纳米孔分析化学.pdf

第 4 1卷 2 0 1 3年 5月 分析化学 ( F E NX I H UA XU E ) 特约来稿 Chi ne s e J o ur n a l o f Ana l y t i c a l Ch e mi s t r y 第 5期 6 336 4 0 纳米孔分析化学 DOI：1 0 3 7 2 4 SP J 1 0 9 6 2 0 1 3 3 0 2 2 0 阴笑弘 朱新宇 顾 菁 张 欣 朱志伟 邵元华 ( 北京大学化学与分子工程学院分析化学研究所 ， 北京分子科学I$ I 家实验室， 北京 1 0 0 8 7 1 ) 摘 要源于自然界， 服务于人类社会的纳米尺度装置包括生物及人工制备的纳米孔与纳米通道等。基于这 些纳米尺度装置的分析化学简称纳米孔分析化学。本文对纳米孔分析化学的发展， 特别是近年来在 D NA测 序、 蛋白质分析的进展进行了综述， 对于纳米孔分析化学发展的历史、 基本分类、 原理和应用作了介绍与展望。 关键词 纳米孑 L 纳米通道 ； 纳米孔分析化学 ； 单分子检测； DN A测序； 综述 1 引 言 自2 0 世纪7 0年代以来 ， 随着光学、 微机电加工( M E M S ) 、 纳米科技等的飞速进展， 已经发展了一些 可以使分析化学工作者在单分子水平上探索生命体系的新工具。它们主要包括原子力显微镜( A F M) 、 基于荧光的技术、 磁镊等， 这些技术已经可以使人们探讨生命体系的结构与功能。结合传统的分析 技术 ( 例如 ， x 射线晶体学、 N MR与凝胶 电泳等 ) ， 单分子技术 已经在探索神秘 的生命体系及其过程 中 ( 例如 ， D N A的复制 、 A T P的合成 、 不 同物质穿越细胞等 ) 展现了曙光 。 生物体 内存在各种各样的纳米孔及纳米通道 ， 它们是连接内部与外部并进行能量、 物质交换 的途 径 。科学家们受细胞膜上离子通道的启发制备 了多种人工体系 ， 例如蛋 白纳米孔与人工 固态纳米孔 等， 不仅促进了新型生物传感器、 纳流控装置、 分子过滤设备、 单分子检测等方面的快速发展， 而且极大 地加快了第三代 D N A测序研究的进步 J 。 目前 主要是从这些装置的形状上区分纳米孔和纳米通道 ： 纳 米孔被简单定义为直径在 11 0 0 n m之间 ， 且直径 ( d ) 其深度 ( Z ) 的孔 ； 如果孔的深度远远 大于其直 径 ， 则称这种结构为纳米通道 。目前已构建 的纳米尺度装置包括生物纳米孔 ( 通道 ) ( 由各类蛋 白质分 子镶嵌在磷脂膜上组成) 、 固态纳米孑 L ( 通道 ) ( 包括各种硅基材料 、 S i N 碳纳米管 、 石墨烯 、 玻璃纳米管 等) 及上述两类相结合 的杂化纳米孔( 通道) 。基于这些纳米尺度装置的分析化学 ， 均将其简称为纳米 孔分析化学 ( N a n o p o r e a n a l y t i c a l c h e mi s t r y ) 或纳米孔分析学( N a n o p o r e a n a l y t i c s ) 或纳米孔学 ( N a n o p o r e t i c s ) 。基于纳米孔 的传感技术可能是最年轻 的单分子技术 ， 该技术无需标记 、 无需放大 。 2 纳米孔分析化 学简 介 在纳米孔分析化学的发展历程中， 有几项工作是至关重要的。C o u l t e r 于 2 0世纪 4 0年代末提出了 基于孔( P o r e b a s e d ) 传感的概念 ， 并发明了库尔特粒度仪( C o u l t e r c o u n t e r ) 。库尔特粒度仪 的测量原 理相对简单 ( 见图 1 a ) ， 将一个带有小孔 ( ,tt mmm) 的绝缘膜分开两个电解质槽 ， 分别插入两根电极后 测量离子通过小孔 时电导 ( 电流) 的变化 。C o u l t e r 的发明不仅能够测定小的粒子 ， 更重要的是可 以对细 胞进行分筛和计数， 是历史上为数不多的、 对于临床诊断与检测具有革命性意义的发明。 