纳米孔生物分子检测研究

纳米孔单分子检测技术是一种集操作简单、灵敏度高、检测速度快、无需标记等优点的传感检测技术,广泛应用于蛋白质检测、基因测序和标志物检测等领域。基因测序的费用、灵敏度和精度是该检测技术的发展中亟待解决的主要问题,而开发新型的纳米孔材料则是解决这些问题的关键手段。本文从纳米孔材料的选择和设计角度出发,综述了三种不同的纳米孔,即蛋白质等生物纳米孔、固态纳米孔和新型二维材料纳米孔在生物分子检测方面的应用现状,并比较了生物纳米孔与固态纳米孔的差别。本文也重点阐述了二维材料纳米孔在生物分子检测中的实验和模拟研究进展。最后,对纳米孔检测技术的发展前景进行了展望。     

纳米材料在电化学生物传感器及生物电分析领域中的应用

纳米尺度上的生物分析化学是当今国际生物分析领域研究的前沿和热点.该文阐述了纳米粒子在电化学免疫传感器及电化学DNA传感器领域的应用,着重介绍了以纳米材料为载体设计新型的具有生物分子识别和电信号增强作用的纳米标记粒子在构建高灵敏电化学生物传感器以及多组分同时检测中的应用.     

生物纳米孔道技术在非基因测序方面的研究与应用

纳米孔道分析技术是一种低成本、快速、无需标记的单分子检测技术,仅有20多年的发展历史,在DNA单分子测序领域展示出较好的应用前景,现已有商业化的产品面世且趋于成熟.越来越多的研究表明,纳米孔可作为一个通用的单分子传感器.本文综述了生物纳米孔道分析技术对蛋白质、多肽和核酸等单个分子与孔道间相互作用、动力学和热力学过程的实时监测以及多种生物大分子和金属离子的定量检测等方面的研究进展.在纳米孔技术中,电化学检测系统也十分重要,本文还特别介绍了高带宽及超低电流分辨仪器和相关软件的相关进展.     

基于纳米材料的细胞释放生物信号分子电化学传感器的研究进展

电化学传感器已被证实是一种检测细胞释放信号分子的有效方法.纳米材料如碳纳米材料、金属纳米颗粒,以及纳米复合材料等因其独特性质在电化学分析技术方面应用广泛.本文综述了近年来基于纳米材料的电化学传感器用于检测细胞中释放的信号分子的研究进展,并展望了其发展方向.     

固相纳米孔对核酸组装的“免标记、均相”表征和应用探索

随着核酸自组装领域的飞速发展,除了作为遗传信息的载体外,核酸成为了一种具有高操作自由度和无限可能性的功能材料.基于核酸自组装原理的DNA纳米技术凭借其强大的可编辑性已经广泛应用于生物传感、纳米材料工程、医学诊疗以及分子计算机等领域.纳米孔作为一种新兴的单分子分析技术具有高分辨、高通量、免标记等特点,近年来在基因测序、分子物理化学性质分析等领域展示出了极大的应用潜力.作为一种新型高分辨表征技术,纳米孔已经在DNA纳米技术研究中崭露头角,被用于原位追踪和分析核酸分子的自组装行为.另一方面,DNA纳米技术也为纳米孔传感所面临的技术瓶颈提供了更多样化的解决思路,如借助功能核酸(Aptamer或DNAzyme)和无酶扩增核酸分子线路实现纳米孔对待测物的特异性增敏检测.本专论旨在通过对近期纳米孔技术与核酸自组装的跨领域研究成果进行系统性回顾,总结并展望纳米孔传感领域内核酸自组装的研究进展,以期为单分子生物分析、信息检索、基因分型和临床诊断等领域提供新思路和新方法.     

