新型耦合纳米孔平台为检测分子提供了更高的精度

宾夕法尼亚大学物理学家Marija Drndić说：“作为复杂的生命系统，我们的细胞中可能有数万亿个微小的纳米级孔，这些孔促进和调节了维持我们生命的关键过程，并构成了我们的生命。”他开发了“引导全身离子和分子交换”的生物孔的合成版本。Drndič表示，控制和监测分子通过这些孔的流动的能力在过去二十年中为研究开辟了新的途径，合成纳米孔领域，石墨烯和硅等材料钻有小孔，已经在DNA测序方面取得了重大进展

在《自然纳米技术》上发表的一篇论文中，Drndić和她在费城佩雷尔曼医学院和儿童医院（CHOP）的长期合作者Dimitri Monos介绍了一种新型纳米孔技术，该技术开发了一种双层纳米孔系统：该设计由两个或多个纳米孔组成，相距仅纳米，可以更精确地检测和控制DNA等分子通过

Monos说：“在目前的平台上，当像DNA这样的分子被放置在纳米孔上时，它有点像锅里的意大利面条：纠结且难以处理，更不用说引导通过一个孔了。”

他说，通常，研究人员需要使用蛋白质来放松和拉直它，虽然有效，但由于降解导致灵敏度降低和操作寿命缩短，因此存在许多局限性

Monos说：“但是，通过这种新设计，我们基本上是引导分子通过材料中的两个耦合纳米孔，提供受控、更平稳的分子通道，使其更容易检测和分析。”研究人员将这个新平台称为GURU，表示“这是一种引导和可重复使用的”分子研究方法，它带来了一些关键的好处，最值得注意的是，能够更好地评估分子通过纳米孔时的长度和构象

Drndić说：“因为我们知道两个纳米孔之间的精确距离，我们可以将其用作一种标尺，比较信号以确定通过的DNA的确切长度。”该系统为研究人员提供了前所未有的控制水平，使他们能够比以往更准确地测量分子特性

这种更高的分辨率提供了更清晰的分子形状和结构图，包括DNA、RNA和蛋白质

与传统的单孔系统不同，GURU允许在传感区停留更长时间，从而增强了检测过程，这种减缓最有趣的结果之一是发现了形状像字母“W”和“T”的独特信号模式，这是该论文的博士后研究员和第一作者Chih-Yuan（Scottie）Lin首次观察到的特征

林说：“这些模式对应于分子与双孔系统相互作用的方式。”。“当我们测量看起来像‘W’的信号时，这是因为分子依次与底部和顶部纳米孔接触，反映了它如何进入下孔，稍微离开，然后重新与上层接触。”

这种模式为研究人员提供了有关分子通过系统的详细信息，揭示了它与每一层的相互作用

林说，当一个分子足够长，可以同时阻断两个纳米孔时，就会出现T形信号，从而清楚地表明其全长。“这些信号为我们提供了分子长度和位置的实时数据。”

随着团队继续完善他们的系统，他们相信这可能会带来更高效、更准确、更具成本效益的测序技术，克服当前基于蛋白质的纳米孔系统的局限性

Monos说：“真正巩固我们合作的是改进测序技术的共同目标，特别是对于需要长DNA读取的人类白细胞抗原（HLA）基因等应用。”。作为CHOP免疫遗传学实验室的主任，他广泛研究HLA基因，这对器官移植中的免疫系统相容性至关重要

Monos说：“HLA基因是人类基因组中最复杂的区域之一，准确的长读测序对于理解它们的变异至关重要。”。“这就是像GURU这样的纳米孔技术发挥作用的地方；它为这一具有挑战性的领域提供了更精确和全面的测序潜力。”

通过消除对蛋白质的需求并创建一个纯固态系统，他们的共同努力产生了一个平台，该平台不仅推进了纳米孔技术领域的发展，还为临床应用开辟了新的可能性

Drndić说：“我们试图用纳米孔解决的问题，如DNA测序和分子检测，需要来自各地的人的专业知识，这不仅仅是物理学或材料科学。我们需要生物学家的投入来了解分子，化学家来帮助反应，医学专业人员来了解现实世界的应用。”