Sensores de electrónica molecular en un chip semiconductor escalable: Una plataforma para la medición de cinéticas de unión y actividad enzimática a nivel de molécula única

Durante casi 50 años, la visión de utilizar moléculas individuales en circuitos se ha considerado como la máxima miniaturización de los chips electrónicos. Aquí se presenta un ejemplo avanzado de dicho chip de electrónica molecular, con la importante distinción de que los elementos del circuito molecular desempeñan el papel de sensores de molécula única de uso general. El dispositivo consiste en un chip semiconductor con una arquitectura de matriz escalable. Cada elemento de la matriz contiene un cable molecular sintético ensamblado para abarcar nanoelectrodos en un circuito de monitoreo de corriente. Se utiliza un sitio de conjugación central para adjuntar una única molécula sonda que define el objetivo del sensor. El chip digitaliza la lectura de corriente a escala de picoamperios en función del tiempo resultante de cada elemento sensor de la matriz a una tasa de 1,000 fotogramas por segundo. Esto proporciona firmas eléctricas detalladas de las interacciones de moléculas individuales entre la sonda y los objetivos presentes en una muestra de prueba en fase de solución. Esta plataforma se utiliza para medir la cinética de interacción de moléculas individuales, sin el uso de etiquetas, de manera masivamente paralela. Para demostrar su amplia aplicabilidad, se presentan ejemplos de unión de moléculas sonda, incluyendo oligonucleótidos de ADN, aptámeros, anticuerpos y antígenos, así como la actividad de enzimas relevantes para diagnósticos y secuenciación, incluyendo una enzima CRISPR/Cas que se une a un ADN objetivo, y una enzima ADN polimerasa que incorpora nucleótidos mientras copia una plantilla de ADN. Todas estas aplicaciones se realizan con alta sensibilidad y resolución, en un dispositivo de chip semiconductor totalmente electrónico, manufacturable y escalable, llevando así el poder de los chips modernos a estas diversas áreas de biosensado.