Small Methods: 免标记高性能的单分子电学实时检测技术

smtd201700071-gra-0001-m单分子技术旨在发展对单个分子进行操纵,分辨与实时监测的方法。由于观察对象是单个分子而不是大量分子的集合,单分子技术可以获取常规方法无法得到的,被系综平均掩盖的信息,例如生化反应中潜在的中间体,反应路径,反应事件之间的相关性等。20世纪80年代,以单分子荧光显微镜为代表的光学技术迅速崛起,带动了以光学手段为基础的单分子实时监测技术迅速发展,取得了一系列成就。然而,光学手段有一系列难以克服的缺点,例如需要荧光基团修饰,存在光漂问题与时间分辨率不足。随着微纳加工技术的不断发展,以电学手段为基础的单分子实时检测技术登上了历史舞台,并迅速取得了一系列突破。电学法依赖分子本身的电子结构指示分子所处的状态,与光学法相比,不需要引入额外的标记。另外,电学法还具有时间分辨率高,兼容多种体系,可实现器件化、小型化和集成化等优势。

近日,北京大学化学与分子工程学院郭雪峰教授及其团队系统地评述了单分子电学检测发展的现状。文章介绍了单分子技术发展的历史,分析了电学检测技术的优势,通过实例阐述了单分子电学检测技术的策略与实施方法,并展望了该技术未来广阔的应用前景。该文章指出,分子的状态改变主要反应在电荷分布变化与电子结构变化两个方面。与之对应,目前存在场效应器件与分子异质结器件两种检测平台。其中,场效应器件使用一维半导体材料作为主体,可以响应单分子电荷分布产生的微小改变。分子异质结器件则将待测分子直接连入电路,根据分子导电性反映分子的电子结构信息。两种单分子电学检测的策略在生化反应机理,痕量分析、精准分子诊断与生物大分子测序等方面均取得了突破性进展。随着微纳加工技术日新月异的进展,单分子电学检测技术将具有无限的基础研究和实际应用价值。相关文章发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201700071)上。

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