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  近年來，基于仿生聚合物納米通道（又稱納米孔）的生物傳感器因其可控的通道尺寸和形狀、多功能表面化學(xué)、獨(dú)特的離子傳輸特性和良好的應(yīng)用穩(wěn)定性而備受關(guān)注�；诜�(wěn)態(tài)傳感的納米通道生物傳感器在高靈敏度、快速響應(yīng)、無尺寸限制的目標(biāo)分析物和廣泛的適用范圍等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。其中，基于聚合物材料的納米通道因其制造靈活、應(yīng)用廣泛而表現(xiàn)突出。

  近期，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所江雷院士課題組在ACS Nano上發(fā)表了題為“Bio-inspired Track-Etched Polymeric Nanochannels: Steady-State Biosensors for Detection of Analytes”的綜述文章。文章第一作者是成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院汪建副教授，通訊作者為中科院理化所周亞紅博士。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)的支持。這篇綜述基于徑跡蝕刻仿生聚合物納米通道，總結(jié)了聚合物基納米通道穩(wěn)態(tài)生物傳感器作為檢測(cè)與生命體相關(guān)目標(biāo)物平臺(tái)的最新進(jìn)展，并就該研究領(lǐng)域在未來的研究方向和發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

圖1 聚合物納米通道作為穩(wěn)態(tài)生物傳感器平臺(tái)檢測(cè)五類目標(biāo)物

  該文章首先介紹了仿生納米通道傳感器的設(shè)計(jì)策略，對(duì)比了電阻-脈沖傳感器和穩(wěn)態(tài)傳感器的檢測(cè)原理和應(yīng)用范圍，指出納米通道穩(wěn)態(tài)生物傳感器在高靈敏度、快速響應(yīng)、無尺寸限制的目標(biāo)分析物和廣泛的適用范圍等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。概述了目前聚合物納米通道穩(wěn)態(tài)生物傳感器主要檢測(cè)的五類目標(biāo)物，包括離子、小分子、核酸、蛋白質(zhì)和病原體（圖1）。

圖2 離子徑跡蝕刻法制備各種形狀的聚合物納米通道

圖3 利用刺激響應(yīng)功能分子對(duì)聚合物納米通道內(nèi)表面進(jìn)行物理化學(xué)修飾

  其次，作者介紹了制備聚合物納米通道的常用方法：離子徑跡蝕刻法。此方法廣泛應(yīng)用制備對(duì)稱和非對(duì)稱型納米通道，包括柱狀、沙漏形、雪茄形、啞鈴形和圓錐形、漏斗形、子彈頭形和非對(duì)稱沙漏形等（圖2）。功能化納米通道是實(shí)現(xiàn)外界刺激響應(yīng)性和操控納米流體輸運(yùn)特性的有效手段，已經(jīng)在生物傳感器、藥物輸送、環(huán)境監(jiān)測(cè)、過濾和納流體器件中得到了廣泛應(yīng)用。利用功能性分子如樹狀大分子和肽核酸探針功能化納米通道，可以實(shí)現(xiàn)高選擇性和高靈敏監(jiān)測(cè)目標(biāo)分析物（圖3）。

  隨后，文章介紹了近年來國內(nèi)外課題組基于聚合物納米通道穩(wěn)態(tài)生物傳感器對(duì)離子（陽離子與陰離子）、小分子（無機(jī)分子與有機(jī)分子）、核酸、蛋白質(zhì)和病原體的檢測(cè)應(yīng)用（圖4-10）。最后，作者指出了基于聚合物納米通道傳感器存在的問題和挑戰(zhàn)，為今后的研究指明了方向。

圖4 聚合物納米通道生物傳感器用于金屬離子檢測(cè)：（a）Zn²⁺，（b）Cu²⁺，（c）Fe³⁺，（d）Ag⁺

圖5 聚合物納米通道生物傳感器用于鹵素離子檢測(cè)：（a）F^-，（b）F^-，（c）Cl^-

圖6 聚合物納米通道生物傳感器用于無機(jī)小分子檢測(cè)：（a）NO，（b）NO，（c）H₂S

圖7 聚合物納米通道生物傳感器用于神經(jīng)遞質(zhì)和藥物檢測(cè)：（a）乙酰膽堿，（b）可卡因，（c）萘普生，（d）普萘洛爾

圖8 聚合物納米通道生物傳感器用于核酸分子檢測(cè)：（a）DNA，（b）miRNA，（c）miRNA

圖9 聚合物納米通道生物傳感器用于蛋白質(zhì)檢測(cè)：（a）鏈霉抗生物素蛋白，（b）乳鐵蛋白，（c）刀豆蛋白 A，（d）磷蛋白

圖10 聚合物納米通道生物傳感器用于赭曲霉毒素A檢測(cè)

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c08582