2022-07-27 ハーバード大学
局所レベルでpHを制御する技術を開発し、プロトン量が他の溶液の平均よりも100～1000倍多いマイクロサイトを密集して形成することに成功した。
この半導体チップは、表面に256個の電気化学セルを備え、キノン分子の水溶液と直接インターフェースで接続されている。各セルは、2つの同心円状の金属リングを持つブルズアイのように見える。内側のリングから溶液に電流を流し、キノン分子から電気化学的にプロトンを発生させる。この局所的に発生したプロトンは拡散しようとするが、溶液から電流を引き込みキノン分子から塩基分子を電気化学的に生成する外側のリングの近くで中和される。こうして局所的に発生したプロトンは、ブルズアイの中心付近で捕捉され、pHが低下した酸性の微小環境となる。
＜関連情報＞
- https://www.seas.harvard.edu/news/2022/07/programming-ph
- https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm6815
CMOS電気化学式pHローカライザー・イメージャー CMOS electrochemical pH localizer-imager
Han Sae Jung,Woo-Bin Jung,Jun Wang ,Jeffrey Abbott ,Adrian Horgan ,Maxime Fournier ,Henry Hinton ,Young-Ha Hwang ,Xavier Godron ,Robert Nicol ,Hongkun Park,Donhee Ham
Science Advances Published:27 Jul 2022
DOI: 10.1126/sciadv.abm6815
Abstract
pH controls a large repertoire of chemical and biochemical processes in water. Densely arrayed pH microenvironments would parallelize these processes, enabling their high-throughput studies and applications. However, pH localization, let alone its arrayed realization, remains challenging because of fast diffusion of protons in water. Here, we demonstrate arrayed localizations of picoliter-scale aqueous acids, using a 256-electrochemical cell array defined on and operated by a complementary metal oxide semiconductor (CMOS)–integrated circuit. Each cell, comprising a concentric pair of cathode and anode with their current injections controlled with a sub-nanoampere resolution by the CMOS electronics, creates a local pH environment, or a pH “voxel,” via confined electrochemistry. The system also monitors the spatiotemporal pH profile across the array in real time for precision pH control. We highlight the utility of this CMOS pH localizer-imager for high-throughput tasks by parallelizing pH-gated molecular state encoding and pH-regulated enzymatic DNA elongation at any selected set of cells.