螺吡喃化合物在分析化学中的应用

螺吡喃作为一种有机光致变色化合物,能够发生无色闭环体螺吡喃与有色开环体部花菁之间可逆的结构异构化,由于具有特殊的分子识别能力和信号传导功能,已经成为分子探针领域极具吸引力的主体分子之一。螺吡喃不仅被广泛应用于光电材料领域作为分子器件,而且作为传感器广泛应用于分析化学领域。研究者们设计了多种具有不同结构的螺吡喃分子,将其应用于光化学和电化学传感领域。本文系统综述了螺吡喃化合物在分析化学领域的研究进展,包括螺吡喃作为光学探针在分子识别(对金属离子、阴离子及有机分子的定性及定量分析)方面的应用,以及螺吡喃在电化学免疫传感器中的应用。     

结合光学成像技术研究单颗粒碰撞电化学

近年来,单颗粒碰撞技术在纳米电化学领域受到广泛关注. 该技术通常控制超微电极处于某一电位,检测单个纳米颗粒随机碰撞到电极表面后产生的瞬时电流. 通过分析电流信号,可以研究单个纳米颗粒的性质. 尽管该技术可以检测单个纳米颗粒的电化学或电催化电流,但是传统的单颗粒碰撞技术缺乏空间分辨率,难以识别和表征特定的纳米颗粒. 因此,结合光学成像技术研究单颗粒碰撞电化学来补充电化学技术缺失的空间信息已成为一种趋势. 本文首先简要综述了单颗粒碰撞技术的三种检测原理,主要介绍了近年来单颗粒碰撞技术与荧光显微镜、表面等离激元共振显微镜、全息显微镜和电致化学发光相结合的研究进展,最后展望了单颗粒碰撞技术未来的发展趋势.     

基于分子印迹技术的电化学发光分析

基于分子印迹技术的电化学发光分析是近几年刚刚发展起来的新型分析方法,兼具分子印迹技术与电化学发光方法两者的优点,具有高灵敏度、高选择性、可控性好、易于微型化和操作简单等特点,在生命科学、食品安全及环境监测等领域有着广泛的应用前景。本综述简要介绍了常用的电化学发光体系和基本原理,综述了近年来分子印迹电化学发光分析的主要研究进展,对不同类型分子印迹电化学分析的构建方法、原理及所构建方法的性能（包括灵敏度、选择性、检测范围和稳定性等）进行了评述。基于分子印迹技术的电化学发光分析主要可以分为三类：制备固态发光电极、非固态发光电极构建分子印迹电化学发光传感器和分子印迹固相萃取与电化学发光分析联用,其中制备固态发光电极用于构建分子印迹电化学发光传感器最有发展前景。最后,本综述也对分子印迹电化学发光分析今后的发展趋势和方向进行了展望。     

用于纳米孔道分析的四通道电化学传感器设计与仿真

纳米孔道技术是一种基于空间限域的超灵敏的单分子分析技术.通过研究单个分子限域于纳米孔道中所产生的离子电流的变化,可在单分子尺度上获取其结构、尺寸、电性及与孔道间弱相互作用的信息.目前主要应用的纳米孔道测量仪器单次实验仅能测量单个纳米孔道,其检测通量较低.本文基于实验室前期自主设计研制的单通道纳米孔道测量仪器Cube-D2上,比较研究了两种互阻放大器的测量特性,从而选择了合适的测量电路设计了四通道电化学传感器放大电路.进一步通过仿真验证了四通道电化学传感器设计方案的可行性,为阵列化高通量纳米孔道单分子电化学测量仪器的设计提供了理论基础.     

基于光学显微术的单粒子传感

基于光学显微术的单粒子传感技术是一种将光学显微镜等具有空间分辨能力的研究工具应用于分析传感领域的检测技术.该技术将单个纳米粒子视作一个完整的纳米传感器,分子识别和信号转换均在单个纳米粒子界面上完成,信号读取则通过不同种类的光学显微镜来实现.与宏观的纳米传感器相比,单粒子传感技术通过对单个纳米粒子的光学特征信号进行测量、计数和追踪,可以获得局域微区内分析物的定性和定量信息,从而具有高灵敏度、高通量和可用于微观复杂体系的动态检测等显著优点.首先简要回顾了单粒子光学传感技术的发展历史和国内外研究现状,随后介绍了其主要技术特点,并重点综述了该领域近五年内的重要研究成果.最后指出通过纳米探针、光学成像技术和多维数据处理等多方面的持续发展,可进一步提高单粒子光学传感器的性能,有望使其在分析科学、生命科学和材料科学等诸多领域获得更加广泛和深入的应用.     

