納米孔傳感技術(shù)的應(yīng)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(shù)開始發(fā)展。如今，納米孔傳感技術(shù)已經(jīng)成為化學和生物領(lǐng)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(yīng)與安全性重點實驗室吳海臣的研究正是圍繞該領(lǐng)域開展的。“納米孔能夠應(yīng)用在DNA測序研究，單分子檢測，單分子化學反應(yīng)及蛋白質(zhì)折疊等領(lǐng)域中，具有廣闊的應(yīng)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(yīng)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(guān)成果發(fā)表在Nature Nanotechnology， Nature Communications， JACS， Analytical Chemistry等*期刊上。
構(gòu)建新型納米孔傳感器
納米孔傳感技術(shù)是zui近20年發(fā)展起來的一種嶄新技術(shù)。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(nèi)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(jīng)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(jié)構(gòu)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(gòu)建不同材料和性質(zhì)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(lǐng)域的建立者之一）進行納米孔研究?；貒笏l(fā)現(xiàn)，由于是新興領(lǐng)域，納米孔具有很大的研究空間和潛在價值，而國內(nèi)研究的人很少。于是，他開始把納米孔單分子分析檢測技術(shù)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(gòu)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(shù)的發(fā)展，為碳納米管內(nèi)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(guān)成果發(fā)表在Nature Communications上。
意義重大，前景可期
作為新興領(lǐng)域，國內(nèi)鮮有人研究，那么，納米孔技術(shù)有著怎樣的應(yīng)用前景？是否值得我們投入精力？
納米孔目前zui重大的應(yīng)用是DNA測序研究。*代基因測序方法歷時12年、耗資數(shù)十億美元，高昂的時間和經(jīng)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(nèi)納米孔領(lǐng)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(nèi)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(shù)本身，一方面跟其他技術(shù)相結(jié)合發(fā)展新技術(shù)。先做好基礎(chǔ)研究，再逐漸地功能化，將其應(yīng)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(jié)合。”吳海臣信心滿滿地說，“盡管目前在實際樣品檢測中應(yīng)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(shù)的交叉融合，在未來的10年內(nèi)納米孔傳感技術(shù)將迎來一個高速發(fā)展的黃金期。”
納米孔傳感技術(shù)的應(yīng)用研究意義非凡