华东理工：基于纳米通道分析技术的电流检测系统

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生物通报道：纳米通道单分子检测技术受启发于Coulter计数法与单通道离子电流测量技术, 自被提出以来得到了迅速的发展, 受到了国内外广泛关注.近期来自华东理工大学的研究人员构建了基于纳米通道分析技术的集成化电流检测系统. 该检测系统由超低电流放大系统和电流信号采集系统组成, 可满足纳米通道分析技术中高电流分辨率和高时间分辨率的双重要求，进一步推动纳米通道技术的实际应用进程。

作为一种研究单个分子行为的技术手段, 纳米通道技术已经应用于研究DNA损伤、分析单个多肽结构及蛋白质构型、探测识别单个DNA与靶分子间相互作用、有机小分子化合物和水体中金属离子超灵敏检测等方面, 通过化学修饰、生物改性等手段构建的功能化纳米通道可更进一步地构建基于纳米通道的超灵敏单分子传感器. 同时纳米通道单分子检测技术也被认为是最有前景的第三代DNA测序技术, 有望实现基于单分子水平的DNA测序.

作为单分子检测技术, 纳米通道技术在信息获得上具有十分鲜明的特点, 微弱离子流被低电流放大器采集并放大为模拟电流信号, 通过模数转换器采样转换为数字信号并实时传输给计算机进行检测与记录. 微弱离子电流信号大小与变化范围均在10-12A数量级, 电流信号变化时间在0.1 μs~ 20 ms, 实验体系极易受噪声等因素影响且需要大量实验数据作分析支撑, 使得电化学工作站等传统电流检测仪器在电流分辨率、时间分辨率、噪声控制以及数据处理能力上均无法满足要求, 因而设计与制造专用于纳米通道单分子检测装置系统成为了开展此项研究的先决条件.

在这篇文章中，研究人员构建了基于纳米通道分析技术的集成化电流检测系统. 该检测系统由超低电流放大系统和电流信号采集系统组成, 可满足纳米通道分析技术中高电流分辨率和高时间分辨率的双重要求(下图)。

其中, 超低电流放大系统采用前置反馈放大探头, 结合多级差分放大电路, 其电流分辨率在10 kHz滤波条件下可小于0.5 pA. 电流信号采集系统采样率可大于500 kHz, 高于商品化信号采集系统的采样率。

这一在纳米通道检测仪器领域的探索与发现, 可通过强化该技术的可靠性、经济性和便携性等优势, 进一步推动纳米通道技术的实际应用进程.

原文检索：

Gao R, Ying Y L, Yan B Y, et al. An integrated current measurement system for nanopore analysis. Chin Sci Bull, 2014, 59: 4968–4973, doi: 10.1007/s11434-014-0656-0