DNA 测序变得如此普遍，很少有人意识到从生物样本中提取单个 DNA 分子是多么困难。加州大学河滨分校领导的研究使使用微型玻璃管和电流从血液等液体样本中检测和捕获 DNA 变得更加容易。Nanoscale杂志中描述的这项技术将来也可以改善癌症诊断。

DNA 是一种双链带电分子，包含生物体创造和组织生命组成部分所需的所有信息，它紧密折叠在细胞核内。从单个细胞中提取 DNA对许多医学和科学目的来说既耗时又不切实际。幸运的是，随着细胞自然死亡，它们的膜会破裂，释放出包括 DNA 在内的内容物。这意味着，例如，血液样本包含许多自由漂浮的 DNA 链，理论上，这些 DNA 应该更容易识别和大量提取。

然而，清除细胞废物的称为巨噬细胞的清道夫细胞会破坏大多数无细胞 DNA，使其在血液中的浓度较低。大多数捕获无细胞 DNA 的方法都需要昂贵的技术，在使用荧光染料帮助观察 DNA 之前，先将分子浓缩。

通讯作者 Kevin Freedman，加州大学河滨分校 Marlan and Rosemary Bourns 工程学院的生物工程助理教授，通过使用电荷将 DNA 样品直接导入玻璃管中，从而改善了低浓度 DNA 的检测和捕获。一个叫做纳米孔的小开口。纳米孔传感已成为不同医学和临床应用中一种快速、可靠且具有成本效益的诊断工具。

“我们知道，如果你在细胞膜上施加电压，离子会穿过细胞膜上的孔，”弗里德曼说。“DNA 也随着电场传播，我们可以用它来移动 DNA。”

研究人员将一个正极放在一个玻璃管内，该玻璃管有一个20 纳米宽的开口或孔——比 DNA 分子大一点，但太小而无法进入细胞。他们对纳米孔施加电势，将其浸入装有 DNA 样本和负电极的小瓶中。无细胞 DNA 进入孔隙并封闭它。当 DNA 通过孔时电流的变化使研究人员能够检测到它。

“这就像试图通过针拉面，”弗里德曼说。“要穿过毛孔，它必须几乎是完美的线性。”

研究人员持有孔隙的液体表面越近，它拾取的 DNA 就越多。

“令人惊讶的是，我们发现 DNA 会在液-气界面处积聚。如果有冷却层，DNA 会尝试前往较冷的位置，”弗里德曼说。“我们希望血液样本也是如此，因此可以使用相同的机制将 DNA 浓缩到表面附近。这不仅是有益的，而且这种纳米孔传感策略在表面附近表现出更高的信噪比也是。这真的是一个双赢的局面。”

通过一些改进，作者认为他们的纯电动技术可以帮助从单个血液样本中诊断出某些类型的癌症。除了 DNA，随着肿瘤的生长，囊泡也会释放到血流中。这些基于脂质的微型液滴可以被认为是与原始癌细胞相同的微型细胞，也可以通过纳米孔传感进行检测。

考虑到这种纯电技术的所有独特特征，纳米孔传感系统有可能在未来用作即时诊断测试评估。

这篇论文的标题是“测量液体-空气界面处捕获的 DNA 以增强单分子传感”。