引言
传统依赖电动力来实现分子跨膜的方法由于不可控的速度和低构象灵敏度而面临局限，导致电导信号不均匀。近日，《自然·通讯》报道了一项新的研究，旨在通过引入一种新颖的微金字塔硅纳米孔（MPSN）的惯性-动力跨膜方法来克服这些限制，解决了纳米孔分子传感领域中的关键挑战。论文的第一作者为香港中文大学生物医学工程学系的Jianxin Yang博士生，通讯作者为香港中文大学生物医学工程学系的Ho-Pui Ho教授以及Wu Yuan教授。
Yang, J., Pan, T., Xie, Z., Yuan, W., Ho H.P. In-tube micro-pyramidal silicon nanopore for inertial-kinetic sensing of single molecules. Nat Commun 15, 5132 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48630-5
研究问题和目标
本项研究的主要目标是开发一种调控分子跨膜的方法，以提高信号的稳定性和构象灵敏度。作者使用光伏电化学刻蚀停止技术制造了MPSN，该技术允许精确控制纳米孔的大小和形状。简单来说，该技术利用局部光电压及其由近场光辐射引发的反刻蚀效应，生成了具有高结构强度和可重复性的小于5nm的硅纳米孔。
研究方法
Yang等人开发了一种结合MPSN的新型管内装置来实现惯性-动力跨膜。通过在离心机中旋转该装置，研究人员利用离心力调控分子通过纳米孔的运动。该方法通过调整分析介质的pH值来平衡电泳和电渗力，从而实现蛋白质的受控跨膜。该装置能够记录具有长时间和可调控停留时间的稳定电流阻断信号，从而增强了构象灵敏度。
主要成就
本项研究的主要成果包括证明惯性-动力方法可以实现受控跨膜，从而实现稳定和灵敏的生物分子检测。同时，研究人员成功地创建了稳固而精确的纳米孔，并且管内装置有效地区分了分子构象，以高时间分辨率对分子反应进行检测。
潜在影响
我们可以看出，本项研究的潜在影响是十分显著的。单分子传感的精确度和效率的提高可以惠及分子诊断、环境监测和生化研究等领域。此外，将该技术整合到便携设备中，为各种应用中的实时现场分析提供了可能性。纳米孔制造和新型惯性-动力跨膜方法的进步可能为纳米孔技术的新应用和改进铺平道路。
结论
总之，Yang等人提出了一种新颖且有效的分子感应方法，表明微金字塔硅纳米孔的惯性-动力方法显著提高了生物分子检测的控制、稳定性和灵敏度。这项研究有望推进纳米孔技术领域的发展并增强其实际应用。
