单分子检测用纳米孔技术

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日益增长的需要更便宜、更快的检测工具对健康和环境监测促使新技术的发展,超越传统的方法在速度和成本。近年来,纳米孔传感技术已成为一个有前途的工具,快速、可靠和成本有效的方法用于单分子水平检测核酸和蛋白质生物标记物。纳米孔是一个很小的开口(通常直径纳米)在一个绝缘膜连接两个坦克装满电解质如。氯化钾。应用电压纳米孔允许离子电流的流动,就像电泳的过程。运动的高度带电分子电解质通过纳米孔称为易位。纳米孔的体系结构使它如此敏感,它可以准确地测量离子电流的变化(传递虽然)由一个分子。纳米多孔系统工作pricople库尔特计数器技术,很大程度上是探索检测DNA (DNA测序)。根据他们的起源、纳米孔通常分为两类:1。生物纳米孔,2。 Solid state nanopores. Biological nanopores present into lipid bilayers offer several advantages for single-molecular detection. Certain specific features of biological nanopores are as:1. Large numbers of biological nanopores with an atomic level of precision (and pore size with angstrom length scale) can be produced by cell, 2. Physical and chemical properties of the biological nanopore can be tailored by genetic manupulations for eg. Site-directed mutagenesis,3. Biological nanopores are remarkable heterogeneneous in terms of size and composition. Along with DNA sequencing the biological nanopores have tremendous potential for application in molecular diagnositcs and DNA finger printings. Regardless of the heterogeneity and incredible sensitivity of biological nanopores, they do suffer with some inherent disadvantages like: 1. Lipid bilayer that supports the nanopore are mechanically unstable, 2. Biological nanopores are sensitive of experimental setting such as pH, temperature and concentration of salt, 3. Integrating biological systems into large-scale arrays is very challenging.

与生物纳米孔克服相关问题,固态纳米孔技术即从固态纳米孔材料介绍了。固态nanopres由于其非常高的稳定性,更好地控制和通道长度、直径可调表面性质和潜在的集成到设备和数组显示明显的优势在他们的生物。蚀刻一个小孔成一个隔热层创建一个孔的方式在不同航线一直探索满足制造毛孔真正的纳米尺寸的挑战。狭窄的孔径角~ 1°的创建毛孔使这些非理想分布的易位。离子束雕刻SiO是另一种方法来创建单一的纳米孔₂和罪与真正的纳米控制为DNA易位的测量提供了一个起点。此外,电子束光刻技术加上蚀刻了可以创建孔隙与20 nm / Si,罪恶,或SiO₂膜。石墨烯膜也被用来创建纳米孔高希望DNA测序。回答一些基本问题与石墨烯纳米孔测序:1。singlenucleotide分辨率怎么可能在热力学波动和电噪音吗?2。将单个核苷酸的标识用离子电流的化学和结构相似性嘌呤(A和G)和嘧啶(C T) ?

混合biological-solid国家纳米孔已经发起协同使用两种类型的纳米孔的有用特性。选择性混合纳米孔(与固态纳米孔)已被使用特定develpoed识别和受体来唯一地标识核苷酸序列测序应用程序,或分化和量化目标蛋白在诊断应用程序。

纳米孔的潜力表明他们可能越来越重要的角色在医学诊断和DNA测序(在单分子水平上)在未来几年的激烈竞争的其他技术。生物纳米孔已经帮助解决许多挑战(核苷酸的移位速度高、缺乏特异性)测序。同样,进步与固态纳米孔,序列包含一百万个碱基分子可能在不到20分钟的移位速度降低到一个单核苷酸(~ 3长)每毫秒和具体识别独特的电子签名的单核苷酸(需要探索作为一个主要的目标),。此外,整个人类基因组的测序和50倍覆盖在不到一个小时是可能通过这种技术是否可以按比例缩小的一批100000纳米孔单独寻址操作并行执行。生物和固态纳米孔的正确组合将提供一个高效和快速的个性化的DNA测序工具以及基于纳米孔ultarsensitive传感器检测疾病的生物标志物在单分子水平上。