另外 ， 1 9 7 6年 N e h e r 和 S a k a m a n n采用微米玻璃管所发明的膜片钳技术 ， 测量膜电势 、 研究膜蛋 白及 离子通道 ， 对于纳米孔研究进程具有重要的意义 ， 两人于 1 9 9 1年获得生理与医学诺贝尔奖 。 。1 9 7 7年 D e b l o i s 和 B e a n采用径迹蚀刻法使库 尔特粒度仪 的孔径缩 小到亚微米 ， 这样 可 以检测 纳米 颗粒与病 毒 。对于基于孔传感概念 的真正的第二次革命是 1 9 9 6年 K a s i a n o w i c z 等 采用从金黄色葡萄球菌分 泌得到的 溶血素( H e m o l y s i n ) 镶嵌于磷脂膜上 ， 用于检测单链 D N A( s s D N A) ( 图 1 b ) 。他们不仅将 2 0 1 3 - 0 3 1 2收稿 ； 2 0 1 3 - 0 3 - 2 5接受 本文系国家自然科学基金 ( N o 2 1 0 7 5 0 0 4 ) 和教育部创新团队资助项目 E ma i l ： y h s h a o p k u e d u c a 6 3 4 分 析 化 学 第 4 1卷 孔径从 m( ram) 降到 n l i l 级 ， 而且将分析对象从细胞扩展到离子与生物分子 。另外 ， 还引入了一个与化 学紧密相关 的问题 纳米尺度界面问题 ( 所有分析物与纳米孔或通道均有相互作用 ) ， 突显 了化学 的重要性。该工作不仅宣布了纳米孔学( 纳米孔分析化学) 的诞生， 更重要的是它提供了快速、 廉价 D N A测序的可能性 ， 使纳米孔的研究得到了各国政府、 各大公司及学术界的高度关注与投入 。2 0 0 1年， 物理学家们也加入到纳米孔的研究 中， G o l o v c h e n k o 等 采用离子束在 S i N薄膜上制备固态孑 L 。其优点 显而易见 ， 主要是经久耐用， 易于集成化。近年来将生物纳米孔与固态孔相结合 ， 形成 了杂化孔 ， 有望结 合两者的优点 m ； 另外 ， 还将玻璃纳米管 _ 1 l 1 ， 单层石墨烯用来制备纳米孔_ 1 引。纳米孔的研究是典型 的交叉学科研究 ， 目前朝气蓬勃 、 方兴未艾_ 】 ， J 。图 2列出了一些 目前研究 中采用的纳米孔。 b A 士 l麓 I； l I l 骥 l ll l l 丫 ，圃 Tim e Ti me 图 1 纳米孑 L 测量原理示意图： ( a )在纳米孔上施加电压后， 会导致离子在膜周围发生迁移， 且引起的电流 可用静电计进行检测； ( b )当在一个室中加入带电生物大分子后， 双层膜大分子会扩散通过纳米孔， 并随机 进入孔内， 从而产生可测“ 阻塞脉冲” F i g 1 B a s i c s o f n a n o p o r e me a s u r e m e n t s ：( a )A p p l i c a t i o n o f v o l t a g e a c r o s s a p o r e t ri g g e r s e l e c t roc h e m i c al h a l f - r e a c t i o n s l e a d i n g t o i o n mi g r a t i o n t o wa s t h e me mb r a n e T r a n s p o r t o f t h e i o n s a c r o s s t h e p o r e l e a d s t o e l e c t r i c c u r - r e n t t h a t i s me a s u r e d u s i n g a h i g h b a n d w i d t h e l e c t r o me t e r ；( b )Wh e n c h a r g e d b i o p o l y me r s are a d d e d t o t h e c h a m - b e r ，s u c h a s DNA mo l e c u l e