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Elements納米孔檢測技術的核心原理及實際應用場景介紹

瀏覽次數:39 發布日期:2025-7-16  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負
納米孔檢測技術
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。

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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)

✔ 獨立可編程電壓,支持高通量篩選

e384(384通道)

 
✔ 工業級吞吐量,適合大規模測序和藥物開發

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。

發布者:禮智生物科技有限公司
聯系電話:18260099904
E-mail:info@leads-tech.com

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