DNA Origami in the Quest for Membrane Piercing.
基于纳米孔的技术显著扩展了无标记单分子传感、核酸（DNA、RNA和蛋白质）测序及其他生物技术应用的工具库。目前，生物来源、固态制备、混合型以及新近化学合成的类离子通道等多种纳米孔，已被用于生物分子的快速单分子传感和诊断应用。在数百纳米尺度上，DNA纳米技术，尤其是DNA折纸器件，能够组装复杂且动态的三维纳米结构，包括尺寸和形状可精确...
Fast Fabrication of Solid-State Nanopores for DNA Molecule Analysis.
固态纳米孔是单分子分析的重要工具，但控制介电击穿（CDB）制备单孔仍存在成孔时间长、易产生多孔等问题。本研究在CDB前对SiNx膜进行空气等离子体处理，使成孔时间缩短数个数量级，并降低击穿电压；2–7 V范围内可稳定制备亚10 nm单孔，3 V双极方波可在10 min内将孔径扩至>30 nm且未形成额外孔。λ-DNA转位实验验证了孔...
Multiplexed DNA Identification Using Site Specific dCas9 Barcodes and Nanopore Sensing.
在双链DNA上添加dCas9条码以识别特征短序列，为快速、高特异性分析DNA样本提供了全基因组测序之外的替代方案。固态纳米孔传感器尤其适合此类单分子传感，因为能够解析DNA分子离子电流特征中的模式。本文系统展示了利用高特异性dCas9探针在DNA上构建独特条码，并通过纳米孔传感器读出。单个dCas9探针可靶向长度达48 kbp的DN...
Volume discrimination of nanoparticles via electrical trapping using nanopores.
电泳捕获尺寸大于孔径的颗粒于固态纳米孔是单颗粒分析的有效方法，可结合后续电学或光学测量。本文报道将纳米孔电捕获方法与跨膜离子电流测量相结合，实现按体积区分纳米颗粒。作者研究了被电泳牵引至孔口的纳米颗粒部分阻塞孔道时的离子输运行为，发现不同尺寸颗粒引起的电流阻遏幅度存在明显差异。多物理场模拟表明，在颗粒表面电荷相近时，颗粒体积对离子电...
Increased dwell time and occurrence of dsDNA translocation events through solid state nanopores by LiCl concentration gradients.
固态纳米孔生物传感器具有成本低、通量高、可单分子检测生物分子且孔径可调等优势，但其向诊断工具转化受限于数据采集系统对快速DNA跨孔事件的检测灵敏度不足。为减缓DNA跨孔速度，常采用不同介质或改变实验参数；在实验离子溶液中施加KCl浓度梯度已被证明可延长驻留时间并提高DNA捕获率。作者前期工作表明，LiCl溶液可通过阳离子与DNA相互...
A Solid-State Hard Microfluidic-Nanopore Biosensor with Multilayer Fluidics and On-Chip Bioassay/Purification Chamber.
固态纳米孔是用于核酸和蛋白质表征的新兴生物传感器，但临床应用需要样品制备与纯化、流体处理、加热、电噪声隔离和电读出等外部模块，限制了其向即时诊断设备转化。本文报道一种独立式微流控固态纳米孔器件，将生物检测反应/纯化腔与固态纳米孔传感器集成于同一芯片。器件采用耐高温、耐溶剂的Zeonex环烯烃聚合物（COP）塑料，通过微加工和热键合制...
Recent Progress in Solid-State Nanopores.
固态纳米孔因可在单分子水平高灵敏检测核酸和蛋白质，被视为下一代DNA测序工具和单分子生物传感器平台。与蛋白纳米孔相比，固态纳米孔具有可加工性好、器件稳健、孔径尺寸灵活可调等优势，但空间和时间分辨率仍不足以直接用于DNA测序。本文首先总结固态纳米孔的基本原理，重点阐述电阻脉冲传感机制：在跨膜偏压下，带电生物分子逐个通过纳米孔并部分阻断...
Hydrogen Peroxide Sensing Based on Inner Surfaces Modification of Solid-State Nanopore.
分子检测技术中，固态纳米孔在溶液中检测分子具有高通量、低成本和结构简单的潜力。本研究构建了一种固态纳米孔平台用于检测过氧化氢（H2O2）。H2O2既是无标记产物，也是氧化还原反应的重要参与者。作者利用聚焦镓离子束在100 nm氮化硅（Si3N4）薄膜上制备直径约50 nm的纳米孔，并通过碳二亚胺偶联化学将辣根过氧化物酶（HRP）固定...
Light-Enhancing Plasmonic-Nanopore Biosensor for Superior Single-Molecule Detection.
