香港中文大学袁武 / 何浩培教授团队论文 “Angular-inertia regulated stable and nanoscale sensing of single molecules using nanopore-in-a-tube” 发表于国际知名期刊《Advanced Materials》！
论文作者：Jianxin Yang（杨剑鑫，第一作者）, Tianle Pan（潘天乐）, Tong Liu（刘通）, Chuanbin Mao（毛传斌）, Ho-Pui Ho*（何浩培）, Wu Yuan* （袁武）
导言
本研究提出了一种管内纳米孔（NIAT）设备，能够将电流信号检测与分子迁移解耦，并提供单分子通过纳米孔的精确角动量-动能迁移，从而确保高信噪比（SNR）的稳定信号读取。具体而言，采用10 nm分辨率制造的漏斗形硅纳米孔被放置在离心管中。我们利用光诱导光伏效应实现了纳米孔中电动动力效应的平衡状态。通过控制惯性角和离心速度，我们有效地利用角惯性力来高精度调节迁移过程。因此，我们能够调整分子在纳米孔内外的速度和轨迹，实现可控且高信噪比的电流信号。数值模拟揭示了惯性角在实现均匀迁移轨迹和增强分析物-纳米孔相互作用中的决定性作用。该设备的性能通过区分1.6 nm尺寸差异的刚性金纳米颗粒和1.3 nm尺寸差异及柔性聚乙烯醇分子微小刚度变化得到了验证。
研究问题
本项研究解决了几个关键研究问题，包括如何设计一款管内角惯性驱动的纳米孔设备来控制分子在纳米孔中的迁移速度和轨迹，能有效降低电流信号的变异系数，以提高传感的准确性。文中作者还探讨了基于湿法氧化方法有效调控金字塔纳米孔尺寸的制备精度。
研究方法
在这项工作中，研究人员通过自主开发的光伏蚀刻停止辅助各向异性化学蚀刻技术实现了微米厚的单晶硅晶片上制造了方底漏斗状纳米孔（FSN）。然后，将角度可调的 10 纳米孔集成到离心管中，并通过将分子转位与电泳力分离来实现角惯性-动力学转位，实现对电流阻塞信号的无线测量。此外，通过光调节保持纳米孔内分子电泳和电渗效应的平衡状态，实现转位事件的频率、停留时间和电流幅度的调节。
主要成果
首先，该选择性调节 纳米孔内分子转运的策略实现了受控的分子易位速度和轨迹，也增强了电流阻塞信号的稳定性。当在 FSN 装置中使用大于 30° 的惯性角感测尺寸为 4.5±0.4 nm 的 AuNP 时，所得停留时间和电流幅度的 变异系数约为 0.05。此外，该设备 能够以 1.6 nm 和 1.3 nm 的分辨率分别对不同金纳米颗粒 和 柔性聚乙烯醇分子进行纳米级尺寸识别，以及区分不同盐浓度下 柔性分子的细微刚度变化。
潜在影响
该装置具有已证实的信号稳定性和高分辨率识别能力，有可能实现纳米级单分子的精确检测。此外，通过新策略准确识别链状分子的尺寸和刚度变化，可能有助于准确检测生物标志物的构象变化，并同时识别多种类型的无标记生物标志物，即蛋白质、miRNA 和 cfDNA。此外，使用硅纳米孔和广泛使用的离心机有望减少纳米孔分析的周转时间和相关成本。简而言之，惯性动力学转位技术提供的增强可控性表明该设备在精确的单分子指纹识别方面具有巨大的潜力。
论文选图
角惯性驱动纳米孔传感金纳米颗粒概览 （图片版权属于原作者和Wiley）
通过角惯性驱动方法识别金纳米颗粒尺寸（图片版权属于原作者和Wiley）
通过角惯性驱动方法传感聚乙烯醇分子的尺寸和刚度（图片版权属于原作者和Wiley）
引用：Yang, J., Pan, T., Liu, T., Mao, C., Ho, H,-P, and Yuan, W. Angular-inertia regulated stable and nanoscale sensing of single molecules using nanopore-in-a-tube. Adv. Mater. 2024, 2400018.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202400018
【香港中文大学袁武教授课题组】
香港中文大学智能生物医学成像实验室（http://www.bme.cuhk.edu.hk/yuan）拥有一支跨学科的研究团队。ABI实验室的研究重点是开发：
1. 高分辨率内窥镜成像和传感技术，
2. 机器人内窥镜检查和胶囊机器人，
3. 眼科OCT和视网膜成像，
4. 人工智能辅助医学图像分析，
5. 纳米孔。
ABI实验室目前正在光学成像和传感、机器人内窥镜检查和医学图像分析等领域寻找多名研究助理、博士生和博士后研究员。学者们将有机会与一个具有光学、机器人、成像/传感、人工智能和医学背景的临床医生和研究人员组成的跨学科团队合作。有兴趣的候选人应直接联系Scott Yuan教授（wyuan@cuhk.edu.hk），并附上包含教育背景、工作经验、出版记录和2-3名推荐人的简历。
欢迎您关注我们的工作：
Commun. Eng. : 用于大规模生产超高分辨率光学相干性断层扫描微内窥镜的液体成型微透镜
