世界球精选！掌握DNA分子的“车流速度”——单分子操作实现近乎完美控制|总编辑圈点

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通过首次将纳米孔技术与扫描离子电导显微镜相结合，研究人员实现了对单个分子操作的近乎完美的控制。图片来源：EPFL

科技日报记者 张梦然

瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）研究人员多年来致力于改进纳米孔技术，该技术可让DNA分子通过膜上的小孔以测量离子电流，研究人员则可以通过分析核苷酸在电流通过时的扰动情况，来确定DNA的核苷酸序列。该研究19日发表在《自然·纳米技术》上。

分子的快速运动使得对其实现高精度分析具有挑战性。EPFL团队成员称，将纳米孔的灵敏度与扫描离子电导显微镜（SICM）的精度相结合，他们就能锁定特定的分子的位置并控制它们移动的速度。这种精巧的控制填补了该领域的一个巨大空白。

团队使用先进的扫描离子电导光谱（SICS）实现了这种控制。SICM利用流经探针尖端的离子电流的变化，可生成高分辨率3D图像数据。而其创新技术减缓了分子通过的速度，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数。

研究人员用汽车类比这种方法举例说明：“想象一下，当你站在窗前看着汽车来回行驶。如果汽车减速并反复驶过，读取他们的牌照会容易得多。我们现在可决定是要每次测量1000种不同的分子，还是测量同一分子1000次，这代表了该领域真正的范式转变。”

这一成果不但可显著改善诊断和测序领域，还可应用于DNA以外的分子，推进蛋白质组学研究。例如肽的蛋白质构建块，由于肽“牌照”由20个“字符”（氨基酸）组成，而不是DNA的4个核苷酸，因此寻找肽测序解决方案一直是一项重大挑战，但这种新控制方法会为肽测序开辟一条更容易的道路。

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在DNA测序这一领域，纳米孔技术已经得到了广泛应用。当DNA分子通过纳米尺寸的空隙时，因为碱基的不同，产生相应的电流变化，识别出这种变化，就能反推碱基还原DNA序列。本文介绍的研究中，团队在应用纳米孔技术的基础上，还实现了对分子通过速度的控制，扫描离子电导显微镜可高分辨率非接触式研究活细胞表面形貌。研究人员用车流作比，让汽车减速并反复通过，对车牌信息的辨识就会更为容易和全面。更精巧的控制，诞生了更多的测量解决方案。

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