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  近年來，基于仿生聚合物納米通道（又稱納米孔）的生物傳感器因其可控的通道尺寸和形狀、多功能表面化學、獨特的離子傳輸特性和良好的應用穩(wěn)定性而備受關注�；诜�(wěn)態(tài)傳感的納米通道生物傳感器在高靈敏度、快速響應、無尺寸限制的目標分析物和廣泛的適用范圍等方面具有明顯的優(yōu)勢。其中，基于聚合物材料的納米通道因其制造靈活、應用廣泛而表現突出。

  近期，中國科學院理化技術研究所江雷院士課題組在ACS Nano上發(fā)表了題為“Bio-inspired Track-Etched Polymeric Nanochannels: Steady-State Biosensors for Detection of Analytes”的綜述文章。文章第一作者是成都理工大學材料與化學化工學院汪建副教授，通訊作者為中科院理化所周亞紅博士。該工作得到了國家自然科學基金委員會的支持。這篇綜述基于徑跡蝕刻仿生聚合物納米通道，總結了聚合物基納米通道穩(wěn)態(tài)生物傳感器作為檢測與生命體相關目標物平臺的最新進展，并就該研究領域在未來的研究方向和發(fā)展前景進行了展望。

圖1 聚合物納米通道作為穩(wěn)態(tài)生物傳感器平臺檢測五類目標物

  該文章首先介紹了仿生納米通道傳感器的設計策略，對比了電阻-脈沖傳感器和穩(wěn)態(tài)傳感器的檢測原理和應用范圍，指出納米通道穩(wěn)態(tài)生物傳感器在高靈敏度、快速響應、無尺寸限制的目標分析物和廣泛的適用范圍等方面具有明顯的優(yōu)勢。概述了目前聚合物納米通道穩(wěn)態(tài)生物傳感器主要檢測的五類目標物，包括離子、小分子、核酸、蛋白質和病原體（圖1）。

圖2 離子徑跡蝕刻法制備各種形狀的聚合物納米通道

圖3 利用刺激響應功能分子對聚合物納米通道內表面進行物理化學修飾

  其次，作者介紹了制備聚合物納米通道的常用方法：離子徑跡蝕刻法。此方法廣泛應用制備對稱和非對稱型納米通道，包括柱狀、沙漏形、雪茄形、啞鈴形和圓錐形、漏斗形、子彈頭形和非對稱沙漏形等（圖2）。功能化納米通道是實現外界刺激響應性和操控納米流體輸運特性的有效手段，已經在生物傳感器、藥物輸送、環(huán)境監(jiān)測、過濾和納流體器件中得到了廣泛應用。利用功能性分子如樹狀大分子和肽核酸探針功能化納米通道，可以實現高選擇性和高靈敏監(jiān)測目標分析物（圖3）。

  隨后，文章介紹了近年來國內外課題組基于聚合物納米通道穩(wěn)態(tài)生物傳感器對離子（陽離子與陰離子）、小分子（無機分子與有機分子）、核酸、蛋白質和病原體的檢測應用（圖4-10）。最后，作者指出了基于聚合物納米通道傳感器存在的問題和挑戰(zhàn)，為今后的研究指明了方向。

圖4 聚合物納米通道生物傳感器用于金屬離子檢測：（a）Zn²⁺，（b）Cu²⁺，（c）Fe³⁺，（d）Ag⁺

圖5 聚合物納米通道生物傳感器用于鹵素離子檢測：（a）F^-，（b）F^-，（c）Cl^-

圖6 聚合物納米通道生物傳感器用于無機小分子檢測：（a）NO，（b）NO，（c）H₂S

圖7 聚合物納米通道生物傳感器用于神經遞質和藥物檢測：（a）乙酰膽堿，（b）可卡因，（c）萘普生，（d）普萘洛爾

圖8 聚合物納米通道生物傳感器用于核酸分子檢測：（a）DNA，（b）miRNA，（c）miRNA

圖9 聚合物納米通道生物傳感器用于蛋白質檢測：（a）鏈霉抗生物素蛋白，（b）乳鐵蛋白，（c）刀豆蛋白 A，（d）磷蛋白

圖10 聚合物納米通道生物傳感器用于赭曲霉毒素A檢測

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c08582