纳米孔测序技术的又一突破

　　

生物通报道 对于纳米孔测序技术而言，最大挑战之一是DNA链通过纳米孔的速度太快，以致来不及对碱基进行检测。以往研究尝试改变电压、温度或溶液粘性，但效果不佳。荷兰和美国的科学家近日报道了一个简单方法，通过氯化锂代替氯化钾就能成功减速10倍。

来自荷兰代尔夫特理工大学和美国伊利诺大学香槟分校的科学家在1月初的《Nano Letters》上发表了一篇题为“Slowing down DNA Translocation through a Nanopore in Lithium Chloride”的文章，介绍了这一成果。

对于DNA检测和操作（如凝胶电泳和lab-on-a-chip）而言，DNA分子的电荷是一个关键的参数。荷兰代尔夫特理工大学Kavli纳米科学研究所Cees Dekker教授领导的研究小组研究了因反离子结合而造成的DNA电荷部分减少。他们利用了纳米孔转位实验和全原子分子动力学模拟。

让他们惊讶的是，当反离子体积不断变小时，从钾离子到钠离子再到锂离子，DNA分子穿过纳米孔的速度显著下降。双链DNA和单链DNA均为如此。

分子动力学模拟阐明了这一效应的微观原理，锂离子和钠离子与DNA的结合比钾离子更强。这一发现有望让纳米孔应用的分辨率提高10倍。

Cees Dekker教授领导的研究小组曾在2010年底开发出一种新型的纳米孔装置。他们将成孔蛋白植入硅芯片的层膜上。长链DNA会与单个成孔蛋白结合，然后被拉向硅片氮化膜中一个预先打开的孔道。当DNA分子以线性方式通过孔道时，由于它与成孔蛋白相连，于是成孔蛋白便会填充孔道开口，并与孔道开孔形成坚固的芯片系统，从而有助于下一步的分析工作。

因快速、廉价、扩展性好，纳米孔测序技术一直被业界看好。去年3月，Oxford Nanopore Technologies公司揭开了其纳米孔测序平台的神秘面纱。那台名为GridION的测序平台既可单独使用，也可大规模并行，组成一个可扩展的平台。同时，罗氏也正与一些公司合作，欲开发全新的纳米孔测序平台。

随着纳米孔测序技术的不断完善，新一代测序市场的竞争将会更加白热化。2012年，一台好戏即将上演。（生物通 薄荷）

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原文摘要

Slowing down DNA Translocation through a Nanopore in Lithium Chloride

Nano Lett., Article ASAP
DOI: 10.1021/nl204273h
Publication Date (Web): January 9, 2012

摘要

The charge of a DNA molecule is a crucial parameter in many DNA detection and manipulation schemes such as gel electrophoresis and lab-on-a-chip applications. Here, we study the partial reduction of the DNA charge due to counterion binding by means of nanopore translocation experiments and all-atom molecular dynamics (MD) simulations. Surprisingly, we find that the translocation time of a DNA molecule through a solid-state nanopore strongly increases as the counterions decrease in size from K+ to Na+ to Li+, both for double-stranded DNA (dsDNA) and single-stranded DNA (ssDNA). MD simulations elucidate the microscopic origin of this effect: Li+ and Na+ bind DNA stronger than K+. These fundamental insights into the counterion binding to DNA also provide a practical method for achieving at least 10-fold enhanced resolution in nanopore applications.