近日，本课题组在J. Phys. Chem. Lett.上发表了题为“High-Resolution and Low-Noise Single-Molecule Sensing with Bio-Inspired Solid-State Nanopores”的研究论文，该文章被选为封面文章。本研究的第一作者为博士生周万琦，通讯作者为仇虎教授，共同作者还包括郭宇锋教授和郭万林院士。

研究背景：电场驱动下，当DNA等待测物通过纳米孔时阻塞孔内离子的运动，从而产生阻塞离子电流。识别阻塞电流的下降幅度，阻断时间等特征，可以用来读取待测物的类别和尺寸等信息。当待测物为DNA时，实时地读取每个碱基或氨基酸产生的高分辨率的电流信号即可实现DNA测序。虽然固态纳米孔（在人工合成的固态膜材料上加工而成的纳米孔）已被多次尝试用于DNA纳米孔测序，但是，一方面，制备在氮化硅和氧化硅等膜材料上的传统纳米孔由于其厚度较大，通常超过10纳米，因此检测过程中多个碱基会同时占据在纳米孔中阻塞电流，导致解析单个碱基对电流的影响变得异常困难，也就是说降低了单碱基分辨率；另一方面，实验发现DNA分子穿过二维材料纳米孔过快的速度且二维材料膜自身的结构波动等因素会降低电流信号读取时的信噪比。所以，迄今为止仍没有成功利用固态纳米孔进行高分辨率DNA测序的报道。

研究内容：本研究提出了一种具有类似MspA和CsgG生物纳米孔的“沙漏状”结构的仿生固态纳米孔设计方案，并通过全原子分子动力学模拟进行了测试验证，发现该仿生纳米孔具有与石墨烯纳米孔相近的空间分辨率但高得多的信噪比。进一步，通过布朗动力学模拟系统研究了仿生纳米孔的尺寸对其检测分辨率和电流噪声的影响，并且建立了能描述其检测性能的理论模型。

期刊封面

论文链接: https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.4c00615

Wanqi Zhou, Yufeng Guo, Wanlin Guo, and Hu Qiu*, J. Phys. Chem. Lett. 2024, 15, 20, 5556–5563.