s ，b i o p o l y me r mo l e c u l e s d i ff u s e t o w a r d s t h e p o r e a n d s t o c h a s t i c a l l y e n t e r i t ， p r o d u c i n g a me a s u r a b l e“ r e s i s t i v e p u l s e ( R e p r o d u c e d w i t h p e r mi s s i o n f r o m P h y s L if e R e v ， 2 0 1 2 ， 9 ( 2 ) ：1 2 5 ) 从图 1 a 可见 ， 当采用两个相同的电极 ( 通常是 A g A g C 1 ) 外加 电压测定通过孔 的电流时， 对于两室 中含有相同电解质时 ， 得到的仅为基线 电流 。发生在两个具有快速动力学的非极化电极上的反应分别 是 ： ( 1 ) 正极上发生的氧化反应 ： A g ( s )+C 1 一 一 A g C 1 ( S )+e ( 1 ) 捕获在 电极上的 c l 一 有两种功能： 一是衔接 电子传导电流( 外电路) ； 二是在 电极附近产生电荷的不 平衡 ， 诱使 阳离子( 通常为 K 或 N a ) 穿越膜上的孑 L ； ( 2 ) 发生在负极上的还原反应是 ： A g C 1 ( S )+e A g ( s )+C 1 一 ( 2 ) 电极上释放出来的 C l _ 向孔迁移 ， 电子保证整个电路导通。在整个电势窗中( 例如插入到 K C 1 水溶 液中的 A g A g C 1 电极 ， 电势窗约为 1 V) ， 仅上述反应发生 ， 对于一个纳米孔所得到的电流- 电势响应是 线性的欧姆曲线( 见图1 a 的下部) 。如果外界电压超过电势窗， 水或其他物质可能发生电化学反应， 会引 起溶液 p H值及膜不稳定。因此， 通常情况下纳米孔实验是在外加电势小于 1 V条件下进行。 图1 b 是当一个室中加人带电生物大分子( 例如 D N A ) 时， 在外加电压的作用下得到的电流与时间 的关系曲线。分子穿越纳米孔时会产生一系列的电流阻塞脉冲， 其中的3 个参数， 分子穿越孔的总滞留 时间( t ) 、 脉冲电流的平均阻塞幅值( 8 1 ) 、 两个电流阻塞脉冲之间的间隔时间( 8 ) ， 可被定量地测定。 它们对应于穿越分子的长度 ， 分子与孔 的相互作用 ， 截面大小以及分子在溶液中的浓度 。 噪音是纳米孔实验必须要考虑的大问题 。在整个纳米孔测量 中涉及到离子与电子传导， 溶液 中是 离子导电 ， 而金属连线中是电子传导。正 、 负离子通常会在膜的两边形成一个类似于在电极表面上的平 6 3 6 分 析 化 学 第 4 1 卷 容易定义 ， 是 由纳米孔中最窄 的部分所决定的。 表 1 给出了红血细胞 、 含有 2 0个碱基对的 D N A片段、 K 与 c 1 一 在 2 5水 中所估算的 S t o k e s E i n s t e i n 半径 、 扩散系数及实验条件 。显 然 ， 在基于孔传感过程 中所涉及的离子通常较 所要检测的分析物要小 、 要快及浓度更高。于 是可获得 3个重要的结论 ：( 1 ) 当每个待测分 子穿越纳 米孑 L 时 ， 伴 随着很 多离子穿越该 孔 ； ( 2 ) 为 了保障离子 导通 ， 纳米孔径必须大于待 测离子的动态半径 ； ( 3 ) 具有最小动态半径 的 粒子是小的离子( 约 0 1 n m) ， 离子流过纳米孔 应该能够 区分两个被分析分子在动态大小的细 表 1 血红细胞 、 含有 2 0个碱基对 的 D N A片段 、 K 与 C l 一 在 2 5水中所估算的 S t o k e s E i n s t e i n半径、 扩散系数及实验条 件 T a b l e 1 E s t i m a t e d h y d r o d y n a mi c r a d i i( R H )a n d S t o k e s E i n s t