本文报道一种用于单分子检测的等离激元纳米井-纳米孔（PNW-NP）生物传感器。固态纳米孔单分子荧光检测常受膜光致发光和背景荧光干扰，且荧光团驻留时间短。作者将约4 nm固态纳米孔钻入自由悬空氮化硅（SiNx）膜中，并在膜上制备130 nm金膜中的亚波长等离激元纳米井（PNW）。金层可阻挡入射光激发cis侧分子，使背景几乎不随染料浓度...
Electrically Tunable Quenching of DNA Fluctuations in Biased Solid-State Nanopores.
纳米孔可作为检测单链/双链DNA及DNA-蛋白复合物等生物纳米材料的传感器。为提高单分子灵敏度，需要控制生物分子在孔内的运动。本研究针对双链DNA（dsDNA），通过分子动力学模拟考察电偏置金属膜中固态纳米孔内DNA的构象涨落。模拟显示，在正偏压下DNA热涨落明显降低，负偏压仅带来可忽略的稳定作用；正偏压的稳定源于带负电DNA骨架与...
Selective protein detection with a dsLNA-functionalized nanopore.
近年来，纳米孔技术越来越多地用于生物分子检测与分析，研究重点已从核酸转向蛋白质及DNA-蛋白质复合物的分析。本文报道了一种经化学功能化的固态纳米孔，用于识别核因子κB（NF-κB）蛋白。NF-κB参与多种疾病和炎症过程，其鉴定对预后应用具有重要意义。作者证明，可以电学检测NF-κB家族蛋白p50与通过共价键连接在聚焦离子束（FIB）...
Label-free optical detection of biomolecular translocation through nanopore arrays.
近年来，纳米孔因能以无标记方式在亚飞摩尔水平检测生物分子，成为极具前景的单分子传感器。开发高通量纳米孔生物传感器需要对多个纳米孔进行并行测量，但电学检测要求每个纳米孔电路相互独立，需要复杂微流控和嵌入式电极。本文提出一种光学方法，可同时测量固态纳米孔阵列中各孔的离子电流，且无需额外加工步骤。原理实验表明，利用该阵列可同时光学检测并表...
Size and functional tuning of solid state nanopores by chemical functionalization.
本文报道了一种基于气相硅烷化的简单功能化方法，用于调控固态纳米孔的尺寸与传感功能。通过改变3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）气相处理时间，可调节硅烷在纳米孔表面的沉积与自聚厚度，从而改变后续寡核苷酸探针接枝效率，使初始约80 nm的纳米孔有效孔径按目标尺寸缩小，并赋予其对互补DNA序列的选择性识别能力。SEM、STEM和离子电流...
Solid-state nanopores for biosensing with submolecular resolution.
生物细胞膜含有多种1–100 nm的离子通道和跨膜孔，对细胞功能至关重要。1976年，Neher和Sakmann利用膜片钳技术证明单个通道可被电学探测。自20世纪90年代以来，该工作启发了蛋白纳米孔或固态纳米孔作为廉价、超快传感器用于检测DNA、RNA和蛋白质等生物分子，尤其聚焦DNA测序。固态纳米孔的优势在于孔径可按被测物定制，并...
"DNA-Dressed NAnopore" for complementary sequence detection.
纳米孔单分子电学传感是生物分析与诊断领域快速发展的方向，其核心原理是利用分子在纳米通道中电泳迁移所引起的电导调制。本文报道了一类新型选择性生物传感器器件“DNA-Dressed NAnopore”（DNA2），该器件基于初始尺寸较大的固态纳米孔，并通过 DNA 分子功能化实现孔径缩小与选择性激活。作者利用聚焦离子束在自由支撑氮化硅膜...
Electrical characterization of DNA-functionalized solid state nanopores for bio-sensing.
本文报道了一类基于生物功能化固态纳米孔的生物传感器器件的电学表征。器件以聚焦离子束在 20 nm 厚氮化硅膜上制备的 20–60 nm 纳米孔为通道，通过硅烷化、异硫氰酸酯交联和氨基修饰 DNA 连接，将单链 DNA 或双链锁核酸探针固定于孔壁。功能化使较大孔径缩小至适合单分子传感的尺寸，并赋予选择性识别能力，无需额外沉积金属、氧化...
An ON/OFF biosensor based on blockade of ionic current passing through a solid-state nanopore.
单纳米孔因可用于生物传感而受到关注。传统方法通常测量分析物穿过纳米孔时引起的瞬态离子电流阻断，但此类事件持续时间短，需要复杂且昂贵的设备，不利于常规检测。本文提出一种基于氮化硅膜中单个纳米孔的新型生物传感概念：利用两种锚定连接的DNA分子在孔内形成跨孔杂交体，实现对离子电流的稳定阻断；当分子识别事件改变DNA杂交体结构时，孔道打开并...