《Science》子刊：北京大学在单分子检测领域取得重要进展

2014年诺贝尔化学奖颁给了三个物理学家：艾力克·贝齐格（Eric Betzig）、斯特凡·W·赫尔（Stefan W. Hell）和W·E·莫纳（W. E. Moerner），以表彰他们对于发展超分辨率荧光显微镜做出的卓越贡献。他们的突破性工作使光学显微技术进入了纳米尺度，从而使科学家们能够观察到活细胞中不同分子在纳米尺度上的运动。事实上，超分辨率的荧光技术由于能够满足人们在单分子层次上揭示组装基元/生物分子间相互作用的需求，能够提供隐藏在系综实验中的分子结构与功能之间的丰富信息，因而被广泛应用于单个相互作用事件的动力学研究。然而，传统的单分子荧光检测手段可能会遇到如下问题，如需要荧光标记、具有光漂白效应以及时间分辨率不足等。

针对这些问题，最近北京大学化学与分子工程学院郭雪峰（Xuefeng Guo）教授（点击查看介绍）课题组、美国西北大学J. Fraser Stoddart教授（2016年诺贝尔化学奖获得者，点击查看介绍）课题组和天津大学苏纪豪（Andrew C.-H. Sue）教授（点击查看介绍）课题组合作在《Science》子刊《Science Advances》上发表了题为《Complex formation dynamics in a single-molecule electronic device》的研究成果。他们以石墨烯基单分子器件为测试平台，将“分子机器”中最常见的轮烷分子连接在石墨烯电极之间，研究了轮烷与甲基紫精的主客体分子间的反应动力学。相比传统的研究主客体分子相互作用的研究手段如质谱和核磁技术等，石墨烯基分子器件具有无标记，实时监测的优点且不依赖大型测试仪器，该方法开启了单分子器件在分子反应动力学/单分子生物物理研究的新篇章，未来在揭示有机反应机理、发展精准分子诊断技术等方面具有潜在的应用。

此外，郭雪峰教授课题组在基于硅纳米线器件的单分子检测研究方向也取得重要进展，最近在《德国应用化学》杂志上发表了题为《Direct measurement of single-molecule DNA hybridization dynamics with single-base resolution》的研究工作。他们已在前期工作中通过结合微纳加工技术和界面化学修饰成功地构建了单分子生物传感器（Angew. Chem. Int. Ed., 2014, 53, 5038），希望能将该单分子检测技术延伸到单个生物分子间相互作用的研究中。为此目的，他们结合具有超快采样率和超高信噪比的锁相放大器，搭建出时间分辨率达到亚微秒级别的单分子电学测试平台。利用该平台进行测试，他们捕获到了用单个发卡状DNA分子修饰的硅纳米线生物传感器在PBS溶液中呈现出的双稳态震荡信号。通过一系列的温度梯度电学测试获得了单个DNA分子折叠与展开过程的热力学和动力学详细信息，这些信息与传统的光学手段测得的结果完全吻合，验证了该单分子电学检测平台的可靠性。更重要的是，依赖于该测试平台的高灵敏度和高时间分辨率，他们从实验上直接观察到了具有单个碱基对分辨率的杂交动力学过程，并提出动态拉链式模型来解释单碱基对逐一的杂交过程。该工作被审稿人称为是“Pioneering”的研究工作。

参考文献：

1. 该论文作者为：Huimin Wen, Wengang Li, Jiewei Chen, Gen He, Longhua Li, Mark A. Olson, Andrew C.-H. Sue, J. Fraser Stoddart, Xuefeng Guo

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

http://advances.sciencemag.org/content/2/11/e1601113

Complex formation dynamics in a single-molecule electronic device

Sci. Adv., 2016, 2, e1601113, DOI: 10.1126/sciadv.1601113

2. 该论文作者为：Gen He, Jie Li, Haina Ci, Chuanmin Qi, Xuefeng Guo

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201603038/full

Direct measurement of single-molecule DNA hybridization dynamics with single-base resolution

Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 9035-9040, DOI: 10.1002/anie.201603038

导师介绍

郭雪峰教授

http://www.x-mol.com/university/faculty/8666

J. Fraser Stoddart教授

http://www.x-mol.com/university/faculty/412

苏纪豪教授

http://www.x-mol.com/university/faculty/26794