李永新Anal. Chem.：单分子研究蛋白质-适体相互作用及在单玻璃纳米孔内的传感！

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研究内容

固态纳米孔为单分子传感策略提供了纳米受限空间。在单分子水平上评估蛋白质的行为和蛋白质相关的相互作用对于更好地理解生物过程和疾病越来越重要。

安徽师范大学李永新教授课题组使用适配体功能化纳米孔用于癌胚抗原（CEA）及其适配体的动力学分析的传感平台，该适配体是重要的癌症生物标志物。癌胚抗原（CEA）是最广泛使用的肿瘤生物标志物之一，被选为研究蛋白质与适配体修饰的纳米孔之间相互作用的靶点。CEA分子被固定在纳米孔内表面上的适配体捕获，并且CEA分子和适配体之间存在复杂的相互作用，这是缔合和解离的过程。结果表明，与裸金修饰的纳米孔相比，功能化纳米孔中CEA分子的易位具有深度阻断程度和长时间，可以用于CEA传感。相关工作以“Single-Molecule Investigation of the Protein-Aptamer Interactions and Sensing Application Inside the Single Glass Nanopore”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

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研究要点

要点1. 作者首先制备了适配体修饰的纳米孔：首先通过紫外线照射将金膜修饰在裸石英纳米孔的内壁上。通过金硫醇化学将硫醇适配体嵌入金涂层纳米孔尖端的金表面，生成适配体修饰的纳米孔。CEA蛋白可以通过硫醇基和纳米孔内的适配体之间的相互作用来检测。

要点2. 作者制备了具有小直径的适配体功能修饰的纳米孔，为理解单分子相互作用提供了电化学受限空间。CEA分子在Au涂层纳米孔中的易位仅产生具有小阻断电流和短持续时间的尖峰状信号。然而，当CEA分子通过适配体修饰的纳米孔的孔口时，由于CEA分子与修饰在纳米孔内壁上的适配体相互作用，因此可以产生具有深度阻断程度和长持续时间的特征信号。每个特征信号（II型）表示适配体和CEA分子之间的相互作用，这是CEA与其适配体之间的结合和分离过程。

要点3. 基于II型信号的统计分析，作者可以监测CEA分子的过程−并在单分子水平上获得CEA和适配体的结合解离常数（κd）。此外，CEA易位的频率与CEA的浓度有关。结果表明，与裸金修饰的纳米孔相比，功能化纳米孔中CEA分子的易位具有深度阻断程度和长时间，可以用于CEA传感。

该传感方法在CEA检测中具有方便、快速、灵敏、稳定、成本低等优点，在实际样品中CEA的检测中具有潜在的应用价值。

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研究图文

图1. 用Au涂层纳米孔（A）和适配体修饰的纳米孔（B）进行单CEA分子检测。

图2.在+500mV的偏置电压下，CEA分子与Au涂层纳米孔的纳米孔易位实验。

图3. 在+500mV的偏置电压下，用CEA适配体修饰的纳米孔进行CEA分子的纳米孔易位实验。

图4.（A）CEA平均事件间隔和停留时间与CEA浓度的倒数图。（B）堵塞事件频率和CEA浓度在0.01至1 nM之间的线性拟合图。

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文献详情

Single-Molecule Investigation of the Protein-Aptamer Interactions and Sensing Application Inside the Single Glass Nanopore

Mengya Cao, Lijun Zhang, Haoran Tang, Xia Qiu, Yongxin Li*

Anal. Chem.

DOI: 10.1021/acs.analchem.2c02660