纳米孔

《新生物学丛书》丛书序

本书序

译者序

前言

作者列表

第1章用于核酸序列分析的固态纳米孔传感器

1?1引言

1?2生物纳米孔

1?2?1α?溶血素

1?2?2噬菌体phi29连接器

1?3固态纳米孔

1?3?1单个纳米孔的加工

1?3?2纳米孔阵列的加工

1?3?3Al2O3薄膜上纳米孔的制备

1?3?4固态纳米孔中的离子导电性

1?3?5固态纳米孔的噪声分析

1?3?6固态纳米孔中的易位事件

1?3?7固态纳米孔传感器的化学修饰

1?4结论

致谢

参考文献

第2章光镊集成的固态纳米孔在分子检测和力谱测量中的应用

2?1引言

2?2实验方法

2?3DNA的检测

2?4力谱测量

2?5建模：电泳与电渗剪

2?6蛋白质涂层的DNA分子的测量

2?7结论

致谢

参考文献

第3章适体修饰的纳米孔在单分子检测中的应用

3?1概述

3?1?1什么是适体？

3?1?2分子折叠、相互作用和生物传感

3?1?3单分子检测与纳米孔技术

3?1?4纳米孔的选择性

3?2对于离子调控的G?四聚体适体折叠过程的认识

3?2?1G?四聚体在纳米孔内的组装

3?2?2G?四聚体在纳米孔中自发的解折叠形态

3?2?3纳米孔与俘获的G?四聚体的相互作用

3?2?4研究折叠与解折叠动力学的分析方法

3?2?5离子调控的G?四聚体适体折叠与解折叠过程

3?2?6意义与影响

纳米孔：生物分子相互作用传感基础■xiv3?3稳定的纳米孔生物芯片用于单分子生物传感

3?3?1纳米孔传感器的研究进展

3?3?2便携、耐用、模块化的离子通道芯片

3?3?3意义与影响

3?4使用适体结合的纳米孔检测单个蛋白质分子

3?4?1检测结合过程而非易位过程

3?4?2集成适体的人工纳米孔

3?4?3玻璃纳米孔的制备与性能

3?4?4适体结合的纳米孔捕捉IgE分子

3?4?5利用结合RNA适体的纳米孔检测生物恐怖战剂——蓖麻毒素

3?4?6优势与发展前景

3?5结论

致谢

参考文献

第4章嵌入生物膜的phi29噬菌体DNA组装马达对双链DNA易位和检测的研究

4?1引言

4?2phi29噬菌体连接体的再造、表达和纯化

4?2?1phi29噬菌体连接体的再造

4?2?2连接体的表达和纯化

4?3包含再造连接体蛋白的脂质囊泡的制备

4?4通过单通道电学检测表征Phi29噬菌体连接体蛋白通道

4?4?1实验安排

4?4?2连接体蛋白插入平面脂质双分子层膜

4?4?3单个或多个连接体通道的电流?电压曲线

4?4?4确定插入脂质双分子层的连接体蛋白数量的解析表达式

4?4?5计算KCl和NaCl缓冲液的校准系数

4?4?6phi29噬菌体连接体蛋白通道与α?溶血素孔的电导比较

4?5双链DNA的易位

4?5?1双链DNA通过phi噬菌体蛋白通道

4?5?2DNA易位阻塞电流事件的表征

4?5?3pH对连接体蛋白通道稳定性和易位行为的影响

4?5?4电流信号的可能形态

4?5?5定量PCR验证dsDNA的易位

目录 xv■4?6运用DNA单向运输机制的phi29噬菌体马达通道

4?6?1改变电压研究dsDNA通过脂质膜上单通道的单向性

4?6?2改变电压极性研究dsDNA通过脂质膜上单通道的单向性

4?6?3通过量化DNA通过多通道膜的频率研究dsDNA的单向易位

4?6?4通过C端组氨酸上标记Ni?NTA纳米金来确定蛋白通道的方向

4?7phi29噬菌体马达蛋白通道的应用及前景

4?7?1一个新的用于研究病毒DNA组装机制的体系

4?7?2基于纳米孔的随机检测

4?7?3纳米孔检测DNA

4?8结论

致谢

参考文献

第5章用于检测特异性DNA的固态纳米孔

5?1引言

5?2制作过程

5?2?1缩孔的沉积过程

5?3依据分子动力学的DNA?纳米孔间的相互作用

5?3?1由纳米孔直径决定的相互作用

5?3?2由外加电压决定的相互作用

5?3?3由外加电压决定的有效纳米孔径

5?4特异性DNA的易位

5?4?1功能化、传感和特异性

5?4?2完整的互补DNA和失配DNA间的区别

5?5生物应用

5?6总结和目标

参考文献

第6章固态纳米孔在蛋白质单分子检测中的应用

6?1引言

6?1?1通过蛋白质孔测量多肽

6?1?2通过固态纳米孔测量蛋白质

6?1?3在纳米孔试验中测得的参数

6?1?4事件分类

纳米孔：生物分子相互作用传感基础■xvi6?2蛋白质易位的原理

6?2?1纳米孔捕获蛋白质

6?2?2易位过程中蛋白质的形状

6?2?3事件的平均电流下降幅度

6?2?4蛋白质易位时间

6?3实验装置和样品制备

6?3?1实验装置

6?3?2固态纳米孔的制备

6?4测量天然蛋白质

6?4?1蛋白质分子尺寸的区分与检测

6?4?2在不同pH条件下测量蛋白质相对电荷

6?5线性氨基酸链易位

6?5?1停止点的电势阱模型

6?5?2在静止点的排除体积

6?5?3影响线性易位电位的参数

