Elements納米孔檢測技術的核心原理及實際應用場景介紹
在生物技術、醫學研究和納米科學領域，精準、高效的分子檢測技術一直是科學家們追求的目標。近年來，納米孔檢測技術因其高靈敏度、高通量和實時分析能力，成為DNA測序、蛋白質分析和單分子檢測的重要工具。Elements 作為該領域的領先品牌，推出了一系列高性能納米孔檢測儀器，涵蓋從基礎研究到工業級應用的全方位需求。
今天，我們將深入解析Elements的納米孔檢測技術，從核心原理到產品優勢，再到實際應用場景，帶您全面了解這一革命性的檢測方案。
一、納米孔檢測技術：從原理到應用
1、什么是納米孔技術？
納米孔檢測技術（Nanopore Sensing）是一種基于電生理學的單分子檢測方法。其核心原理是通過在脂質雙層膜或固態材料上制造納米級孔道（通常直徑1-10nm），施加電壓驅動分子（如DNA、蛋白質）通過孔道。當分子穿過時，會短暫阻塞離子電流，產生特征性電流信號，從而實現對分子的識別和檢測。
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分子自組裝形成的納米級孔道，其孔徑通常在 1-10納米范圍內，具有精確的分子識別能力。
技術特點：
🔷天然蛋白質孔道：由生物分子（如α-溶血素、MspA、CsgG等）構成，具有天然的高選擇性和原子級精確的孔徑。
🔷 高靈敏度：可識別單分子，如DNA、RNA、蛋白質等，適用于超低濃度檢測。
🔷易功能化：可通過基因工程或化學修飾優化孔道特性（如提高穩定性、調節孔徑）。
🔷局限性：機械穩定性較差（易受pH、溫度影響），壽命較短，通常需要電解質溶液環境。
主要應用：
✔ DNA/RNA測序
✔ 蛋白質分析（檢測蛋白質折疊、翻譯后修飾）
✔ 小分子檢測（如藥物篩選、環境污染物監測）
✔生物傳感器（結合適配體或抗體，用于疾病標志物檢測）
3、什么是固態納米孔？可用來做什么？
固態納米孔是通過微納加工技術在人工材料（如硅、氮化硅、石墨烯）上制造的納米級孔道，孔徑可調控（1-100納米）。
技術特點：
🔷人工材料制備：通常由硅基（SiN、SiO₂）、石墨烯、氮化硼等材料制成，孔徑可精確調控（1-100 nm）。
🔷高機械穩定性：耐高溫、耐化學腐蝕，適用于苛刻環境。
🔷可集成化：易于與微流控、電子器件（如FET）集成，適合大規模制造。
🔷挑戰：表面修飾較復雜，信噪比可能低于生物納米孔。
主要應用：
✔ DNA/RNA測序（長讀長測序，無酶依賴）
✔ 單分子分析（如蛋白質構象變化、病毒顆粒檢測）
✔工業檢測（納米顆粒、聚合物表征）
✔仿生器件（人工離子通道、能量存儲）
二、Elements納米孔產品核心特點
01、高帶寬傳感
支持高達100kHz的采樣頻率，可捕獲納米孔信號的細微動態變化（如DNA/RNA易位、蛋白質折疊等）。
02、模塊化設計
用戶可靈活更換Flowcell（標準版與高通量版），適配不同實驗需求。
03、低噪聲電子學
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、實時數據處理
集成軟件支持實時信號可視化和分析，兼容Python/MATLAB等工具。
明星產品
圖1. Nanopore Reader 100kHz及配套Flow Cell
用戶實例 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α-溶血素（α-Hemolysin）納米孔的易位記錄。該蛋白質被嵌入由DPhPC（二植烷酰磷脂酰膽堿）構成的脂質雙層膜中，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
環境：對稱性1M KCl溶液，PH 7
溶液中預先存在的PEG1000分子穿過α-溶血素通道，產生負向單個阻斷信號。通道蛋白直接加入溶液并自動組裝入DPhPc形成的雙層膜中。
三、Elements納米孔檢測儀器全解析
生物納米孔系列
高靈敏度，適用于脂質雙層膜研究
eOne
便攜式單通道電流放大器
✔ 超低噪聲（0.42 pA rms @10 kHz）
✔ 手持設計（僅40克），USB供電，適合現場實驗
✔ 支持脂質雙層膜和電化學檢測
e4 / e16 / e384
多通道電流放大器
e4（4通道）
✔ 低噪聲（3.6 pA rms @100 kHz）
✔ 適用于小規模陣列研究
e16（16通道）
e384（384通道）
固態納米孔系列
高穩定性，適用于工業級檢測
Nanopore Reader HC
大電流低噪聲放大器
✔ 支持 ±4 μA大電流檢測
✔ 低噪聲（32 pA rms @100 kHz）
✔ 適用于固態納米孔和納米顆粒分析
Nanopore Reader 10 MHz
全球首款10MHz超高帶寬設備
✔ 采樣率40 Msps，帶寬10MHz
✔ 適用于超高速信號采集（如納米顆粒瞬態分析）
Nanopore Reader 4×10 MHz
四通道超高帶寬系統
✔ 4通道同步采集，每通道26.6 Msps
✔ 適用于多納米孔并行檢測
四、應用案例及高分文章
1、DNA / RNA 測序
基于生物納米孔（如e384），實現低成本、長讀長測序。
2、蛋白質分析
通過電流信號變化，解析蛋白質折疊、相互作用等動態過程。
3、納米材料研究
固態納米孔（如10MHz設備）可用于納米顆粒粒徑、表面電荷分析。
總結
Elements的納米孔檢測儀器，憑借其超高靈敏度、模塊化設計和廣泛適用性，正在重塑分子檢測的未來。無論是學術研究還是工業應用，這些設備都能提供無與倫比的性能支持。
