Исследователи из Национального Института Стандартов и Технологий США (NIST) модифицировали микрокапиллярные технологии, научившись с их помощью получать микрокапли, содержащие лишь одну интересующую исследователей молекулу. Новая система может позволить изучение химических реакций между отдельными молекулами.

Карлос Лопес-Марискал (Carlos López-Mariscal) и Кристиан Хелмерсон (Kristian Helmerson) разработали новое микрокапиллярное устройство, по каналу которого может протекать вода. Поток воды зажат в капилляре, образованном смесью неполярных органических соединений, оказывающих на текущую жидкость давление. Капилляр сужается, и, попадая в зону сужения, вода распадается на мелкие капли, в которых может быть растворено исследуемое вещество.

Полученные таким образом капли однородны по размеру, который может быть задан за счет изменения ширины, как основного капилляра, так и его сужающегося участка. Методика позволила исследователям получать капли, диаметр которых составляет менее микрометра, а объем – менее аттолитра (10^–18 л).

С помощью лазерных лучей (оптический пинцет) можно перемещать капли, заставляя две или три капли, содержащие по одной молекуле, сливаться, чтобы затем наблюдать за «элементарной» реакцией. Для проверки концепции метода исследователи смешивали капли, содержавшие флуоресцирующие молекулы, излучающие цвет с различной волны, однако в будущем они планируют изучать более интересные процессы – взаимодействие антиген-антитело или хромосома-лекарство.

Новая «пипетка», разработанная в NIST. Вода течет по микрокапилляру с шириной около 35 мкм, после чего попадает в сужающуюся часть, в которой разбивается на капли. Изменение ширины капилляров позволяет регулировать размеры капель и «заполнять» эти капли исследуемыми молекулами, поддерживая их желаемую концентрацию, особенности настройки позволяет с вероятностью 99% сделать так, чтобы в каждой капле содержалось по одной молекуле

Видео всего процесса доступно здесь.

Комбинация нового микрокаппилярного метода с оптическим пинцетом (optical tweezers), способным осуществлять направленное слияние отдельных капель, в результате чего их содержимое сможет реагировать, может привести к созданию компактного интегрированного устройства для получения о строении, функциях и реакционной способности биологически активных соединений – белков и нуклеиновых кислот.