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单纳米孔传感器分析研究进展 ／战胜鑫等 ·l3 · 单纳米孔传感器分析研究进展 战胜鑫，张晓辉，王 娜 ，杨晓蕊 ，郭 明 (大连大学环境与化学工程学院，大连 116622) 摘要 综述 了单纳米孔传感器中的生物纳米孔和固态纳米孔的研究现状，重点介绍了 a-HL溶血素孔、生物 纳米孔及人工固态纳米孔传感器的制备，以及单纳米孔传感器在单分子检澳l和DNA测序方面的应用进展 ，并展望 了该领域的发展趋势和应用前景。 关键词 纳米孔 a～HL溶血素 膜片钳 单分子检测 单纳米孔传感器 RecentDevelopmentofSingleNanoporeSensors ZHAN Shengxin，ZHANG Xiaohui，WANG Na，YANG Xiaorui，GUO M ing (CollegeofEnvironmentalandChemicalEngineering，DalianUniversity，Dalian116622) Abstract Theresearchstatusofthebiologicalnanometerholesandthesolidnanoporearereviewed．The。rHI hemolysinhole，preparationofbiologicalnanoporesandartificialsolid-statenanoporesensoraswellasdetectingof singlemoleculeanddeterminationoftheDNA sequencingarefocusedon．Thedevelopmenttrendsandapplicationpros— pectarediscussedtoo． Keywords nanopore，a—HLhemolysin，patchclamp，singlemoleculedetection，singlenanoporesensor 溶血素孔是一种七聚物孔，非常像蘑菇，其结构如图1(图中 0 引言 每条色带代表七聚物的原聚体)所示，总长约为 10nm，直径 单纳米孔在生物体内的膜上大量存在，可作为新陈代谢 为 1．4～4．6nm ，七聚物的原聚体的氨基顺时针和相邻原聚 的通道用于调控各种生物大分子的运输[1]，这种运输涉及到 体结合，其富含甘氨酸域的残基以接近180。角缠绕在七重轴 生物膜上的各种单纳米孔通道，这些生物通道对单纳米孔传 周围。在Cap区域，原聚体连接通过侧链一侧链相互作用、主 感器的研究有着非常重要的作用 。 链一主链相互作用 ，使得在 Stem 区域 Beta链形成 Beta网 DNA序列分析是现代生命科学研究的核心技术之一， 格 8l。 也是人类基因组工程的枢轴 。在 2O世纪9O年代，哈佛大学 的Branton实验室和剑桥大学的Bayley实验室都发表了单 链 DNA在电场作用下通过纳米孔通道的研究，并提出了纳 米孔DNA测序的设想口]。因为纳米孑L的直径很小，仅允 许单个核酸聚合物通过，所 以可以用多种方法来进行高通量 检测_4]，如 2010年 FelixO等介绍了加州大学研究人员与牛 津纳米孔技术有限公司合作发明的新一代电子单分子DNA 测序技术 ]。这些技术的核心都是单纳米孔传感器，所以单 — — — — — 一 100^————— 纳米孔传感器的研究和发展对化学、医学和生物学在纳米级 别研究离子和生物大分子具有重要意义。 图1 a-IlL溶血素蛋白的侧视 (a)和正视fb)图