对《纳米孔道单分子电化学信号在线识别与分析研究》的评述

正纳米孔道是近年来基于电化学原理发展起来的一种新的单分子电化学技术。由于纳米孔道利用单个分子在穿过孔道时产生的离子流变化来获取纳米尺度信息,其获得的数据具有信噪比低、随机性强、数据量大等特点。因此,这一技术在应用于单分子分析和研究分子间弱相互作用时,很大程度上依赖于对实验中获取的大量电化学信号数据进行分析和处理,进而给出待测物的精确信息。华东理工大学龙亿涛课题组对纳米孔道单分子电化学信号的数据处理过程和方法进行了探索,并将其研究成果"纳米     

气态酸和有机胺响应的超分子凝胶

超分子凝胶是由有机分子在非共价键作用力驱动下自组装形成的一种具有液态和固态双重性质的软物质。超分子凝胶能对多种外界刺激做出响应,广泛应用于催化和传感等领域。与传统的小分子探针相比,超分子凝胶传感器显示出了多种检测模式和多信号输出的优点,如超分子凝胶材料的内部三维网络结构和较大的接触面积有利于分析物的快速渗透,并且其凝胶状态的变化可以作为检测过程中的输出信号。此外,干凝胶薄膜材料还具有三维网络结构,在检测气体分析物方面表现出优异的检测性能。本文重点介绍了超分子凝胶在气态酸和有机胺检测中的应用以及相关超分子凝胶的设计和检测机理,为构建用于气态酸和有机胺检测的新型超分子凝胶提供了参考。最后总结了超分子凝胶在气态酸和有机胺检测中存在的问题及应用前景。     

功能化单孔和多孔材料在重金属离子检测中的应用进展

随着微纳米加工技术的革新,仿生单纳米孔通道在重金属离子的检测应用中也开始显示出潜力。本文综述了近十年来基于单孔和多孔材料在重金属离子检测方面的应用。主要介绍了应用最广泛的介孔硅材料,并对其它一些多孔材料做了介绍:包括金属氧化物多孔材料,金属配体超分子有序结构,多孔碳材料,多孔高分子聚合物和多孔粘土。最后,对该领域未来的研究内容和方向进行了展望。     

基于仿生膜的功能化单纳米通道在分析化学中的应用

灵感来源于蛋白质离子通道的仿生功能化单纳米通道,已逐渐成为一种成熟的单分子检测技术和离子整流器。功能化纳米通道包括两种:基因改造的蛋白质纳米通道和固体加工的纳米通道。常用的固体纳米通道有三种:在纳米氮化硅或石墨烯上用聚焦离子束(FIB)或电子束(FEB)轰击得到的纳米通道,化学腐蚀聚合物薄膜中的重金属离子轨迹得到的锥形纳米通道和拉制毛细管或激光刻蚀得到的玻璃纳米孔。相对于蛋白质纳米通道,固态的人工纳米通道具有更优越的机械稳定性,并可用于各种功能基团的修饰。经过近十年的发展,包括蛋白质纳米通道在内的各种仿生的纳米通道已广泛用于对小分子、蛋白质和聚合物等其他一些对象的定性和定量检测。本综述详细介绍了近年来国内外该领域的发展,并对未来的发展方向作了简要的展望。     

