10、纳米孔技术在分子机器人与生物检测中的应用

纳米孔技术在分子机器人与生物检测中的应用

1. 液滴微流控与分子机器人的兼容性

液滴微流控与分子机器人具有高度的兼容性，这为跨学科研究提供了广阔的空间。例如，可以构建自主分子机器人的身体，还能打造用于分子计算的反应器，其中涉及凝胶自动机、DNA 计算以及 DNA 凝胶和胶囊的构建等。未来，液滴微流控在分子机器人领域有望取得进一步的发展。

2. 纳米孔用于单分子测量及其作为膜门的潜力

2.1 纳米孔在分子机器人中的角色

构建分子机器人需要传感器、智能和执行器这三个要素。基于脂质体的分子机器人以脂质体膜为主体，利用生物膜蛋白或人工膜门作为传感器。膜门系统有多种类型，如 G 蛋白偶联受体、电压依赖性离子通道和纳米孔蛋白。纳米孔蛋白能在膜上形成孔道，实现物质的跨膜运输，且具有浓度或电位梯度驱动的大小选择性运输能力。此外，纳米孔在脂质双分子层中稳定性高且易于重构，因此有望成为分子机器人中膜门的有力候选者。

除了作为机器人元件，纳米孔还作为一种单分子分析方法受到关注。α - 溶血素（αHL）这种纳米孔蛋白在相关技术中应用广泛，基于纳米孔的单分子 DNA 检测和 DNA 测序研究也有诸多报道。由于 DNA 分子与纳米孔在尺寸上具有兼容性，将 DNA 计算技术或 DNA 纳米技术与纳米孔技术相结合，在分子机器人领域具有巨大的潜力。

2.2 纳米孔测量原理

• 纳米孔测量的基础 ：库尔特原理是通过测量导电溶液中颗粒或细胞通过小孔时产生的电阻变化来实现检测。纳米孔测量可视为库尔特计数器的高级应用，将检测孔从微米级（单细胞水平）缩小到纳米级（单分子水平）。通过将成