工程学院纳米生物学实验室负责人AleksandraRadenovic多年来一直致力于改进纳米孔技术，该技术涉及让像DNA这样的分子通过膜上的小孔以测量离子电流。科学家们可以通过分析每个核苷酸在电流通过时如何扰动它来确定DNA的核苷酸序列——编码遗传信息。该研究已发表在NatureNanotechnology上。

极高的DNA分辨率以受控速度通过纳米孔的空间多重单分子易位

目前，分子通过纳米孔及其分析的时间受到随机物理力的影响，分子的快速运动使得实现高分析精度具有挑战性。Radenovic以前曾用光学镊子和粘性液体解决过这些问题。现在，与GeorgFantner及其团队在EPFL生物和纳米仪器实验室的合作已经取得了她一直在寻找的进步——其结果可能远远超出DNA。

“我们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，使我们能够锁定特定的分子和位置并控制它们移动的速度。这种精确的控制可以帮助填补该领域的一大空白，”拉德诺维奇说。研究人员使用最近在生物和纳米仪器实验室开发的最先进的扫描离子电导显微镜实现了这种控制。

将传感精度提高两个数量级

博士促成了实验室之间的偶然合作。学生SamuelLeitão。他的研究重点是SICM，其中流经探针尖端的离子电流的变化用于生成高分辨率3D图像数据。在攻读博士学位时，Leitão开发了SICM技术并将其应用于纳米级细胞结构的成像，使用玻璃纳米孔作为探针。在这项新工作中，该团队将SICM探针的精度应用于移动分子通过纳米孔，而不是让它们随机扩散。

被称为扫描离子电导光谱(SICS)的创新技术减缓了分子通过纳米孔的速度，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。与传统方法相比，控制传输速度和同一分子的平均多次读数的能力导致信噪比增加了两个数量级。

“特别令人兴奋的是，SICS这种增强的检测能力可以转移到其他固态和生物纳米孔方法，这可以显着改善诊断和测序应用，”Leitão说。

Fantner用一个汽车类比来总结这种方法的逻辑：“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，就更容易阅读他们的车牌号，“他说。“我们还可以决定是要每次测量1,000种不同的分子还是测量同一个分子1,000次，这代表了该领域真正的范式转变。”

这种精确性和多功能性意味着该方法可以应用于DNA以外的分子，例如称为肽的蛋白质构建块，这可以帮助推进蛋白质组学以及生物医学和临床研究。

Radenovic说：“由于肽的‘车牌’非常复杂，因此寻找肽测序解决方案一直是一项重大挑战，车牌由20个字符(氨基酸)组成，而不是DNA的四个核苷酸。”“对我来说，最令人兴奋的希望是这种新的控制可能会为肽测序开辟一条更容易的道路。”