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美国科学家近日揭示了单链DNA在穿越碳纳米管时发生的“易位”过程。这一过程可引发电流的不规则激增，而其中涉及的电子信号特性，或可为纳米孔技术在快速DNA测序中的应用提供帮助。
美国亚利桑那州立大学生物设计研究所的斯图尔特·林赛博士及同事在《科学》杂志上发表的此项研究成果借助了纳米孔技术。纳米孔技术是近来研究人员在微制造技术上的一项突破，可实现单个分子规格内纳米孔的构设，其为单分子的操作和研究提供了更多可能。科学家表示，可以在位于纳米孔两端的电极上施加连续的电压，引发纳米孔封闭通道内离子电流的流动。在这种尺度范围内，即使是单个分子的“通过”也会导致电流作出相应的改变，科研人员可人为将电流进行电子化扩大，得到电流的测量结果。
研究团队采用直径介于1纳米至2纳米间的单壁碳纳米管作为传导通道。当电流被导入纳米管时，由60个或120个核苷酸组成的单链DNA片段也随即进入纳米管中，并在DNA分子携带的负电荷的驱使下，从入口处的正极转移至输出处的负极。结果显示，科研人员可在培育完好的碳纳米管内探测到DNA易位过程中强烈的电子活动突增，而反向偏置电极则可导致电流尖波的消失，当电极恢复原状时尖峰又会重新出现。在全部的DNA样本中，约有20%的样本在易位过程中出现了不规则的离子电流尖波。而DNA的易位速率则由核苷酸的结构及DNA样本的分子质量等因素共同决定。
虽然科研人员仍需构建大量的模型以确定纳米管中涌现出强烈电流的机理，但DNA易位过程中涉及的电子信号特性，或可为纳米孔技术在快速DNA测序中的应用提供相当的帮助。利用纳米孔技术进行快速测序的关键在于对DNA的易位进行精确控制，而碳纳米管可使对纳米孔特性的控制变得更加简易、可靠。
林赛博士强调，如果能进一步完善这一过程，DNA测序的速度可比使用现有方法提升千万倍，成本也将大大降低，从而实现一对一的基因测序，为完善个体化治疗以治愈更多疾病奠定基础。