Elements納米孔檢測(cè)技術(shù)的核心原理及實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景介紹
瀏覽次數(shù):45 發(fā)布日期:2025-7-16
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納米孔檢測(cè)技術(shù)
在生物技術(shù)、醫(yī)學(xué)研究和納米科學(xué)領(lǐng)域,精準(zhǔn)、高效的分子檢測(cè)技術(shù)一直是科學(xué)家們追求的目標(biāo)。近年來,納米孔檢測(cè)技術(shù)因其高靈敏度、高通量和實(shí)時(shí)分析能力,成為DNA測(cè)序、蛋白質(zhì)分析和單分子檢測(cè)的重要工具。Elements 作為該領(lǐng)域的領(lǐng)先品牌,推出了一系列高性能納米孔檢測(cè)儀器,涵蓋從基礎(chǔ)研究到工業(yè)級(jí)應(yīng)用的全方位需求。
今天,我們將深入解析Elements的納米孔檢測(cè)技術(shù),從核心原理到產(chǎn)品優(yōu)勢(shì),再到實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景,帶您全面了解這一革命性的檢測(cè)方案。
一、納米孔檢測(cè)技術(shù):從原理到應(yīng)用
1、什么是納米孔技術(shù)?
納米孔檢測(cè)技術(shù)(Nanopore Sensing)是一種基于電生理學(xué)的單分子檢測(cè)方法。其核心原理是通過在脂質(zhì)雙層膜或固態(tài)材料上制造納米級(jí)孔道(通常直徑1-10nm),施加電壓驅(qū)動(dòng)分子(如DNA、蛋白質(zhì))通過孔道。當(dāng)分子穿過時(shí),會(huì)短暫阻塞離子電流,產(chǎn)生特征性電流信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)分子的識(shí)別和檢測(cè)。
2、什么是生物納米孔?可用來做什么?
生物納米孔是由天然蛋白質(zhì)分子自組裝形成的納米級(jí)孔道,其孔徑通常在 1-10納米范圍內(nèi),具有精確的分子識(shí)別能力。
技術(shù)特點(diǎn):
🔷天然蛋白質(zhì)孔道:由生物分子(如α-溶血素、MspA、CsgG等)構(gòu)成,具有天然的高選擇性和原子級(jí)精確的孔徑。
🔷 高靈敏度:可識(shí)別單分子,如DNA、RNA、蛋白質(zhì)等,適用于超低濃度檢測(cè)。
🔷易功能化:可通過基因工程或化學(xué)修飾優(yōu)化孔道特性(如提高穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)孔徑)。
🔷局限性:機(jī)械穩(wěn)定性較差(易受pH、溫度影響),壽命較短,通常需要電解質(zhì)溶液環(huán)境。
主要應(yīng)用:
✔ DNA/RNA測(cè)序
✔ 蛋白質(zhì)分析(檢測(cè)蛋白質(zhì)折疊、翻譯后修飾)
✔ 小分子檢測(cè)(如藥物篩選、環(huán)境污染物監(jiān)測(cè))
✔生物傳感器(結(jié)合適配體或抗體,用于疾病標(biāo)志物檢測(cè))
3、什么是固態(tài)納米孔?可用來做什么?
固態(tài)納米孔是通過微納加工技術(shù)在人工材料(如硅、氮化硅、石墨烯)上制造的納米級(jí)孔道,孔徑可調(diào)控(1-100納米)。
技術(shù)特點(diǎn):
🔷人工材料制備:通常由硅基(SiN、SiO₂)、石墨烯、氮化硼等材料制成,孔徑可精確調(diào)控(1-100 nm)。
🔷高機(jī)械穩(wěn)定性:耐高溫、耐化學(xué)腐蝕,適用于苛刻環(huán)境。
🔷可集成化:易于與微流控、電子器件(如FET)集成,適合大規(guī)模制造。
🔷挑戰(zhàn):表面修飾較復(fù)雜,信噪比可能低于生物納米孔。
主要應(yīng)用:
✔ DNA/RNA測(cè)序(長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序,無酶依賴)
✔ 單分子分析(如蛋白質(zhì)構(gòu)象變化、病毒顆粒檢測(cè))
✔工業(yè)檢測(cè)(納米顆粒、聚合物表征)
✔仿生器件(人工離子通道、能量存儲(chǔ))
二、Elements納米孔產(chǎn)品核心特點(diǎn)
01、高帶寬傳感
支持高達(dá)100kHz的采樣頻率,可捕獲納米孔信號(hào)的細(xì)微動(dòng)態(tài)變化(如DNA/RNA易位、蛋白質(zhì)折疊等)。
02、模塊化設(shè)計(jì)
用戶可靈活更換Flowcell(標(biāo)準(zhǔn)版與高通量版),適配不同實(shí)驗(yàn)需求。
03、低噪聲電子學(xué)
專有集成電路降低背景噪聲,提升信噪比(SNR),尤其適合單分子分析。
04、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理
集成軟件支持實(shí)時(shí)信號(hào)可視化和分析,兼容Python/MATLAB等工具。
明星產(chǎn)品

