[好文章,你推荐!]仿生纳米孔高灵度检测生物分子

华中科技大学化学与化工学院徐雪梅推荐的文章:

Article name;Two-Way Nanopore Sensing of Sequence-Specific Oligonucleotides and Small-Molecule Targets in Complex Matrices Using Integrated DNA Supersanwich Structures. Nannan Liu, Yanan Jiang, Yahong Zhou. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 1-6

URL:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201209162/suppinfo

DOI:10.1002/anie.201209162

背景介绍

在21世纪的今天,已经不存在单独的学术及学科,学科之间的深入交叉已经是大势所趋。在学习化学专业知识的同时更需要对生物、物理等领域的知识有所涉猎。而利用学科之间的交叉来对生物样本进行检测更是一项重大创新,并且扩大的知识面有利于学生激发创新思想。Wiley旗下有着众多优秀的化学专业或相关交叉学科的杂志,如Angewanted Chemie,Advanced Materials等等。由于笔者正在进行化学生物学科交叉的课题以及对此方向的兴趣,因此查找了关于这方面的文献。利用化学刻蚀的纳米孔道在限域空间内对寡核苷酸或者生物小分子进行检测,可以降低检测限,提高检测灵敏度,并可以运用于实际样本的检测。2013年的Angewanted Chemie上的一篇文章吸引了我的眼球,在限域空间内利用“超级三明治大夹心结构”对生物分子进行检测,得到了很好的应用。

文章概要

2013年华中科技大学的夏帆教授发表题为Two-Way Nanopore Sensing of Sequence-Specific Oligonucleotides and Small-Molecule Targets in Complex Matrices Using Integrated DNA Supersanwich Structures的文章,并在该期以杂志封面形式出现。文章讲述了使用DNA连接的“超级三明治大夹心结构”在纳米孔道的限域空间内对寡核苷酸链及小分子ATP进行检测,得到了很好的检测效果,并运用于实际样本检测。

首先,作者阐述了近年来纳米级生物传感器的热度,以及序列特异性的DNA用于检测生物标志物引起科研工作者们极大地兴趣。这些具有特异性的DNA序列被称为Aptamer,它可以和与其对应的生物分子特异性结合,从而达到检测的目的。具体实验过程如下,重离子轰击过的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜上有潜径迹,在热的NaOH溶液的腐蚀下可以形成物理形式的孔道,随着刻蚀时间增长,通道直径增大。作者选择直径约80nm的纳米孔道作为传感器检测基质。在孔道内壁修饰上带氨基的DNA序列(Capture Probe),用于捕获待测物质,并向孔道内加入另一条可以和待测物DNA部分互补配对的DNA,从而形成“超级三明治大夹心结构”,以此完全堵住孔道,这种方法极大地降低了检测限。或者在孔道内加入ATP的Aptamer,先让Aptamer及其互补配对的DNA形成大夹心,再加入ATP,由于Aptamer可以和ATP特异性结合,Aptamer从大夹心结构中脱离,大夹心结构被破坏,孔道又被打开,以此达到检测ATP的目的。

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图1 纳米孔传感器检测寡核苷酸链和ATP示意图。

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图2 跑胶结果表明,DNA“超三明治”大夹心结构的形成,激光共聚焦图片表明DNA进入纳米孔道内。

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图3 本文的“超三明治”大夹心结构与传统的“三明治”结构相比,检测限明显降低。

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图4 DNA全互补配对与单碱基错配、三碱基错配、五碱基错配的DNA电流下降比例比较,只有待检测DNA与辅助DNA全互补配对,才能更好的堵住纳米孔道。

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图5 “超三明治”大夹心结构对ATP小分子进行检测,得到了较低的检测限,以及很好的特异性。

推荐理由

本文最吸引笔者的地方在于,使用纳米级尺度的基质对生物样品进行检测,用量少,检测限低,特异性高,为生物样本的检测提供了一种“1:n”的模式,此模式开拓了科研工作者的视野,并且使我们懂得了要灵活运用转换的思想对待科研。所以,我向大家推荐这篇文章,相信这篇文章中所涉及的转换思想会对读者有所启发。