组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
DNA 分子（DNA，如 λ-噬菌体 DNA、T2 DNA、DNA 片段）、RNA 分子（RNA）、蛋白质（proteins）；样品基质：缓冲液/水溶液/纳米通道内溶液
检测原理
纳米通道至少一维尺寸为 1–100 nm，与 DNA 尺寸相当。DNA 样品进入通道后，施加轴向电场或压力驱动电泳、电渗流和扩散。通道壁表面电荷形成双电层，电渗流呈塞状流动；双电层重叠时，离子在通道两端发生浓度极化，可预浓缩 DNA。DNA 受静电筛分、Ogston 筛分和熵捕获/回弹作用，不同长度、电荷或构象的 DNA 迁移速度不同，从而实现分离。若 DNA 带荧光标记，其位置、迁移和拉伸状态可由荧光显微镜或 CCD 读出；单通道纳米间隙器件中，DNA 通过间隙时改变垂直于骨架的电导，实现无标记实时检测；THz 透射利用 RNA 溶液在纳米通道中的窄谱特征进行无标记检测。信号随 DNA 长度、浓度、迁移时间和电导变化。
检测灵敏度
原文未报告 LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
综述指出，纳米通道芯片可实现 DNA 拉伸、分离、预浓缩与单分子检测。相比凝胶电泳，其孔尺寸更明确、机械性能更好，可借电场与通道尺寸精确控制分离。代表性结果包括：深纳米通道分离 48.5 kbp 与 1 kbp DNA；λ-DNA 在 20 nm 通道中拉伸；T2 DNA 在 50 nm 单通道中迁移；9 nm 通道以电渗流为主，75 nm 通道以电泳力为主；弹性体通道实现 13.6 μm DNA 拉伸。多孔通道还用于 THz 无标记检测 RNA，2D 纳米柱阵列可分离 DNA 与蛋白质。选择性、多重检测及实际样品现场分析仍是挑战。
传感器的构成
- 基底/换能器：硅（Si）、玻璃、熔融石英、PDMS、PMMA，用于形成纳米通道或集成电极
- 通道结构：平面/方形/深纳米通道、纳米柱阵列（post array），用于 DNA 拉伸、分离与检测
- 表面修饰层：SiO2 氧化层、纳米颗粒多层、溶胶-凝胶/介孔钛硅酸盐，用于调节表面电荷、亲水性与功能化
- 识别元件：无特异性识别元件（label-free），依靠 SiO2/纳米通道壁表面电荷与尺寸筛分 DNA
- 信号标记物：荧光染料（fluorescent dye）标记 DNA，用于荧光成像；纳米间隙电极（nanogap detector）用于电导检测
- 读出接口：荧光显微镜/CCD、纳米间隙电导仪、THz 透射光谱仪，用于记录 DNA/RNA 信号
中文摘要
随着纳米技术的发展，纳米通道制备取得显著进展。基于纳米通道结构的纳米流控生物芯片可实现生物分子传输、分离与检测，其典型应用是 DNA 拉伸与分离。本综述讨论了纳米通道结构的一般制备方法及其在 DNA 分析中的应用，代表性方法包括常规光刻、干涉光刻、电子束光刻、纳米压印光刻和聚合物纳米通道。文中还介绍了用于制备特殊纳米通道的其他纳米加工方法，包括亚 10 nm 纳米通道、单纳米通道和垂直纳米通道。这些纳米加工方法为构建用于纳米流控和生物传感器器件的纳米级通道结构提供了有效途径，可用于 DNA 分离、检测和传感。最后，文章讨论了纳米通道的广泛未来应用及发展方向。
英文摘要
With the development of nanotechnology, great progress has been made in the fabrication of nanochannels. Nanofluidic biochips based on nanochannel structures allow biomolecule transport, bioseparation, and biodetection. The domain applications of nanofluidic biochips with nanochannels are DNA stretching and separation. In this Review, the general fabrication methods for nanochannel structures and their applications in DNA analysis are discussed. These representative fabrication approaches include conventional photolithography, interference lithography, electron-beam lithography, nanoimprint lithography and polymer nanochannels. Other nanofabrication methods used to fabricate unique nanochannels, including sub-10-nm nanochannels, single nanochannels, and vertical nanochannels, are also mentioned. These nanofabrication methods provide an effective way to form nanoscale channel structures for nanofluidics and biosensor devices for DNA separation, detection, and sensing. The broad applications of nanochannels and future perspectives are also discussed.