e i n d i f f u s i o n c o e ffic i e n t s I( D)o f a q u e o u s s p e c i e s u s e d i n C o u l t e r c o u n t e r s a n d n a n o p o r e s e n s o r s( T y p i c a l e x p e r i me n t a l c o n c e n t r a t i o n s a r e a l s o l i s t e d) D=k BT 6 ,n r l RH，T=2 9 8 K， 7 =O 0 01 Pa s 微差别( 例如 ， 在一个 D N A碱基上是否带有一个 甲基 ， 或一个 H 或 D 与一个蛋 白质之间的结合) 。由 B o r n O p p e n h e i me r 近似可知 ， 当一个被分析分子通过孔时伴 随着通过孔的离子穿越孔要 比该分子快得 多 ， 因此被分析物相对于离子是静态的。例如， 在 1 tx s中单个 D N A碱基穿越 O t 溶血素孔 ， 若记录的电 流是 2 0 p A， 那 么相 对应 的穿越 的离子数 目是 ： ( 1 1 0 S )( 2 1 0 。 。 A)( 6 0 2 1 0 i o n s m o 1 ) ( 9 6 4 8 5 s A m o 1 ) =1 2 4 i o n s 。这并非仅是纳米孔技术所特有 的， 类似 的情况也存在于单 分子显微技术 中。通常需要多个光子来确认样品中荧光分子的类别与位置。 3纳米孑 L 在 DNA测序的应 用 纳米孔分析化学能够发展到今天 ， 主要驱动力是 D N A测序。D N A测序在甄别复杂疾病 中的遗传 危险因素 、 发展个体化医疗与临床检测中发挥了重要作用 。自从 1 9 9 6年 K a s i a n o w i c z 等 报道 了采用 一 溶血素纳米孔用于检测 s s D N A以来 ， 人们看到了实现 1 0 0 0美元测序 的可能。但后来的实验表明 ， 无 论采用生物纳米孔或固态纳米孔均无法分辨单个碱基 ， 分子穿越孔的速度太快 ， 即无法实现 D N A测序。 最新的研究表明， 生物纳米孔具有如下几个优点： ( 1 ) 细胞可以产生大量的具有原子精度的纳米孔， 而 现有的加工技术还无法复制 ； ( 2 ) X 射线 晶体学已经提供这些生物纳米孔在亚纳米尺度上的精确结构 的信息 ； ( 3 ) 采用 已有的基因工程技术可以调控纳米孔 的物理化学性质 ； ( 4 ) 已得到大量组成与大小不 同的生物纳米孔 。O 溶血素纳米孔是最早也是最 常用 的生物纳米孑 L 。其结构如 图 2 a 所示 ， 长度 约为 1 0 n m， 其主干部分的高度和直径分别为 5 2和 2 6 n m。 溶血素是一种多肽毒素 ， 能够 自组装进植烷醇 卵磷脂双分子层膜中。在p H 8 5 和适当温度下， 这样的蛋白纳米孔的电流在一天内都保持稳定， 但保持 磷脂膜的长期稳定性是困难的， 并且它对环境因素很敏感。另外， 溶血素孑 L 内最窄处仅有 1 4 n m， 这样 仅单链的 D N A、 R N A和聚核苷酸能够穿越该孔， 限制较大的双链 D N A( d s D N A) 、 R N A、 聚核苷酸或蛋白质 的穿越。在通常的实验条件下， s s D N A以非常快的速度穿越该孔( 估计约 1个核苷酸 s ) ， 这样离子电 流的微小变化会被热扰动所掩盖 ， 因而仅采用未被修饰的 O 溶血素孔是不可能对 D N A进行测序的。 在过去的十几年中， 人们探索 D N A测序的策略主要是想方设法 降低 D N A穿孔的速度。曾报道了 主动与被动降低 s s D N A被读 出前在溶液 中迁移的速度 。主动方法是将酶与纳米孔相结合用于调控 D N A 穿孔速度， 采用 D N A聚合酶( 例如， p h i2 9 D N A聚合酶) 可催化 s s D N A象锯齿效应一样逐个地通过 溶血 素纳米孔。