我们的平台基于最近被广泛应用于生物大分子检测的纳米孔单分子技术。该纳米孔道来源于噬菌体DNA分子马达中的连接通道蛋白。该蛋白通道具有漏斗形外观，孔的最窄端直径为3.6纳米，最宽端为6纳米。目前，该纳米孔道已经被成功嵌入人工脂质双分子层中，并且被证明整个系统在各种极端实验条件下非常稳定（包括高盐浓度和极端PH环境）。该孔道的其他优点包括孔径的均匀性和可修饰性，这些优点使得该纳米孔道非常适合于医学诊断。当孔道内部或者末端修饰特定疾病探针后，病人体液样品中的特定疾病分子即可被探针高灵敏的捕捉，并产生特征性电流变化，从而达到诊断目的。该方法的优点在于其可以高精度和高灵敏的区分特异性和非特异性结合，并且可以在单分子水平实时研究结合物的动态相互作用。核心文献摘要如下：
b. Real-Time Sensing and Discrimination of Single Chemicals Using the Channel of Phi29 DNA Packaging Nanomotor
研发一种高度灵敏和可靠的方法来用于检测和识别在高浓度杂质下的极低浓度的单个化学物质，对于环境监测，国土安全，运动员药物监测，毒素/药物筛选和疾病早期诊断非常重要。本文报道了一种用于精确检测单一化学物质的方法。噬菌体phi29 DNA包装马达的连接器通道蛋白由12个蛋白质亚基组成，3.6纳米通道作为双链DNA在包装期间进入和在感染期间释放的通道。 连接器已被嵌入脂质双层中作为膜通道。在这里，我们报道了phi29通道蛋白经过修饰改造，用于检测单分子化学物质。每个蛋白质亚基234位置的赖氨酸被突变为半胱氨酸，由此产生环绕通道壁的12-SH环。通过单通道电导实验证明，通道的SH基团相互作用的化学物质，可以产生非常可靠，精确和灵敏的电流特征。具有活性硫酯集团的乙烷（57Da），胸腺嘧啶（167Da）和苯（105Da）在与半胱氨酸集团相互作用时可以被清楚的区分出来。当每种化学物质与孔道共价结合后可以诱导特征性的电流阻断。化学物质的的瞬时结合也产生从独特的阻塞幅度和信号 。这项研究表明，基于不同的电信号指纹，phi29连接器蛋白可以用于检测那些可以与硫酯或马来酰亚胺反应的化学物质。 结果证明，该通道平台可以进一步开发成非常灵敏的检测装置。
在过去十年中，纳米孔技术已被广泛应用于生物检测。该实验操作规范描述了噬菌体phi29 DNA包装孔道蛋白的克隆，表达和纯化及其随后嵌入脂质膜并应用用于双链DNA（dsDNA）和化学品的检测。phi29纳米通道在嵌入膜后可以在极端实验条件下保持功能和结构完整。当离子和大分子通过该纳米通道时，可以产生可靠的电流指纹变化。与其他被广泛研究的生物孔道相比，phi29纳米通道具有更大的横截面积，这使得dsDNA可以顺利通过。此外，可以在通道的大腔内通过定点突变可以将特异性氨基酸引入孔道内，并使之应用于结合特定配体或分析物。嵌入的纳米通道系统在生物反应器，环境监测，药物监测，药物递送，疾病早期诊断和高通量DNA测序中具有巨大的潜力 。完成该实验操作规范所需的总时间约为1个月。
灵敏度和特异性是生物分子监测，化学检测和疾病诊断的两个最重要的因素。完美的灵敏度是达到可以检测单分子的水平。理想的特异性是达到在存在许多杂质存在的情况下可以检测分析物的水平。快速发展的纳米孔技术趋近于这个理想值。生物体中各种各样的生物马达和细胞孔道执行不同的生物功能。这些设计独特的转运装置激发了基于电流阻堵塞原理的单分子检测的开发。过去的十年纳米技术和纳米生物技术的发展激发了对基于纳米孔仪器研究的快速发展，并且激发了对包括离子，核苷酸，对映异构体，药物和聚合物（例如PEG，RNA，DNA）和多肽的单分子检测的极大兴趣。这种检测技术已经扩展到医疗诊断和第三代高通量DNA测序。该综述覆盖了当前纳米孔检测平台，包括生物孔和固态孔。最近几年，已经有不同的生物纳米孔道被开发出来，但是该综述将集中于三种研究最广的系统，包括用于检测单链DNA的较小通道的α-溶血素和MspA，以及用于双链DNA通过的噬菌体phi29DNA包装马达连接器。每个系统的优点和缺点将会进行比较;他们目前和潜在的在纳米医学，生物技术和纳米技术方面的应用也会被讨论。
生物孔道已经用于研究DNA和其他分子的转运，但是大多数孔道仅允许小分子和单链DNA和RNA转运。 噬菌体phi29 DNA分子马达，允许双链DNA在成熟期进入噬菌体并在感染期间释放。该分子马达包含有 3.6和6nm宽的连接体通道蛋白。 在这里，我们证明这种修饰后的连接器蛋白，可以嵌入脂质体和平面脂质双层，并允许双链DNA通过。 在1M KCl浓度的氯化钾溶液中，单个连接器通道的电导率为4.8nS。 这种改造的和膜适应性噬菌体连接器可以应用检测，生物反应器，基因递送，药物装载和DNA测序。
