多模式电化学单分子分析新技术研究

Nanopore-based single-molecule technique is the simplest and cheapest, yet highly sensitive electroanalytical method and has emerged as a popular tool for different applications including single-molecule sensing, biomolecular interaction, and DNA sequencing. However, limited detecting mode, uncontrolled molecular translocation and low molecular events, the lack of detectable signal, sensitivity and molecular specificity have largely hindered its further development. To meet the requirements, the work in this study is focused on developing a novel nanopore dielectrophoresis technology that deals with the related theory, technological principle, and detective method. The final target is to combine nanopore dielectrophoresis and electrophoresis for developing a multi-functional nanopore sensing platform with multi-mode measurement. Furthermore, we will show its applications in DNA sequencing and single-molecule analysis.

纳米通道单分子技术作为最简单、最廉价的电化学分析方法在单分子检测、生物分子相互 作用研究和无标记DNA测序等领域具有广阔的应用前景。然而，目前的测量方法信号单一、采集的信号和信息有限、不能有效地控制分析物穿孔速度和穿孔率、灵敏度低、选择性差，极大地限制 了该技术的应用。为了克服传统纳米通道单分子分析技术的瓶颈和拓宽其应用范围，本项目旨 在建立全新的纳米孔介电泳分析方法，实现纳米孔介电泳理论、原理和技术方法的全方位创新 ，建立介电泳/电泳多模式纳米孔单分子方法的组合，并开展其相应的应用研究，推动纳米孔 分析技术在DNA 测序和单分子分析领域的发展。

纳米孔道分析技术作为溶液中可快速单分子水平测量的技术已在在新一代 DNA 测序和单分 子检测中展示了巨大的应用价值和潜力，但测量信号和方法单一、不能有效地控制分析物穿孔速度和穿孔率、灵敏度低、选择性差等问题极 大地限制了其应用。本项目针对上述瓶颈问题，设计制备了多波形模式纳米孔道分析装置平台，可实现在线、原位和实时的自动程序化控制和纳米孔信号采集。完善和发展了纳米孔道体系介电泳/电泳理论及技术分析。并建立了脂质体信号放大系统的纳米孔单分子分析体系、仿生分子器件单分子分析体系、纳米孔双向脉冲生物传感器、HCR-纳米孔放大测量系统、分子钳仿生纳米孔单分子分析、聚合物仿生杂化膜嵌蛋白质纳米孔等多模式纳米孔电化学技术和方法。该项目极大地丰富了纳米孔技术的工具箱，也拓展了其应用领域。.本课题在 Anal. Chem., Chem. Commun., Biosensors and Bioelectronics等刊物发表论文8篇，培养博士和硕士研究生共18名。