郭雪峰课题组在单分子检测研究领域取得重要进展

单分子检测技术是一种在单分子水平揭示组装单元/生物分子之间相互作用的微妙方法。它可以提供集合实验中隐藏的分子结构和功能之间的丰富信息，因此被广泛应用于单个相互作用事件的动力学研究中。针对传统单分子荧光检测方法可能遇到的荧光标记、光漂白和时间分辨率不足等问题，北京大学化学与分子工程学院的郭雪峰课题组结合无损、无标记和实时检测的优势，开发了一种基于硅纳米线生物传感器和石墨烯分子器件的单分子动力学研究新方法。相关结果发表在《德国应用化学》(Angew。化学。Int。艾德。2016，55，9035)和科学进步(Sci。Adv. 2016，2，e1601113)。

在基于硅纳米线器件的单分子检测的研究方向上，他们成功构建了单分子生物传感器(Angew。化学。Int。艾德。2014，53，5038)通过将微纳加工技术和界面化学修饰结合在他们以前的工作中，并希望将单分子检测技术扩展到单个生物分子相互作用的研究。为此，他们将锁相放大器与超快采样速率和超高信噪比相结合，构建了一个亚微秒级时间分辨率的单分子电学测试平台。利用这个平台进行测试，他们在PBS溶液中捕获了由单个发夹DNA分子修饰的硅纳米线生物传感器的双稳态振荡信号。通过一系列温度梯度电学测试，获得了单个DNA分子折叠和展开过程的详细热力学和动力学信息。该信息与传统光学手段测量的结果完全一致，验证了单分子电检测平台的可靠性。更重要的是，依靠测试平台的高灵敏度和高时间分辨率，他们从实验中直接观察到单碱基对分辨率的杂交动力学过程，并提出一个动态拉链模型来解释单碱基对的杂交过程。这项工作发表在《德国应用化学》(Angew。化学。Int。艾德。2016，55，9035)，被评论家称为“先锋”。

在基于碳基分子器件的单分子检测的研究方向上，郭雪峰的研究团队长期致力于碳基单分子器件制备方法的研究，解决了单分子器件制备困难、稳定性差的难题。在此基础上，该研究小组成功地将石墨烯电极应用于单分子光电器件的构建(Science 2016，352，1443；Angelw.chem.int.ed. 2013，52，8666)和生物传感器(angelw.chem.int.ed. 2012，51，12228；化学。Sci。2015年，6，2469；j .板牙。化学。B 2015，3，5150).最近，他们与美国西北大学的研究小组合作。利用石墨烯基分子器件作为测试平台，他们在石墨烯电极之间的“分子机器”中连接了最常见的轮烷分子，并研究了轮烷与甲基紫精主分子和客体分子之间的反应动力学。与质谱和核磁共振等传统研究方法相比，石墨烯基分子器件具有无标记和实时监测的优点，并且不依赖于大型测试仪器。该方法为分子反应动力学中单分子器件的研究开辟了新的篇章，在探索反应动力学和揭示有机反应机理方面具有潜在的应用前景。这项工作发表在11月25日的《科学进步》杂志上。Adv. 2016，2，e1601113)。

这项工作得到了国家自然科学基金、科技部和教育部的支持。特别感谢西北大学的弗雷泽·斯托达特教授、北京师范大学的齐传民教授和天津大学的苏继豪教授。