Микрожидкостный чип превзошел электрофорез в делении ДНК

Разделение фрагментов ДНК широко применяется в молекулярной биологии, например, для измерения плазмид и анализа продуктов полимеразной цепной реакции (ПЦР). Как правило, с этой целью используется электрофорез. Метод заключается в следующем. В камеру с буферным раствором и электродами помещают гель с агарозой (полисахарид, рост содержания которого позволяет разделять молекулу на меньшие фрагменты), а затем — образец с ДНК и флуоресцентным красителем. Под действием электрического поля отрицательно заряженный сахарофосфатный остов двигает цепочки ДНК от катода к аноду. При этом скорость перемещения фрагментов отрицательно коррелирует с их длиной.

В результате ученые получают гель, на поверхности которого сконцентрированы идентичные по размеру (от нескольких десятков до нескольких тысяч пар оснований) фрагменты ДНК. Впоследствии они сравниваются с коммерчески доступными аналогами, длина которых известна. Несмотря на распространенность, метод электрофореза имеет ряд недостатков. В частности, разделение фрагментов с его помощью может занимать часы и, в случае крупных образцов, десятки часов. Чтобы ускорить и упростить процедуру, авторы новой работы создали микрожидкостный чип, состоящий из камеры размером 10x10 миллиметров с гелем и примыкающими к ней микроканалами (50 микрометров на 10 миллиметров).

В отличие от электрофореза, новая технология, помимо скорости движения, позволяет учитывать зависимость скорости переориентации фрагментов от их размера. В рамках испытаний авторы генерировали в перпендикулярных направлениях два переменных электрических поля. Соотношение их напряженности варьировалось в пределах 2,4–3. Частота поля подбиралась таким образом, чтобы ориентация молекул происходила в продольном направлении по зигзагообразной траектории. Это позволяло сильнее отклонять более короткие фрагменты. Таким образом, исследователям удалось разделить фрагменты разной длины — от 500 до 10 тысяч спаренных оснований: они поступали в соответствующие микроканалы.

По мнению ученых, представленный метод может значительно упростить и снизить расходы на подготовку к разделению фрагментов ДНК. Также микрожидкостный чип может быть масштабирован для применения в рамках электрофореза: в этом случае технология позволяет использовать вместо агарозы полиакриламидный гель. Последний помогает увеличить разрешение и является сравнительно недорогим, но из-за низкой плотности сейчас задействуется только в разделении небольших фрагментов — длиной в несколько десятков пар оснований. Кроме того, новый способ разделения занимает всего несколько минут и обеспечивает возможность одновременно очистить ДНК от побочных продуктов разделения.

Статья опубликована в журнале Microsystems and Nano Engineering.