A nanofluidic device for visualizing dynamic biopolymer interactions «in vitro»

As biological physics develops at the level of single-molecule studies, new tools are required to make observations at micrometer and nanometer scales. Many methods have been developed in the past decade offering unprecedented control and resolution at these lengthscales - for example, novel fluorescent techniques such as fluorescence resonance energy transfer (FRET) probe nanoscale interactions, and optical tweezers or atomic force microscopy (AFM) measure forces with exquisite sensitivity. However, the ability to simultaneously control and measure molecules at this scale remains a great challenge, often requiring physical restraint of molecules on a surface or other limiting modifications. Towards realizing new experimental regimes allowing control and measurement of less-constrained molecules, we present a novel micro- and nanofluidic device for controlling and visualizing DNA interactions. A previously-developed method for confining DNA into nanochannels, Convex Lens-induced Confinement (CLiC), is modified with fabricated structures allowing dynamic exchange of small reagents during confinement. Use of this device is demonstrated through a series of vignette experiments. First, we present a series of experiments examining the interaction between DNA complexed with the fluorescent dye YOYO-1 and buffer solutions with varying ionic strength. We find evidence for different fluorescent binding modes by simultaneously measuring polymer length and fluorescent intensity as the molecules react to the ionic strength change in real time. We follow with short preliminary studies observing dynamic compaction by a cationic surfactant and cleavage by several restriction enzymes. We then present an application of this device in which we use a binding agent to selectively deposit stretched DNA onto a silica surface, potentially useful for examining DNA samples under higher-resolution microscopes such as AFM or SEM.À mesure que la physique biologique se développe au niveau des études de molécules uniques, de nouveaux outils sont nécessaires pour effectuer des observations au micromètre et des échelles nanométriques. De nombreuses méthodes ont été développées au cours de la dernière décennie et offrent un contrôle et une résolution sans précédent à ces échelles de longueur. Par exemple, de nouvelles techniques fluorescentes telles que les interactions nanoscopiques de la sonde de transfert de l'énergie de résonance de fluorescence (FRET) et les microscopies à force atomique (AFM) avec une Sensibilité exquise. Cependant, la capacité de contrôler et de mesurer simultanément des molécules à cette échelle reste un grand défi, nécessitant souvent une immobilisation physique des molécules sur une surface ou d'autres modifications limitantes. En vue de réaliser de nouveaux régimes expérimentaux permettant le contrôle et la mesure de molécules moins contraintes, nous présentons un nouveau dispositif micro et nanofluidique pour contrôler et visualiser les interactions ADN. Une méthode développée précédemment pour confiner l'ADN dans des nanochannels, Confinement Convexe Lentille-induit (CLiC), est modifiée avec des structures fabriquées permettant un échange dynamique de petits réactifs pendant la contrainte. L'utilisation de ce dispositif est démontrée par une série d'expériences de vignette. Premièrement, nous présentons une série d'expériences examinant l'interaction entre l'ADN complexé avec le colorant fluorescent YOYO-1 et des solutions médiateurs avec une force ionique variable. Nous trouvons des preuves de différents modes de liaison fluorescente en mesurant simultanément la longueur du polymère et l'intensité fluorescente lorsque les molécules réagissent au changement de force ionique en temps réel. Nous suivons avec de courtes études préliminaires observant le compactage dynamique par un tensioactif cationique et le clivage par plusieurs enzymes de restriction. On présente ensuite une application de cette appareil dans lequel on utilise un agent liant pour déposer sélectivement de l'ADN étiré sur une surface de silice, potentiellement utile pour examiner des échantillons d'ADN sous des microscopes à résolution plus élevée tels que AFM ou SEM