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化工仪器网 项目成果】南京大学化学化工学院应佚伦教授团队在国家自然科学基金项目的支持下，提出了一种创新的纳米孔道单分子电化学“Synthesis by Sensing”(边合成边测量)策略，成功制备出具有高时空分辨能力的异聚体蛋白质孔道。这一突破性成果不仅提高了生物大分子单分子分析与测序的精度，也为蛋白质纳米孔道传感器的空间分辨能力带来了显著提升。
该团队的研究重点在于设计和制备具有区域可控性的异聚体蛋白质孔道，以实现高灵敏的立体识别。这一领域的研究长期面临化学计量比、区域选择性和立体构象可控性的挑战。为了克服这些难题，应佚伦教授团队提出了一种新的制备策略，即在蛋白质反应型纳米孔道内，通过高时间分辨的纳米孔道电化学单分子测量技术，实时跟踪修饰基团的共价反应进程，原位监测异聚体蛋白质纳米孔道的合成过程。
通过结合外电场智能调控技术，研究人员在单分子水平上精准合成了化学计量比、区域及亚基立体构象可控的异聚体蛋白质纳米孔道。这一过程中，研究人员利用纳米孔道单分子化学反应测量技术获得的反应路径信息，指导并实现了异聚体蛋白质纳米孔道的规模化制备。此外，他们还首次获得了纳米孔道单分子反应产物的冷冻电镜直接证据，并解析了孔道内部异源亚基的高分辨结构。
最为引人注目的是，研究人员通过纳米孔道单分子电化学测量和全原子分子动力学模拟，证明了该异聚体蛋白质纳米孔道内可形成横向非对称亲疏水立体识别域。这一特性使得孔道能够在单分子水平上精准识别与定量测量系列多肽的对映异构体和非对应异构体，识别精度高达95%以上。
这项研究成果以“立体和区域结构明确的异聚体纳米孔道合成及单分子传感 (Single-Molecule Sensing inside Stereo- and Regio-Defined Hetero-Nanopores)”为题，于2024年8月20日在国际知名期刊《自然•纳米技术》(Nature Nanotechnology)上发表。这一发现不仅为纳米孔道技术在生物传感领域的应用提供了新的可能性，也为未来相关领域的研究开辟了新的道路。
南京大学化学化工学院的这一研究成果，是纳米科学领域的又一里程碑，展现了中国科研团队在国际科研舞台上的创新能力和影响力。随着这一技术的进一步发展和应用，预计将为生物医学诊断、药物筛选和分子生物学研究等领域带来革命性的变革。
素材来源：国家自然科学基金委员会
作者：宋池
