纳米孔在核酸测序和检测方面已经取得了重大突破，商品化设备已面向各个领域开展广泛应用，但在蛋白质测序与高效检测方面仍然面临巨大挑战性。其主要原因是由于蛋白质的固有分子特性(例如:净电荷、极性、分子构象和尺寸)和检测环境的复杂性(例如：生物体液)，导致纳米孔对蛋白质检测的信号分辨率不理想，经常出现检测可行性、选择性和灵敏度差等问题，无法满足在实际应用中的需求。因此，针对蛋白质分子检测，尤其是对不同环境下疾病生物标志物的高效检测，如何设计、选择合适的检测方法及分析策略，使其能够产生更容易识别的蛋白分子信号已然成为纳米孔单分子检测领域急需解决的核心问题。
近日，我院在疾病生物标志物检测研究中取得进展，研究人员设计了一种基于分子三明治与DNAzyme催化反应协同的纳米孔电化学检测方法。方法中首先通过含有捕获抗体-抗原-检测抗体的分子三明治来特异性的捕获疾病抗原(以HIV p24抗原为例)，然后将DNAzyme (10-23)通过生物素-链亲和素相互作用与检测抗体连接，在Mg2+存在下，DNAzyme催化反应被触发，酶裂解核酸底物并释放独特的核酸片段作为纳米孔检测的信号分子。研究证实了该方法在其他疾病抗原存在下的检测稳定性和敏感性，同时可以满足对人血清环境中靶抗原分子的高效检测 (HIV p24检测限 ~ 1.24 pM)。该方法借助更容易检测与识别的核酸分子，来替代复杂和难以读取的蛋白质分子，间接实现对蛋白分子的高效检测。研究所建立的DNAzyme-纳米孔相结合的电化学分析方法是针对蛋白质高效检测应用的创新设计，并且该方法可以根据不同疾病选择不同的抗体-抗原免疫反应，具有非常高的特异性和普适性，在疾病诊断和预后评估中具有重要应用潜力。
受英国皇家化学会New horizons in nanoelectrochemistry Faraday Discussion大会组委会邀请，上述研究结果以 “Molecular sandwich-based DNAzyme catalytic reaction towards transducing efficient nanopore electrical detection for antigen proteins”为题发表在期刊Faraday Discussions《法拉第讨论》，重庆邮电大学联合培养硕士研究生王乐冰为论文第一作者，长春理工大学联合培养博士研究生殷博华、Youwen Zhang（美国罗格斯大学Rutgers University）和王亮（中国科学院重庆研究院）为论文共同通讯作者。该工作得到了科技部国家重点研发计划、重庆英才、重庆市自然科学基金、中国科学院“青促会”以及重庆中科德馨生物科技有限公司的支持。注：法拉第讨论是独特的国际讨论会议， 100多年来，在300多场会议中法拉第讨论引领了化学、物理和生物学之间的科学对话，许多讨论已成为各自领域具有里程碑意义的会议，其独特的形式允许讨论并建立新的合作关系。法拉第讨论的论文仅通过法拉第讨论科学委员会选择、邀请提交发表。
论文链接DOI https://doi.org/10.1039/D4FD00146J
图一：分子三明治和DNAzyme催化反应协同的纳米孔疾病抗原高效检测