南大團(tuán)隊(duì)突破：精準(zhǔn)制備異聚體納米孔道，實(shí)現(xiàn)單分子高效識(shí)別
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)佚倫教授團(tuán)隊(duì)在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持下，提出了一種創(chuàng)新的納米孔道單分子電化學(xué)“Synthesis by Sensing”(邊合成邊測(cè)量)策略，成功制備出具有高時(shí)空分辨能力的異聚體蛋白質(zhì)孔道。這一突破性成果不僅提高了生物大分子單分子分析與測(cè)序的精度，也為蛋白質(zhì)納米孔道傳感器的空間分辨能力帶來了顯著提升。
該團(tuán)隊(duì)的研究重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)和制備具有區(qū)域可控性的異聚體蛋白質(zhì)孔道，以實(shí)現(xiàn)高靈敏的立體識(shí)別。這一領(lǐng)域的研究長(zhǎng)期面臨化學(xué)計(jì)量比、區(qū)域選擇性和立體構(gòu)象可控性的挑戰(zhàn)。為了克服這些難題，應(yīng)佚倫教授團(tuán)隊(duì)提出了一種新的制備策略，即在蛋白質(zhì)反應(yīng)型納米孔道內(nèi)，通過高時(shí)間分辨的納米孔道電化學(xué)單分子測(cè)量技術(shù)，實(shí)時(shí)跟蹤修飾基團(tuán)的共價(jià)反應(yīng)進(jìn)程，原位監(jiān)測(cè)異聚體蛋白質(zhì)納米孔道的合成過程。
通過結(jié)合外電場(chǎng)智能調(diào)控技術(shù)，研究人員在單分子水平上精準(zhǔn)合成了化學(xué)計(jì)量比、區(qū)域及亞基立體構(gòu)象可控的異聚體蛋白質(zhì)納米孔道。這一過程中，研究人員利用納米孔道單分子化學(xué)反應(yīng)測(cè)量技術(shù)獲得的反應(yīng)路徑信息，指導(dǎo)并實(shí)現(xiàn)了異聚體蛋白質(zhì)納米孔道的規(guī)模化制備。此外，他們還首次獲得了納米孔道單分子反應(yīng)產(chǎn)物的冷凍電鏡直接證據(jù)，并解析了孔道內(nèi)部異源亞基的高分辨結(jié)構(gòu)。
最為引人注目的是，研究人員通過納米孔道單分子電化學(xué)測(cè)量和全原子分子動(dòng)力學(xué)模擬，證明了該異聚體蛋白質(zhì)納米孔道內(nèi)可形成橫向非對(duì)稱親疏水立體識(shí)別域。這一特性使得孔道能夠在單分子水平上精準(zhǔn)識(shí)別與定量測(cè)量系列多肽的對(duì)映異構(gòu)體和非對(duì)應(yīng)異構(gòu)體，識(shí)別精度高達(dá)95%以上。
這項(xiàng)研究成果以“立體和區(qū)域結(jié)構(gòu)明確的異聚體納米孔道合成及單分子傳感 (Single-Molecule Sensing inside Stereo- and Regio-Defined Hetero-Nanopores)”為題，于2024年8月20日在國際知名期刊《自然•納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)上發(fā)表。這一發(fā)現(xiàn)不僅為納米孔道技術(shù)在生物傳感領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的可能性，也為未來相關(guān)領(lǐng)域的研究開辟了新的道路。
南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的這一研究成果，是納米科學(xué)領(lǐng)域的又一里程碑，展現(xiàn)了中國科研團(tuán)隊(duì)在國際科研舞臺(tái)上的創(chuàng)新能力和影響力。隨著這一技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，預(yù)計(jì)將為生物醫(yī)學(xué)診斷、藥物篩選和分子生物學(xué)研究等領(lǐng)域帶來革命性的變革。
素材來源：國家自然科學(xué)基金委員會(huì)
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