6?6时间直方图的比较

6?7结论

6?8未来的趋势

6?8?1蛋白质混合物通过纳米孔筛选

6?8?2开放的挑战

致谢

参考文献

第7章基于半导体材料的固态纳米孔的易位电信号模拟

7?1引言

7?2目的：器件结构描述

7?3计算模型和纳米器件模型

7?3?1计算方法

7?3?2电容器响应的三维自洽模型

7?4电容器响应三维自洽模型的结果和讨论

7?4?1螺旋构象的DNA易位

7?4?2有一个突变碱基的单链DNA链在伸展构象时的易位

目录 xvii■7?5薄膜的电路模型

7?5?1n?掺杂硅电极的模型

7?5?2SiO2层的模型

7?5?3筛选

7?5?4DNA易位的电路模型

7?6SPICE模型的结果和讨论

7?6?1DNA链的易位

7?7结论

致谢

附录

参考文献

第8章固态纳米孔的制备，集成及DNA检测的可行性

8?1引言

8?2单个固态纳米孔的制备技术

8?2?1电子束或激光加热的可控缩孔

8?2?2TEM “钻孔”

8?2?3带反馈的化学腐蚀法

8?3多个纳米孔的集成：电寻址纳米孔

8?4利用固态纳米孔进行DNA测序的构想

8?4?1杂交辅助纳米孔测序(HANS)

8?4?2DNA易位时位置检测的误差分析

8?5受限DNA易位和杂交检测的最新实验进展

8?5?1用磁镊控制DNA穿过固态纳米孔时的反向易位

8?5?2用于杂交检测的纳米孔DNA易位实验

8?6结论

致谢

参考文献

第9章纳米孔在蛋白质活性检测中的应用

9?1引言

9?2通过纳米孔记录描述蛋白质的大小、电荷和构象

9?2?1利用纳米孔确定蛋白质的大小

9?2?2利用纳米孔确定蛋白质的电荷

9?2?3利用纳米孔确定蛋白质的构象

9?3纳米孔检测用于表征平衡结合常数和化学计量数

9?3?1利用纳米孔确定配体和蛋白质结合的化学计量数

9?3?2利用纳米孔确定解离常数

9?4利用纳米孔确定结合的形成和解离速率

9?5利用纳米孔定量检测酶的活性

9?6利用纳米孔进行蛋白质传感的未来展望

致谢

参考文献

纳米孔：生物分子相互作用传感基础■xviii第10章核酸在5 nm以下固态纳米孔的捕获和易位过程

10?1引言：生物大分子通过狭窄纳米孔

10?2DNA俘获的问题

10?2?1理论探讨

10?2?2测量DNA俘获率的实验

10?2?3调整场强增加捕获速率

10?3电压驱动的DNA易位

10?3?1易位时间分布：DNA?纳米孔相互作用对分布形态的影响

10?3?2纳米孔尺寸对DNA转移的影响

10?3?3DNA长度与转移动力学的关系

10?3?4盐梯度对转移动力学的影响

10?4结论

致谢

参考文献

第11章基于纳米孔的DNA测序和DNA行为控制

11?1DNA测序

11?1?1Sanger测序法

11?1?2荧光原位测序法

11?1?3焦磷酸测序

11?1?4基于纳米孔的DNA测序： 挑战和机遇

11?2控制纳米孔中DNA的运动

11?2?1黏度、电压、离子浓度和温度控制

11?2?2用有效电驱动力和光镊方法控制纳米孔中DNA的运动

11?2?3磁镊

11?2?4“DNA晶体管”

11?3讨论： 测序以外的研究

致谢

参考文献

目录 xix■第12章基于纳米孔的第三代DNA测序技术

12?1引言

12?1?1单分子测序

12?1?2纳米孔单分子测序的前景

12?1?3本章概要

12?2利用合成纳米孔进行单分子测序

12?2?1纳米孔制备

12?2?2DNA运输至纳米孔

12?2?3合成纳米孔捕获DNA

12?2?4纳米孔中的噪声

12?3结论

致谢

参考文献

第13章生物通道在恐怖战剂和生物分子检测中的应用

13?1引言

13?2平面双分子层检测

13?3爆炸物和化学战剂的检测

13?3?12,4,6?三硝基甲苯

13?3?2液体炸药

13?3?3神经毒剂的水解产物

13?4生物分子检测

13?4?1多肽

13?4?2DNA

13?5实际样品的纳米孔分析

13?6结论

参考文献

第14章纳米孔力谱：分子动力学模拟

14?1引言

14?1?1纳米孔力谱实验

14?1?2分子动力学模拟

14?1?3本章概述

14?2蛋白质?DNA复合物的断裂

14?3DNA发夹结构的解折叠

14?4纳米孔内DNA的受力

14?5结论

致谢

参考文献

索引

图版 纳米孔：生物分子相互作用传感基础■

纳米孔检测技术的理论提出于20世纪末，被认为是能够首先解决单分子、非标记检测的重要技术之一。《纳米孔：生物分子相互作用传感基础》围绕纳米孔技术这个主题，介绍了纳米孔结合生物标记检测技术，以及其用作基因组测序和疾病早期检测的最新研究进展。全书共分14章，分别邀请了国际上纳米孔研究领域起步最早、成果丰硕的研究小组的领军学者，从纳米孔技术研究的各个角度，如理论计算、实验体系、数据模拟和分析以及应用性检测等方面的发展历史、当前近况以及发展趋势等进行了介绍和总结。