也有一些简单的被动降低 D N A穿孔速度的方法， 例如 ， 核苷酸的标记 ； 采用 D N A发卡进行 S S D N A末端终止 ； 将纳米孔内部用带正电荷的物质进行修饰作为分子手刹。但这些方法仍存在这样那样 的 问题与挑战。最近 B a y l e y等 发展了一种更加实用 、 免标记 的测序方法， 通过测量电流阻塞用于连续分 辨4种磷酸脱氧核糖核苷 d A M P， d C M P， d G MP和 d T MP ( 图4 a ) 。通过基因工程在 溶血素纳米孔 内共 价修饰上一个氨基环糊精 ， 从而能够达到这样的选择性 。在优化的实验条件下 ， 可以很准确地读 出单核 苷酸。将这种能够分辨单碱基的平 台与高效 的核酸外切 酶相结合 ， 有望实现 D N A测序。 目前 ， O x f o r d N a n o p o r e T e c h n o l o g i e s 基于该“ 通过消化来测序” 的方法 ， 已于去年推出了两款 D N A测序仪 。 6 3 8 分 析 化 学 第 4 1卷 工 ( 图2 c ) 。原子层沉积( A t o m i c 1 a y e r D e p o s i t i o n ， A L D) 法也被应用于制备 A 1 O 纳米孔 ， 该方法还可扩 展到其它材料 ( 例如 ， T i O ) J 。虽说固态纳米孔的制备技术在过去的十多年发展迅速 ， 但仍很难制备 亚纳米尺度厚的超薄膜纳米孑 L 。常规基于硅材料 的固态纳米孔 的厚度 约为 3 0 n m， 因此还很难用 于 D N A测序。2 0 0 8年 D r n d i c 等 率先报道了基于石墨烯 的纳米孔。他们采用聚集的电子束在悬浮 的石 墨烯膜上制备纳米孔与纳米孔阵列 ， 并利用原位 T E M研究了孔形成的动力学( 图 2 d ) 。单层石墨烯的 厚度与单链核苷酸 的大小相匹配 ， 约为 0 6 n m， 对于 D N A测序很有吸引力 ， 得到了广泛地关注。双链 D N A穿越基于石墨烯的纳米孔时会对离子 电流产生微妙的扰动 ， 类似于 D N A穿越 S i N纳米孔时 的电 流阻塞， 表 明具有折叠和未折叠的 D N A结构 的分子穿越该孔 。穿越的速度为 1 01 0 0个核苷酸 s ， 该 速度对于采用电学的方法检测单个核苷酸太快 了。理论 模拟表明 ， 对于一个直径为 2 4 n m， 厚度为 0 6 n m的石墨烯纳米孔来讲 ， 其分辨率为 0 3 5 n m， 类似于一个核苷酸的大小。如果穿越速度能够降到 1 个核苷酸 m s ， 单核苷酸检测将是可能的。当然 ， 这方面仍需要进行更深入的基础研究 。 目前 ， 固态纳米孑 L 技术所面临的一个主要问题是不能化学上区分两个大小几乎相同的被分析物 ， 因 此 ， 将纳米孑 L 进行化学修饰使其功能化是近年来的研究 热点 - 2 4 。例如 ， 已采用发卡 D N A对 于基于 S i O 的纳米孔表面进行修饰； 可将磷脂双层膜修饰在 S i N或 A 1 O 。 纳米孔上， 在增加选择性之外 ， 还使其 寿命更长。最近 ， 将通过基因工程改造的 溶血素蛋白孔插入到 S i N等 固体纳米孔中形成所谓的生物一 固 体杂化纳米孔。通过化学的方法将一个长链的 d s D N A的末端与 O 一 溶血素结合在一起， 这样可通过电泳作 用使其进入到 S i N纳米孔中， 形成 同轴 ， 呈一条线 的结构。对于该 生物一 固体杂化纳米孔 电导及 d s D N A 穿越时问的测量结果表明 ， 它与支撑在磷脂双层膜 的 一 溶血素蛋 白孔结果一致， 但 电流阻塞 的幅度大 大减低 ， 可能的原因是生物孔的变性及 由于漏 电引起的噪音的增加。显然 ， 需要更多 、 更加深入的探讨 。 4 纳米孑 L 在检测其 它分子 中的应 用 纳米孔除了在 D N A测序 中具有很好的应用前景外 ， 它们还可用于医学及临床诊断。基于纳米孔 的 诊断技术将具有如下优势 ： ( 1 ) 可在非常低的浓度和很小的样品体积下测定 目标分子； ( 2 ) 可同时进行基 因 与生物标志物的筛选； ( 3 ) 由于不需要进行放大及转化 ， 分析测量的速度将很快且费用低廉。