納米孔傳感技術的應用研究意義非凡

納米孔傳感技術的應用研究意義非凡
20世紀90年代中期，一種新興的分析手段—納米孔傳感技術開始發(fā)展。如今，納米孔傳感技術已經成為化學和生物領域里一種新型的、重要的、潛力的分析檢測手段。中國科學院納米生物效應與安全性重點實驗室吳海臣的研究正是圍繞該領域開展的。“納米孔能夠應用在DNA測序研究，單分子檢測，單分子化學反應及蛋白質折疊等領域中，具有廣闊的應用前景和巨大的潛在價值。”吳海臣介紹說。
吳海臣，2001年獲得北京大學有機化學專業(yè)碩士學位，2002年~2005年在英國劍橋大學攻讀有機化學專業(yè)博士，2005年~2008年在英國牛津大學進行化學生物學博士后研究。2009年初加入中國科學院納米生物效應與安全性重點實驗室，主要圍繞納米孔單分子分析檢測開展研究，相關成果發(fā)表在Nature Nanotechnology， Nature Communications， JACS， Analytical Chemistry等*期刊上。
構建新型納米孔傳感器
納米孔傳感技術是zui近20年發(fā)展起來的一種嶄新技術。納米孔，顧名思義，指的是孔徑尺寸在納米尺度的孔道，通常為1~100納米。生物體內的水通道、離子通道等均屬于納米孔。
“其工作原理是在納米孔兩端施加一個外加電場，通過監(jiān)測電解液流經納米孔時的微弱電流（皮安級）信號變化—包括變化頻率、幅度和指紋性信號—來判斷穿越納米孔的離子或分子的濃度、帶電情況和結構特征等。”吳海臣介紹，“目前，基于納米孔的傳感器主要分為兩類，一類是生物源的蛋白納米孔家族，包括金黃色葡萄球菌α-溶血毒素、恥垢分枝桿菌毒素蛋白以及噬菌體phi29連接器馬達蛋白等；另一類是以人工材料制備的固態(tài)納米孔，包括無機的硅、氮化硅、石墨烯以及有機的高分子薄膜均可用來制備納米孔。由于這兩類納米孔各有優(yōu)缺點，科學家們一直致力于構建不同材料和性質的新型納米孔傳感器。”
吳海臣對納米孔的研究從博士后時就開始了，在牛津大學期間，吳海臣跟隨導師Hagan Bayley教授（英國*科學院院士，納米孔領域的建立者之一）進行納米孔研究?；貒笏l(fā)現，由于是新興領域，納米孔具有很大的研究空間和潛在價值，而國內研究的人很少。于是，他開始把納米孔單分子分析檢測技術作為自己的主要研究方向。
近幾年，在國家自然科學基金、科技部“973項目”和中科院的支持下，吳海臣團隊將直徑1~2nm，長度5~10nm的超短單壁碳納米管穩(wěn)定地插入到磷脂雙層膜中構建了一種新型基于超短碳納米管的納米孔傳感器。該項研究進一步推動了納米孔單分子檢測技術的發(fā)展，為碳納米管內腔的離子，分子的輸運行為研究提供了一個全新的實驗模型。相關成果發(fā)表在Nature Communications上。
意義重大，前景可期
作為新興領域，國內鮮有人研究，那么，納米孔技術有著怎樣的應用前景？是否值得我們投入精力？
納米孔目前zui重大的應用是DNA測序研究。*代基因測序方法歷時12年、耗資數十億美元，高昂的時間和經濟成本令人望而生畏。如今將納米孔運用到DNA測序，大大節(jié)約了測序成本。“我的博士后導師正在開展此項研究，目前已研制出樣機，檢測一個人的基因組DNA僅需1000美元左右。這是一項非?？上驳倪M展。”吳海臣說。
與此同時，吳海臣坦言，目前國內納米孔領域的研究水平與國外相比，差距還很大，不過他相信，隨著時間的推移以及科研人員的不懈努力，國內也可以做得很好。而他和團隊后續(xù)的工作仍將圍繞納米孔的分析和檢測開展。“在今后的研究中，我們將一方面完善納米孔傳感技術本身，一方面跟其他技術相結合發(fā)展新技術。先做好基礎研究，再逐漸地功能化，將其應用到DNA測序、癌癥的早期檢測、環(huán)境檢測等方面，爭取能夠更好地與國家重大需求結合。”吳海臣信心滿滿地說，“盡管目前在實際樣品檢測中應用尚少，但隨著納米孔檢測體系的不斷完善以及與其他傳感技術的交叉融合，在未來的10年內納米孔傳感技術將迎來一個高速發(fā)展的黃金期。”
納米孔傳感技術的應用研究意義非凡