基于DNA分子探针的纳米孔传感分析

纳米孔单通道技术是二十世纪九十年代中期在电生理学研究的基础上发展起来的新兴检测手段。纳米孔通常是指孔径尺寸在1-100纳米范围的孔道。当两个充满电解液的相互绝缘的隔室通过纳米级孔道连通，在外加电场作用下，溶液中的电解质离子定向迁移并穿过纳米孔从而产生电流，经膜片钳系统测量、放大和转换后被记录。当溶液中存在待检测物质时，该物质在扩散作用或电压驱动下穿越纳米孔，此时孔道内通过的离子数目由于待测物的占据而产生变化，从而导致记录到的电流发生改变。电流信号包含两个特征量：电流阻滞振幅（amplitude）和电流阻滞时间（dwell time），从中可以推断得出待测物的种类、带电情况、构象变化和分子组成等信息。

该技术起初主要应用于DNA分子的测序研究，近年来在其他领域如单分子检测，单分子化学反应及蛋白质折叠研究中也得到了迅猛发展。早期纳米孔单通道技术在分析检测中的应用大多基于两种策略：（i）通过蛋白质突变和化学修饰在纳米孔内部建立传感识别位点；（ii）通过分子适配器来进行辅助检测。近几年来纳米孔领域的科学家进一步丰富了纳米孔的检测策略，不再将DNA分子仅仅作为测序的研究对象，而是将它作为分子探针，通过DNA与待测物结合后产生的构象变化从而导致DNA穿越纳米孔产生的电流信号的变化来实现目标分子的检测。

中国科学院高能物理研究所吴海臣研究员（点击查看介绍）团队针对近期纳米孔传感研究中以DNA为探针，通过检测DNA-待测物形成的复合物穿越纳米孔的过程中产生特征电流信号的创新性研究工作做了详细总结。文中总结了六种可用于纳米孔传感检测研究的DNA与待测物之间的相互作用：（1）DNA和RNA的杂交；（2）DNA或RNA的适配体（aptamer）；（3）DNA和金属离子作用；（4）DNA与蛋白质的相互作用；（5）修饰抗原分子的DNA折纸（origami）载体；（6）主客体相互作用和DNA适配体相结合。由于DNA探针分子的巧妙利用，其目标检测物范围可涵盖从金属离子，有机小分子到RNA、蛋白质等生物大分子。随着纳米孔技术和DNA传感技术的发展，以DNA分子为探针的纳米孔技术必将在涉及DNA的生物过程中有更广泛和深入的应用前景。

该综述近期发表在《Angewandte Chemie International Edition》上，文章的第一作者是高能所的刘蕾副研究员。

该论文作者为：Lei Liu, Hai-Chen Wu

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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201604405/abstract

DNA-Based Nanopore Sensing

Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 15216-15222, DOI: 10.1002/anie.201604405

导师介绍

吴海臣研究员

http://www.x-mol.com/university/faculty/26807