Sensores de eletrônica molecular em um chip semicondutor escalável: uma plataforma para medição de cinética de ligação e atividade enzimática de moléculas únicas

Há quase 50 anos, a visão de usar moléculas únicas em circuitos tem sido vista como a miniaturização definitiva de chips eletrônicos. Um exemplo avançado de tal chip de eletrônica molecular é apresentado aqui, com a importante distinção de que os elementos do circuito molecular desempenham o papel de sensores de moléculas únicas de uso geral. O dispositivo consiste em um chip semicondutor com uma arquitetura de matriz escalável. Cada elemento da matriz contém um fio molecular sintético montado para atravessar nanoeletrodos em um circuito de monitoramento de corrente. Um local de conjugação central é usado para anexar uma única molécula sonda que define o alvo do sensor. O chip digitaliza a corrente resultante em escala picoampères versus tempo de cada elemento do sensor da matriz a uma taxa de 1.000 quadros por segundo. Isso fornece assinaturas elétricas detalhadas das interações entre a molécula sonda e os alvos presentes em uma amostra de teste em fase de solução. Esta plataforma é utilizada para medir a cinética de interação de moléculas únicas, sem o uso de marcadores, de maneira massivamente paralela. Para demonstrar a ampla aplicabilidade, são mostrados exemplos de ligação de moléculas sonda, incluindo oligonucleotídeos de DNA, aptâmeros, anticorpos e antígenos, bem como a atividade de enzimas relevantes para diagnósticos e sequenciamento, incluindo uma enzima CRISPR/Cas ligando um DNA alvo, e uma enzima DNA polimerase incorporando nucleotídeos enquanto copia um molde de DNA. Todas essas aplicações são realizadas com alta sensibilidade e resolução, em um dispositivo de chip semicondutor totalmente eletrônico, manufaturável e escalável, trazendo assim o poder dos chips modernos para essas diversas áreas de biossensores.