新方法实时测量纳升血液中的单个分子

由化学生物学副教授Giovanni Maglia领导的格罗宁根大学科学家设计了一种纳米孔系统，能够在几秒钟内同时测量各种生物体液中的不同代谢物。电气输出信号可轻松集成到电子设备中，用于家庭诊断。结果发表在Nature Communications上。

测量体内的许多代谢物或药物是复杂且耗时的，并且通常不可能进行实时监测。通过单个纳米孔的离子电流正在成为标准生化分析的有前途的替代品。纳米孔已经集成到便携式装置中以确定DNA序列。“但是，基本上不可能使用这些纳米孔来特异性识别复杂生物样本中的小分子”，Maglia说。

传感器

一年前，Maglia演示了如何使用纳米孔来识别蛋白质和多肽的“指纹”，甚至可以区分出一种氨基酸不同的多肽。现在，他已经调整了这个系统来识别生物体液中的小分子。为此，他使用了一个更大的圆柱形纳米孔，并添加了底物结合蛋白。'细菌使数百种这些蛋白质结合底物，以便将它们运输到细胞中。这些蛋白质的特性已经发展了数十亿年。

Maglia使结合蛋白适应纳米孔内部。如果蛋白质然后与其底物结合，则其改变其构象。这反过来又改变了通过孔隙的电流。Maglia解释说，我们正在使用结合蛋白作为电传感器来检测基质的单个分子。可以将孔结合到标准装置中，该装置同时分析数百个单独孔的电流。为此，科学家们正在与这种技术的全球领导者Oxford Nanopores合作。

血，汗和尿

通过添加两种对葡萄糖和氨基酸天冬酰胺特异的底物结合蛋白，Maglia能够在一分钟内从一滴血液中获得两者的读数。他说，可以使用实时葡萄糖传感器，但天冬酰胺分析通常需要数天。Maglia的方法适用于血液，汗液，尿液或任何其他体液，无需制备样品。底物结合蛋白位于膜的一侧，样品位于另一侧。“由于孔隙很窄，混合只发生在纳米孔内，因此系统可以连续运行，”他解释道。

现在的挑战是为更多底物(包括药物)鉴定合适的结合蛋白。到目前为止，Maglia的团队已经发现了十个。但他们需要调整以适应毛孔。目前，我们并不真正理解这种机制，因此找到正确的蛋白质是一个反复试验的问题，“他说。Maglia正在寻找机会建立一家提供这些结合蛋白的公司。“如果我们能够建立一个特定于数百种不同代谢物的蛋白质的系统，我们将创造一种真正具有破坏性的医疗诊断新技术。”