【引言】

具有功能元素的纳米通道在DNA测序、单分子传感和离子门控等领域有着巨大的前景。离子电流测量是目前的标准检测手段，但离子电流测量仅仅关注纳米通道内壁功能元素(NIWFE)的贡献;纳米通道外表面功能元素(NOSFE)的作用总是被忽略。本文通过使用双电流解读并构建DNA结构来区分NOSFE和NIWFE对离子门控的作用。NOSFE的离子门控能力虽然几乎可被忽略，但它可以与NIWFE结合产生协同效应。此外，与低效率的门控系统相比，高效的门控系统协同效应更为显著。

【成果简介】

近日，夏帆教授团队在纳米通道方面取得了进展。模仿生物通道刺激行为的反应，制备了人工纳米通道。并对纳米通道内壁功能元素(NIWFE)外表面功能元素(NOSFE)的协同作用进行了阐述。此项研究成果以“Role of outer surface probes for regulating ion gating of nanochannels”为题发表在NATURE COMMUNICATIONS上。

【图文导读】

图1：设计原理与实验装置。

（a）纳米通道功能区示意图及离子门控效率相关研究；

（b）DNA基底功能元素（FE）聚集在金属装饰阳极氧化铝（AAO）孔道的不同区域；

（c）该纳米通道的双电流装置示意图。

图2：双电流读数探测低效率离子门控系统。

（a）离子传输（灰色箭头）和电子转移（蓝色箭头）示意图；

（b）-（d）在AAO不同区域的DNA典型组装（DNA TS）及DNA在ATP作用下解组装的方波伏安特性曲线（SWV）；

（e）基于DNA TS的ATP识别中电解电流（EC）信号变化的比较；

（f）-（h）DNA在AAO不同区域进行典型组装（DNA TS）和解组装时的V-I特性。

图3：动态的，可调的，可靠的离子通道行为。

（a）区域构造的ATP分子开关EC信号的动态响应；

（b）ATP识别和反应的特异性

（c）通过反复组装（空心符号）和解组装（实心符号）过程来测试分子开关和离子门控功能；

（d）区域组装功能元素的连续可调离子门控性能。

【小结】

本文模仿生物通道刺激行为的反应，制备了人工纳米通道。通过使用双电流解读并构建DNA结构来区分NOSFE和NIWFE对离子门控的作用。NOSFE的离子门控能力虽然几乎可被忽略，但它可以与NIWFE结合产生协同效应。此外，与低效率的门控系统相比，高效的门控系统协同效应更为显著。