【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)診斷的前沿領(lǐng)域，能夠?qū)蝹€(gè)生物分子進(jìn)行直接、精準(zhǔn)的觀測和分析，一直是科學(xué)家們追求的目標(biāo)。近日，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院的研究團(tuán)隊(duì)在這一領(lǐng)域取得了系列重要進(jìn)展，他們通過創(chuàng)新性地開發(fā)新型納米孔材料與測量方法，成功實(shí)現(xiàn)了對有毒化學(xué)物質(zhì)導(dǎo)致的DNA損傷、以及金屬離子誘發(fā)的阿爾茲海默癥相關(guān)蛋白聚集的高精度檢測，為生命分析化學(xué)和精準(zhǔn)醫(yī)療開辟了新的技術(shù)路徑。
 

　　納米孔技術(shù)：精準(zhǔn)測量的“微觀隧道”
 

　　納米孔化學(xué)計(jì)量學(xué)是當(dāng)前極具前景的單分子檢測技術(shù)。其核心原理類似于讓單個(gè)分子排隊(duì)通過一個(gè)極微小的孔道(納米孔)，當(dāng)分子穿過時(shí)，會(huì)引起孔道內(nèi)電流的獨(dú)特變化，從而像“指紋”一樣被識別出來。這項(xiàng)技術(shù)可用于檢測DNA序列、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)以及各類生物化學(xué)反應(yīng)，具有無需標(biāo)記、高通量、高分辨率的潛力。然而，該技術(shù)的發(fā)展長期受限于孔道材料的穩(wěn)定性與檢測體系的靈敏度。
 

　　突破一：創(chuàng)新構(gòu)建“炭疽蛋白納米孔”，提升檢測基石
 

　　為解決這一核心瓶頸，重慶研究院王亮研究員團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，將目光投向了一種特殊的生物材料——炭疽蛋白。研究團(tuán)隊(duì)巧妙地利用了炭疽病毒蛋白在酸性環(huán)境下能自組裝形成規(guī)則孔道的特性，通過精確調(diào)控質(zhì)子梯度，成功構(gòu)筑了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、電學(xué)性能優(yōu)異的功能性炭疽納米孔。
 

　　實(shí)驗(yàn)表明，這種新型納米孔器件具有更高的信噪比和分辨率，為后續(xù)高精度分子傳感奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該突破性工作以封面文章等形式發(fā)表在《Journal of Nanobiotechnology》等國際權(quán)威期刊上，為納米孔器件的開發(fā)提供了全新的生物材料范式。
 

　　突破二：捕捉DNA“隱秘?fù)p傷”，單堿基對分辨率實(shí)現(xiàn)精確測量
 

　　憑借新型納米孔平臺(tái)，研究團(tuán)隊(duì)向更微觀的生命現(xiàn)象發(fā)起了挑戰(zhàn)。三聚氰胺是一種可能污染食品的有毒小分子，它能“偽裝”成DNA的基本單元(堿基)，嵌入DNA鏈中，形成一種非經(jīng)典的“胸腺嘧啶-三聚氰胺”氫鍵堿基對。這種細(xì)微的“造假”會(huì)導(dǎo)致遺傳信息出錯(cuò)，引發(fā)潛在病變，但傳統(tǒng)方法極難發(fā)現(xiàn)。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)利用納米孔單分子動(dòng)力學(xué)測量技術(shù)，首次在單堿基對的分辨率上，實(shí)現(xiàn)了對這種非經(jīng)典氫鍵結(jié)構(gòu)的精確識別與測量。他們發(fā)現(xiàn)，含有三聚氰胺的DNA分子表現(xiàn)出異常的穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作猶如在DNA分子上安裝了“高清顯微鏡”，為理解化學(xué)毒物導(dǎo)致的DNA損傷機(jī)制提供了革命性的研究工具，相關(guān)成果發(fā)表在《Small Methods》上。
 

　　突破三：解碼神經(jīng)退行性疾病“金屬誘因”，實(shí)時(shí)監(jiān)測蛋白聚集
 

　　團(tuán)隊(duì)的另一個(gè)研究重點(diǎn)，指向了威脅全球健康的神經(jīng)退行性疾病——阿爾茲海默癥。環(huán)境中的重金屬離子失衡被認(rèn)為是誘發(fā)該病的重要因素，它能催化大腦中Tau蛋白發(fā)生錯(cuò)誤折疊和聚集。然而，如何在極低濃度下實(shí)時(shí)捕捉這一動(dòng)態(tài)過程，是巨大的挑戰(zhàn)。
 

　　王亮團(tuán)隊(duì)再次利用納米孔技術(shù)，實(shí)時(shí)、原位測量了鋅、銅、汞等九種不同金屬離子誘導(dǎo)單個(gè)Tau蛋白分子發(fā)生構(gòu)象變化的全過程。通過分析電流信號形成的獨(dú)特“指紋圖譜”，他們不僅清晰觀測到了蛋白聚集的起始，還首次定量比較了不同金屬離子的催化效率強(qiáng)弱順序(如Zn²? > Cu²? > Hg²?)。該研究為從分子層面揭示阿爾茲海默癥的致病機(jī)理和早期預(yù)警提供了全新的高效方法，并榮獲了IEEE 3M-NANO 2025國際研討會(huì)優(yōu)秀論文獎(jiǎng)。
 

　　應(yīng)用前景與未來展望
 

　　這一系列系統(tǒng)性的研究工作，標(biāo)志著我國在單分子生命分析儀器與測量技術(shù)方面已步入國際先進(jìn)行列。所發(fā)展的新技術(shù)不僅在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域，為在單分子水平研究生物物理化學(xué)過程提供了強(qiáng)大工具；更在應(yīng)用層面展現(xiàn)出廣闊前景：
 

　　疾病早期診斷：可用于開發(fā)超靈敏的病原體檢測、早期癌癥篩查或神經(jīng)退行性疾病風(fēng)險(xiǎn)評估工具。
 

　　食品安全與環(huán)境監(jiān)測：能夠?qū)崿F(xiàn)對食品中微量有毒化學(xué)殘留、或環(huán)境中特定污染物的高靈敏檢測。
 

　　基因組學(xué)與藥物研發(fā)：有助于更精準(zhǔn)地研究基因修飾、藥物與靶標(biāo)分子的相互作用等。
 

　　這些研究得到了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等多個(gè)國家級項(xiàng)目的大力支持。隨著技術(shù)的不斷成熟與集成，未來有望轉(zhuǎn)化為具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心生物檢測設(shè)備，為我國的生命健康產(chǎn)業(yè)和精準(zhǔn)醫(yī)療戰(zhàn)略提供關(guān)鍵的技術(shù)支撐。