Nature子刊：放慢速度，扫描多个单独的DNA分子

　　通过首次将纳米孔技术与扫描离子电导显微镜相结合，EPFL的研究人员已经实现了对单个分子操作的近乎完美的控制，使它们能够以比以往任何时候都高两个数量级的精度进行识别和表征。这项研究发表在《自然纳米技术》杂志上。

　　

工程学院纳米生物学实验室主任亚历山德拉·拉德诺维奇(Aleksandra Radenovic)多年来一直致力于改进纳米孔技术，该技术涉及将像DNA这样的分子穿过膜上的微小孔来测量离子电流。科学家们可以通过分析每个核苷酸在电流通过时如何干扰电流来确定DNA的核苷酸序列(编码遗传信息)。这项研究发表在今天的《自然纳米技术》杂志上。

目前，分子通过纳米孔及其分析的时间受到随机物理力的影响，分子的快速运动使得实现高分析精度具有挑战性。Radenovic以前用光学镊子和粘性液体解决了这些问题。现在，在EPFL生物和纳米仪器实验室与Georg Fantner和他的团队的合作已经取得了她一直在寻找的进步，其结果可能远远超出DNA。

“我们将纳米孔的灵敏度与扫描离子电导显微镜(SICM)的精度结合起来，使我们能够锁定特定的分子和位置，并控制它们移动的速度。这种精细的控制可以帮助填补该领域的巨大空白，”Radenovic说。研究人员利用生物和纳米仪器实验室最近开发的最先进的扫描离子电导显微镜实现了这种控制。

两个实验室之间的偶然合作是由博士生Samuel leit促成的。他的研究重点是SICM，其中离子电流通过探针尖端的变化被用来产生高分辨率的3D图像数据。在他的博士学位期间，leit开发并应用SICM技术对纳米级细胞结构进行成像，使用玻璃纳米孔作为探针。在这项新工作中，研究小组将SICM探针的精度应用于移动分子通过纳米孔，而不是让它们随机扩散。

这种被称为扫描离子电导光谱(SICS)的创新技术减缓了分子通过纳米孔的传输速度，允许对同一分子甚至分子上的不同位置进行数千次连续读取。与传统方法相比，控制传输速度和同一分子的平均多次读数的能力使信噪比增加了两个数量级。

“特别令人兴奋的是，这种增加的检测能力可以转移到其他固态和生物纳米孔方法中，这可以显著改善诊断和测序应用”。

Fantner用一个汽车类比来总结这种方法的逻辑:“想象一下，你站在窗前，看着汽车开来开去。他说:“如果车辆放慢速度，反复驶过，就更容易看清他们的车牌号码。”“我们还可以决定是一次测量1000个不同的分子，还是对同一个分子进行1000次测量，这代表了该领域真正的范式转变。”

这种精确性和多功能性意味着该方法可以应用于DNA以外的分子，例如称为肽的蛋白质构建块，这可以帮助推进蛋白质组学以及生物医学和临床研究。

Radenovic说:“寻找肽测序的解决方案一直是一项重大挑战，因为它们的‘牌照’很复杂，它们由20个字符(氨基酸)组成，而不是DNA的四个核苷酸。”“对我来说，最令人兴奋的希望是，这种新的控制方法可能为肽测序开辟一条更容易的道路。”

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空间多路单分子易位通过纳米孔在控制速度