna utmaning genom ett nytt tillvägagångssätt som kombinerar vår skalbara tillverkning av plasmoniska nanogap på suspenderade membran, och snabb laserstödd ssNP-tillverkning. Vi kommer att demonstrera de unika egenskaperna hos våra nya sensorer med multimodal avkänning i flera analyser bestående av fluorescensmärkta DNA- och proteinmolekyler. För att uppnå detta samlar vi världsledande kompletterande expertis på nanogaps, solid-state nanopores och singelmolekylanalyser från Israel och Sverige. Om vi lyckas förväntar vi oss att våra sensorer ska uppnå en storleksordning högre optisk avkänningsupplösning jämfört med den senaste tekniken och tillämpa dem på analyser av stor betydelse inom genomik och proteomik.