固体纳米孔 已应用于研究小 R N A( m i R N A) 的表达谱 ， 准确地测定与定量这些癌症生物标志物对于临床是非常重要的。 最近报道了采用纳米孔测量特定 i m R N A序列的工作 ， 可以达到与常规微阵列技术相当的灵敏度 。另 外， 纳米孔可能应用的领域是分析异常 D N A甲基化。已采用直径约为 2 n m的 S i N纳米孔分析了单核苷 酸多态性( S N P s ) J 。另外 ， 对于病毒与病原体的分析 ， 纳米孔技术同样显示 了其潜能 _ 2 。 除了能够进行与核酸相关的分析和研究外 ， 纳米孔技术还能够分析测定蛋 白质等分子 。在 2 0 1 2年 We i 等 报道了采用基于 S i N膜的固态 纳米孔分析测定单个蛋 白质 A。他们首先将一个圆锥形状 的 S i N纳米孔涂上一层金膜 ， 然后用含有 乙二醇基团的自组装单层膜覆盖金 ， 用于防止蛋 白质的非特性 吸 附。次氮基三乙酸( N T A) 可与 乙二醇基团反应 ， 通过调控 N T A的比例 ， 在该纳米孔上仅修饰上一个 N T A。该酸与重金属 ( 例如 ， N i “) 所 形成 的配 合物可选择性 地识别 连接在 蛋 白质 A上 的 6 组 氨酸 ( H i s ) 。这样带有 H i s 标签的蛋白质 A通过该纳米孔时 ， 可进行选择性地测定。他们还设计了另外一 种具有识别功能的纳米孔用于测定 I g G， 将单个蛋 白质 A通过含有 3个 N T A基团的标签 固定在纳米孔 上 ， 该纳米孔不 仅 能够测 量单 个 I g G， 而且 还 能够 根据 阻 塞 的长短 来 区分 来 自不 同生 物体 的 I g G ( 图 5 a ) 。同样在 2 0 1 2年 ， R o t e m等 也强调了纳米孔中控制识别分子( 元件 ) 的几何形状及化学计 量数在达到单分子蛋白质测量中的重要性。1 O多年前 ， 报道过采用小分子诱饵来修饰蛋 白纳米孔 ， 用 于进行单个蛋 白质测量 ， 例如 R o t e m等采用 的是核酸适体 。在 一 溶血素蛋 白孔的人 口处 ， 他们将一 个与凝血酶有特异性相互作用的核酸适体与半胱氨酸连在一起 ， 两者 的链接可 由一个寡核苷酸与半胱 氨酸的二硫键键合来调节。当一个凝血酶到达纳米孔 口处 ， 会与核酸适体特异结合而产生特定 的电流 响应 ， 从而可对凝血酶进行检测( 图 5 b ) 。相对于其它纳米蛋 白孑 L ， 该体系有如下优势： ( 1 ) 核酸适体偶 合 的方法意味着对于每个新的被分析物 ， 不需要研发出一个新的纳米孔 ， 可通过改变相应的核酸适体来 分析特定 的蛋白， 该策略具有普适性 ； ( 2 ) 在纳米孔外对蛋白质进行分析可以克服 溶血素蛋 白孔 自身 分 析 化 学 第 4 1 卷 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 D e b l o i s R W，B e a n C P ， We s l e y R K A C o l l o i d I n t e rf a c e S c i ， 1 9 7 7 ， 6 1 ( 2 ) ： 3 2 3 - 3 3 5 K a s i a n o w i c z J J ， B r a n d i n E， B r a n t o n D，D e a me r D W P r o c N a t 1 A c a d S c i ， 1 9 9 6 ， 9 3 ( 2 4 ) ：1 3 7 7 0 1 3 7 7 3 L i J ，S t e i n D， M c M u l l a n C， B r a n t o n D，A z i z M J ， G o l o v e h e n k o J A N a t u r e ， 2 0 0 1 ， 4 1 2 ( 6 8 4 3 ) ： 1 6 6 - 1 6 9 Ha l l A R， S c o t t