陈根：纳米孔生物传感器，精准识别单分子

文/陈根

单分子测量，对于探究生命的微观活动十分重要。但是，由于一些技术原因，测量单分子中的高能成分方法一直缺失。

在分子的测量中，所研究的分子需要在纳米孔中停留一段时间，时间范围从100万分之一秒到10万分之一秒不等。如果纳米孔以某种方式将分子固定在一个位置上，那么在这段时间内，大多数分子只能呆在纳米孔的小体积中。

这意味着纳米孔环境必须提供一定的屏障，例如增加静电力或改变纳米孔的形状来使分子难以逃脱。而突破屏障所需的最小能量因不同类型的分子而异，这就对生物传感器的高效性和准确性要求较高。

为此，科学家花费了30多年的时间研发了一款新型纳米孔生物传感器。

该传感器为脂质双分子层，包含一个直径约2纳米、被液体包围的微小孔。当溶解在液体中的离子通过纳米孔时会产生微小的电流，并且，当分子进入薄膜时其会部分阻碍电流的流动，从而起到识别特定分子大小和性质的作用。

另外，传统的测量需要在不同的温度下进行，而该传感器中的激光加热系统能够保证温度的调节在控制范围内。相较于传统测量方法需要30分钟甚至更长的时间，该传感器可以在不到2分钟的时间内完成测量。

在实验中，研究人员使用两个小肽展示了这种传感器。一种肽为血管紧张素，用于稳定血压；另一种肽为神经紧张素，帮助调节多巴胺，这些分子主要通过静电力跟纳米孔相互作用。

当研究人员将带带电物质的金纳米颗粒插入到纳米孔中，这种带电物质增强了跟分子之间的静电相互作用。这就帮助揭示了分子是如何跟纳米孔进行相互作用的，进而帮助科学家利用这些信息来确定检测分子的最佳策略。

目前，该研究已经发表在Science Advances上，未来，该传感器还将在检测癌症、标记疾病分子、评估药物方面发挥更多作用。

文章来源：《分子科学学报》 网址: http://www.fzkxxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0509/940.html