单分子电泳:纳米孔道电化学的新认识

该文旨在从电泳分离技术的角度认识纳米孔道电化学单分子分析技术,这种技术可以作为"单分子电泳"来理解和研究。纳米孔道电化学单分子分析技术与电泳的本质都是采用外加电场使待测分子产生电迁移。待测分子性质不同,且与介质材料孔道外露基团相互作用不同,使得分子移动速度具有差异,据此实现分离识别。气单胞菌溶素（Aerolysin）纳米孔道,由于其孔径与待测分子尺寸相匹配,其孔道内壁可以看作是由氨基酸组成的具有调控单个分子电迁移能力的特异性孔道界面。每一个氨基酸残基都相当于一个探测单元,在电场力的作用下,待测分子逐一进入孔道时与每一个探测单元相互作用方式、程度与时长不同,从而形成了单个待测分子特征的迁移速度和迁移运动轨迹。在纳米孔道实验中,每秒可以有上千个待测分子穿过孔道,产生特征阻断电流信号。通过对这些信号的阻断电流、阻断时间、阻断频率、信号特征等进行统计分析,可以从"单分子电泳"水平对单个待测物实现高通量的分辨和识别。该文以Aerolysin纳米孔道分辨仅有一个核苷酸差异的寡聚核苷酸（5'-CAA-3'、5'-CAAA-3'、5'-CAAAA-3'）为例,详细阐述了纳米孔道"单分子电泳"的单核苷酸分辨能力,展现了电化学限域空间在电泳单分子水平分离技术上的应用。     

超微电极的新进展

超微电极是当前电化学前沿领域和研究热点之一。本文主要介绍了超微电极的基本原理、种类和特点 ,并结合国际上超微电极的最新研究现状 ,介绍了超微修饰电极的特点及其在电分析化学中的应用 ;超微电极在扫描探针显微学、固态电化学、生物细胞体内检测和分析化学等方面中的应用。     

固态纳米孔对蛋白质易位的实验研究

蛋白质因其多样性和功能性,是生物体内一类非常重要的分子.通常蛋白质的表征需要借助荧光或者酶的标记.而纳米孔技术,得益于免标记、单分子检测等优势,为蛋白质的表征提供了新方向.我们使用固态纳米孔完成了单个蛋白质分子及蛋白质-蛋白质结合物的检测.可以发现,外部电压和电解质溶液的酸碱度会直接影响蛋白质分子表面带电量,从而加快或延迟其在孔内的易位时间.抗原、抗体本质上都是蛋白质,两者之间具有高度特异性.通过比较抗体溶液在添加特异性抗原前后的易位事件,实现了单个蛋白质分子和蛋白质-蛋白质结合物的区分.未来,纳米孔技术有望应用于多蛋白质分子的辨识、蛋白质分子相互作用机制等方面的研究.     

纳米孔测序技术在核酸修饰检测中的应用

DNA和RNA上广泛存在着多种化学修饰.这些核酸修饰参与基因表达的调控,影响生长发育等生理过程,并可能会引发癌症等疾病.对核酸修饰的精准识别与定位有助于理解其功能机制,帮助相关疾病的诊断与治疗.纳米孔测序是一种新兴的单分子测序技术,可以根据修饰碱基与天然碱基之间阻孔信号的差异实现核酸序列中多种修饰的同时检测,是目前检测核酸修饰最直接的方法.本文简要介绍了纳米孔测序技术的发展和原理以及识别核酸修饰的算法工具,总结了纳米孔测序技术在核酸修饰检测中的应用,并对其发展前景进行了展望.     

树枝状聚合物的应用研究进展

树枝状聚合物为纳米级单分散性大分子,其独特的分子结构和物理化学性质使之在众多领域有着广泛的用途。本文着重介绍了树枝状聚合物在超分子化学、生物医药、光化学、电化学和催化剂等领域中的应用研究进展。     

固体纳米孔分析技术的研究进展

纳米孔分析技术是一种低成本、无需荧光标记和扩增的单分子检测技术,其中基于固体材料的纳米孔由于稳定性高、耐受性好、尺寸可控、易于修饰等优点,在化学和生命科学等领域得到广泛应用。固体纳米孔主要由薄膜和管材料两种类型材料制备,其中常见的薄膜纳米孔包括氮化硅、二维材料、氧化铝以及聚合物薄膜,管材料主要包括玻璃毛细管和碳纳米管。本文总结了固体纳米孔分析技术的研究进展,展望了发展前景。