利用光来探究纳米孔：光孔传感技术在单分子分析中的应用

《Journal of Nanobiotechnology》：Interrogating nanopores with light: optipore sensing for single molecule analyses

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摘要

背景

纳米孔传感器处于技术变革的核心，这得益于它们能够逐一检测生物学和医学上相关的分子。电学纳米孔测量方法已经显著改变了该领域，但在区分具有相似离子电流特征的分析物或在复杂样品中提供准确的量化结果时仍存在困难。结合电学和光学读数可以解决这些限制。电光纳米孔实现了多模态单分子测量，不仅提供了可靠的量化结果，还提供了更丰富的定性信息。

正文

本文综述重点讨论了固态纳米孔与先进光学技术的协同集成，这种技术也被称为“光纳米孔”（optipore）技术。它将离子电流测量与荧光和散射等光学方法结合在一起，用于同步的单分子分析。我们不是将电学和光学方法独立对待，而是强调将它们集成为一个混合传感范式，以实现分子事件的多维度表征。我们研究了纳米孔膜和微流控架构的关键设计考虑因素，以及从共聚焦显微镜到宽场显微镜的各种光学配置，这些配置经过优化以提高光子收集效率并实现高通量检测。文章还探讨了通过同步电光读数抑制背景信号、验证事件以及提高分子选择性的策略。此外，还介绍了单光子探测器和成像技术的最新进展，这些技术提高了灵敏度、通量和可扩展性。我们分析了这些集成平台如何通过化学选择性标记实现对DNA、蛋白质和蛋白质-DNA复合物的定量分析。

结论

电光纳米孔为多模态单分子分析提供了一个灵活的框架，相比纯电学方法，它提供了更高的选择性、更可靠的事件识别能力以及更丰富的分子信息。通过总结当前的方法、技术进步和新兴应用，本文概述了“光纳米孔”技术的机遇和剩余挑战，以及它们对下一代单分子生物传感和诊断平台的潜在影响。

图形摘要

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