A， R o t e m D， Me h t a K K， B a y l e y H， D e k k e r C N a t N a n o t e c h n o l ， 2 0 1 0 ， 5 ( 1 2 ) ： 8 7 4 - 8 7 7 We i C ，B a r d A J ， F e l d b e r g S WA n a 1 C h e m ， 1 9 9 7 ， 6 9 ( 2 2 ) ： 4 6 2 7 4 6 3 3 L i u S，D o n g Y，Z h a o W ，X i e X， J i T，Yi n X，L i u Y，L i a n g Z，Mo mo t e n k o D，L i a n g D，G i r a u h H，S h a o YA n a 1 C h e m， 2 0 1 2，8 4( 1 3)：5 5 6 5 5 5 7 3 F i s c h b e i n M D， D r n d i e MA p p 1 P h y s L e t t ， 2 0 0 8 ， 9 3 ( 1 1 ) ： 1 1 3 1 0 7 D I NG Ke J i a n ，Z HA NG Ha i Ya n，HU Ho n g G a n g ，Z HAO Ho n g Mi n ，GU AN We i J u n，MA Yu e Hu i C h i n e s e|， A n a 1 C h e m ， 2 0 1 0， 3 8 ( 2 ) ： 2 8 0 2 8 5 丁克俭， 张海燕，胡红刚， 赵红敏， 关伟军， 马月辉分析化学， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 2 ) ： 2 8 0 2 8 5 D e k k e r CN a t Na n o t e c h n o 1 ，2 0 0 7，2( 4) ：2 0 9 2 1 5 S m e e t s R M M， K e y s e r U F ， D e k k e r N H， D e k k e r C P r o c N a t 1 A c a d S c i ， 2 0 0 8， 1 0 5 ( 2 ) ： 4 1 7 - 4 2 1 U r a m J D， K e K， Ma y e r MA C S N a n o ， 2 0 0 8 ， 2 ( 5 ) ： 8 5 7 8 7 2 P o w e l l M R， V l a s s i o u k I ， Ma r t e n s C ，S i w y Z S P h y s R e v L e t t ， 2 0 0 9 ， 1 0 3 ( 2 4 ) ： 2 4 8 1 0 4 H o o g e r h e i d e D P， G a r a j S ， G o l o v c h e n k o J A P h y s R e v L e t t ， 2 0 0 9 ， 1 0 2 ( 2 5 ) ： 2 5 6 8 0 4 C l a r k e J ， Wu H C， J a y a s i n g h e L ， P a t e l A，R e i d S ， B a y l e y HN a t N a n o t e c h ， 2 0 0 9 ， 4 ( 4 ) ： 2 6 5 2 7 0 E i s e n s t e i n MN a t B i o t e c h ， 2 0 1 2， 3 0 ( 4 ) ： 2 9 5 - 2 9 6 I q b a l S M， A k i n D， B a s h i r R N a t N a n o t e c h ， 2 0 0 7， 2 ( 4 ) ： 2 4 3 2 4 8 Wa n u n u M ，Me l l e r ANa n o L e t t ， 2 0 0 7， 7( 6) ：1 5 8 0 1 5 8 5 S i w y Z S ， H o w o r k a