基于离子通道的电化学传感技术研究进展

姜晓晶 梁荣宁 秦 伟

1(中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室和山东省海岸带环境过程重点实验室，中国科学院烟台海岸带研究所， 烟台 264003)2(中国科学院大学， 北京 10049)

1 引 言

生物体的新陈代谢需要不断与外界环境进行物质交换和能量传递，这些过程必须借助离子通道(Ion channel)完成。天然离子通道是细胞膜上一类特殊的亲水性蛋白质微孔道，选择性地使特定离子进出细胞。离子通道最典型的特点是具有选择性和门控制性。选择性是指通道具有选择性通透作用，在通道开放时只允许特定离子顺电化学差流动；门控制性是指通道的开放和关闭，此特性使得通道能够灵敏地感受外界刺激并调节自身的开放和关闭。常见离子通道主要包括两大类：天然生物离子通道和人工合成离子通道。其中，天然生物离子通道主要由生物膜、跨膜蛋白和通道构成，此类型常用的通道主要有葡萄球菌α-溶血素(α-HL)、气单胞菌溶素(Aerolysin)、分歧杆菌属孔道蛋白A(MspA)以及大肠杆菌的外膜蛋白G(OmpG)等。人工合成离子通道是受生物离子通道启发而人工制备的离子通道，该类型的离子通道通常采用一定的基底材料(如聚合物[1]、硅基材料[2,3]、玻璃[4]、氧化铝[5]、石墨烯[6,7]和MoS2[8]等)，利用离子束刻蚀[9]、电子束刻蚀[10]等方法进行制备。两种类型离子通道各有优缺点：天然生物离子通道信号分辨能力强，但稳定性差且不适合大规模生产；人工离子通道尺寸可控、易于阵列化且重现性好，但其制备成本高[11]， 信号噪音较大[12]。……