在生命科学与医学诊断的前沿领域，能够对单个生物分子进行直接、精准的观测和分析，一直是科学家们追求的目标。近日，中国科学院重庆绿色智能技术研究院的研究团队在这一领域取得了系列重要进展，他们通过创新性地开发新型纳米孔材料与测量方法，成功实现了对有毒化学物质导致的DNA损伤、以及金属离子诱发的阿尔兹海默症相关蛋白聚集的高精度检测，为生命分析化学和精准医疗开辟了新的技术路径。
纳米孔技术：精准测量的“微观隧道”
纳米孔化学计量学是当前极具前景的单分子检测技术。其核心原理类似于让单个分子排队通过一个极微小的孔道(纳米孔)，当分子穿过时，会引起孔道内电流的独特变化，从而像“指纹”一样被识别出来。这项技术可用于检测DNA序列、蛋白质结构以及各类生物化学反应，具有无需标记、高通量、高分辨率的潜力。然而，该技术的发展长期受限于孔道材料的稳定性与检测体系的灵敏度。
突破一：创新构建“炭疽蛋白纳米孔”，提升检测基石
为解决这一核心瓶颈，重庆研究院王亮研究员团队独辟蹊径，将目光投向了一种特殊的生物材料——炭疽蛋白。研究团队巧妙地利用了炭疽病毒蛋白在酸性环境下能自组装形成规则孔道的特性，通过精确调控质子梯度，成功构筑了结构稳定、电学性能优异的功能性炭疽纳米孔。
实验表明，这种新型纳米孔器件具有更高的信噪比和分辨率，为后续高精度分子传感奠定了坚实基础。该突破性工作以封面文章等形式发表在《Journal of Nanobiotechnology》等国际权威期刊上，为纳米孔器件的开发提供了全新的生物材料范式。
突破二：捕捉DNA“隐秘损伤”，单碱基对分辨率实现精确测量
凭借新型纳米孔平台，研究团队向更微观的生命现象发起了挑战。三聚氰胺是一种可能污染食品的有毒小分子，它能“伪装”成DNA的基本单元(碱基)，嵌入DNA链中，形成一种非经典的“胸腺嘧啶-三聚氰胺”氢键碱基对。这种细微的“造假”会导致遗传信息出错，引发潜在病变，但传统方法极难发现。
研究团队利用纳米孔单分子动力学测量技术，首次在单碱基对的分辨率上，实现了对这种非经典氢键结构的精确识别与测量。他们发现，含有三聚氰胺的DNA分子表现出异常的稳定性。这项工作犹如在DNA分子上安装了“高清显微镜”，为理解化学毒物导致的DNA损伤机制提供了革命性的研究工具，相关成果发表在《Small Methods》上。
突破三：解码神经退行性疾病“金属诱因”，实时监测蛋白聚集
团队的另一个研究重点，指向了威胁全球健康的神经退行性疾病——阿尔兹海默症。环境中的重金属离子失衡被认为是诱发该病的重要因素，它能催化大脑中Tau蛋白发生错误折叠和聚集。然而，如何在极低浓度下实时捕捉这一动态过程，是巨大的挑战。
王亮团队再次利用纳米孔技术，实时、原位测量了锌、铜、汞等九种不同金属离子诱导单个Tau蛋白分子发生构象变化的全过程。通过分析电流信号形成的独特“指纹图谱”，他们不仅清晰观测到了蛋白聚集的起始，还首次定量比较了不同金属离子的催化效率强弱顺序(如Zn²⁺ > Cu²⁺ > Hg²⁺)。该研究为从分子层面揭示阿尔兹海默症的致病机理和早期预警提供了全新的高效方法，并荣获了IEEE 3M-NANO 2025国际研讨会优秀论文奖。
应用前景与未来展望
这一系列系统性的研究工作，标志着我国在单分子生命分析仪器与测量技术方面已步入国际先进行列。所发展的新技术不仅在基础科学领域，为在单分子水平研究生物物理化学过程提供了强大工具；更在应用层面展现出广阔前景：
疾病早期诊断：可用于开发超灵敏的病原体检测、早期癌症筛查或神经退行性疾病风险评估工具。
食品安全与环境监测：能够实现对食品中微量有毒化学残留、或环境中特定污染物的高灵敏检测。
基因组学与药物研发：有助于更精准地研究基因修饰、药物与靶标分子的相互作用等。
这些研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个国家级项目的大力支持。随着技术的不断成熟与集成，未来有望转化为具有自主知识产权的核心生物检测设备，为我国的生命健康产业和精准医疗战略提供关键的技术支撑。