圖1. Nanopore Reader 100kHz及配套Flow Cell
用戶實(shí)例 1
PEG-25 分子(濃度10 µM)在 -100 mV電壓、20 kHz采樣率(帶寬10 kHz)下通過單個(gè)α-溶血素(α-Hemolysin)納米孔的易位記錄。該蛋白質(zhì)被嵌入由DPhPC(二植烷酰磷脂酰膽堿)構(gòu)成的脂質(zhì)雙層膜中,此膜涂覆于帶有150 µm孔徑的BLM芯片上。記錄溶液含3M KCl、20 mM TRIS,pH 8。

用戶實(shí)例 2
示例性單次α-溶血素通道插入電流軌跡圖:
采樣率:5 KHz(帶寬2.5 KHz)
膜電位:100mV
環(huán)境:對(duì)稱性1M KCl溶液,PH 7
溶液中預(yù)先存在的PEG1000分子穿過α-溶血素通道,產(chǎn)生負(fù)向單個(gè)阻斷信號(hào)。通道蛋白直接加入溶液并自動(dòng)組裝入DPhPc形成的雙層膜中。

三、Elements納米孔檢測(cè)儀器全解析
生物納米孔系列
高靈敏度,適用于脂質(zhì)雙層膜研究
eOne
便攜式單通道電流放大器

✔ 超低噪聲(0.42 pA rms @10 kHz)
✔ 手持設(shè)計(jì)(僅40克),USB供電,適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)
✔ 支持脂質(zhì)雙層膜和電化學(xué)檢測(cè)
e4 / e16 / e384
多通道電流放大器
e4(4通道)

✔ 低噪聲(3.6 pA rms @100 kHz)
✔ 適用于小規(guī)模陣列研究
e16(16通道)
✔ 獨(dú)立可編程電壓,支持高通量篩選
e384(384通道)
✔ 工業(yè)級(jí)吞吐量,適合大規(guī)模測(cè)序和藥物開發(fā)
固態(tài)納米孔系列
高穩(wěn)定性,適用于工業(yè)級(jí)檢測(cè)
Nanopore Reader HC
大電流低噪聲放大器

✔ 支持 ±4 μA大電流檢測(cè)
✔ 低噪聲(32 pA rms @100 kHz)
✔ 適用于固態(tài)納米孔和納米顆粒分析
Nanopore Reader 10 MHz
全球首款10MHz超高帶寬設(shè)備

✔ 采樣率40 Msps,帶寬10MHz
✔ 適用于超高速信號(hào)采集(如納米顆粒瞬態(tài)分析)
Nanopore Reader 4×10 MHz
四通道超高帶寬系統(tǒng)

✔ 4通道同步采集,每通道26.6 Msps
✔ 適用于多納米孔并行檢測(cè)
四、應(yīng)用案例及高分文章
1、DNA / RNA 測(cè)序
基于生物納米孔(如e384),實(shí)現(xiàn)低成本、長(zhǎng)讀長(zhǎng)測(cè)序。

2、蛋白質(zhì)分析
通過電流信號(hào)變化,解析蛋白質(zhì)折疊、相互作用等動(dòng)態(tài)過程。

3、納米材料研究
固態(tài)納米孔(如10MHz設(shè)備)可用于納米顆粒粒徑、表面電荷分析。

總結(jié)
Elements的納米孔檢測(cè)儀器,憑借其超高靈敏度、模塊化設(shè)計(jì)和廣泛適用性,正在重塑分子檢測(cè)的未來。無論是學(xué)術(shù)研究還是工業(yè)應(yīng)用,這些設(shè)備都能提供無與倫比的性能支持。