S C h e m S o c R e v ， 2 0 1 0 ， 3 9 ( 3 ) ：1 1 1 5 1 1 3 2 Wa n u n u M， D a d o s h T， R a y V， J i n J M， Mc R e y n o l d s L ， D r n d i c MN a t N a n o t e c h ， 2 0 1 0 ， 5 ( 1 1 ) ： 8 0 7 8 1 4 Mi r s a i d o v U， T i m p W， Z o u X， D i mi t r o v V，S c h u h e n K， F e i n b e r g A P ， T i m G B i o p h y s J ， 2 0 0 9 ， 9 6 ( 4 ) ： L 3 2 一 L 3 4 B o t s t e i n D，Ri s c h NNa t G e n e t ，2 0 0 3，3 3( S)： 2 2 8 2 3 7 Z h a o Q， S i g a l o v G， D i mi t r o v V，D o r v e l B ，S l i g a r S ， A k s i me n t i e v A， T i mp G N a n o L e t t ， 2 0 0 7， 7 ( 6 ) ：1 6 8 0 1 6 8 5 We i R S ， G a t t e r d a m V， Wi e n e k e R， T a m p e R， R a n t U N a t N a n o t e c h ， 2 0 1 2 ， 7 ( 4 ) ： 2 5 7 - 2 6 3 R o t e m D， J a y a s i n g h e L ， S a l i c h o u M， B a y l e y HJ A m C h e m S o c ， 2 0 1 2 ，1 3 4 ( 5 ) ： 2 7 8 1 2 7 8 7 H o w o r k a S ， S i w y Z S N a t B i o t e c h ， 2 0 1 2 ， 3 0 ( 6 ) ： 5 0 6 5 0 7 N a m S W，R o o k s M J ， K i m K B ，R o s s n a g e l S M N a n o L e t t ， 2 0 0 9 ， 9 ( 5 ) ： 2 0 4 4 2 0 4 8 L i u H T，He J ，T a n g J Y，L i u H，P a n g P，C a o D，Kr s t i c P，J o s e p h S，L i n d s a y S，Nu e k o l l s CS c i e n c e ，2 0 1 0， 3 2 7 ( 5 9 6 1 )：6 4 6 7 L u a n B Q， P e n g H B， P o l o n s k y S ， R o s s n a g e l S ， S t o l o v i t z k y G ，Ma y n a G P h y s R e v L e t t ， 2 0 1 0 ，1 0 4 ( 2 3 ) ： 2 3 8 1 0 3 Na no po r e An a l y t i c a l Che mi s t r y YI N Xi a o Ho n g，Z HU Xi n Y u，GU J i n g，Z HANG X i n，Z HU Z h i We i ，S HAO Y u a n Hu a ( I n s t i t u t e o f A n a l y t i c a l C h e mi s t r y ， C o l l e g e o f C h e m i s t r y a n d Mo l e c u l a r E n g i n e e r i n g ， B e in g N a t i o n a l L a b o r a t o r y f o r Mo l e c u