纳米孔测序，灵感来源！

1989 年，生物工程师大卫·迪默 （David Deamer） 从俄勒冈州尤金市开车回家，在发表演讲后，灵光一闪——一个尤里卡时刻。他把车停下来，用红墨水在笔记本上画了一幅粗略的草图。这个草图[1]将有助于改变DNA定位系统，为个性化医疗打开一扇门。大卫·迪默（David Deamer）“梦想”了一种快速纳米孔DNA测序的方法。

这是一个简单的想法。如果单链DNA可以在电流的影响下“强制”穿过膜上的一个小孔，那么由DNA碱基（A，T，C，G）引起的阻塞将允许读取整个碱基序列。

当时，核酸测序是可能的，但只能使用缓慢而费力的二维色谱法。大卫的草图是通往更好系统的路线图。

他回忆说：“这个想法看起来很合理，但又过了两年，我才告诉同事丹·布兰顿（Dan Branton），我曾于1965-67年在加州大学伯克利分校（UC Berkeley）与他共事。两年后的1993年，我拜访了美国国家标准与技术研究院的约翰·卡西亚诺维茨（John Kasianowitz），以测试这个想法。他知道RNA的均聚物，并建立了一种方法来稳定脂质双层中的溶血素孔，以及如何通过它传递离子电流。我们将RNA添加到溶液中，我们立即开始看到单个分子穿过孔隙，倾向于阻挡离子电流。相当的一刻！几个月后，丹和我重复了这个实验。然后我们知道纳米孔DNA测序很可能是可能的。

1996 年，美国国家科学院 （US National Academy of Sciences） 发表了一篇具有历史意义的论文 [2]，并于 1998 年颁发了专利。

所有生物都充满了毛孔。它们存在于离子泵中，离子泵在细胞中产生化学能。它们的作用是维持电解质失衡，以实现神经信号传导和介导通过细胞膜的选择性生物分子运输。两种特殊的生物结构孔仍然广泛用于纳米孔的早期研究：α-溶血素 （aHL），一种源自毒素金黄色葡萄球菌的孔隙，以及耻垢分枝杆菌孔蛋白 A （MspA）。最早的DNA易位实验是使用aHL孔进行的。

如今，Oxford Nanopore制造的无处不在的MinION测序仪使用CsgG孔的突变体（一种在大肠杆菌中发现的淀粉样蛋白分泌通道）来实现长读长测序。这是一次胜利，是测序的首选工具。

该领域的许多人现在都转向固体材料作为生物纳米孔的替代品。纳米移液器是延伸到纳米级开口的薄玻璃毛细管。固态纳米孔现在也在超薄合成膜上被创造出来。在实践中，这两种解决方案的操作方式非常相似，但纳米移液器的有效长度较长会降低空间灵敏度，而玻璃基板会降低噪声。

与生物纳米孔不同，固态纳米孔坚固、灵活，可以相对容易地集成到其他固态电子器件中。这些特性使它们比生物孔更可取，作为某些应用的长期前景，但仍然存在与较低灵敏度和运动控制相关的功能问题。使用石墨烯、二硫化钼、氮化硅（Si3N4）和单原子层状磷烯旨在解决这些问题。

固态纳米孔的制备和制造的故事引人入胜。[2] 简而言之，平面孔隙是迄今为止最常用的类型。直到最近，平面固态纳米孔都是使用透射电子显微镜制造的。亚原子粒子束被聚焦到纳米级的点上，并钻一个孔。该方法已经运行了 20 年，但这可能是一个漫长而艰巨的过程，需要经验丰富的操作员的毅力和奉献精神。应用这种复杂的电子束钻孔工具的需求阻碍了纳米孔的研究，因为只有少数精英研究机构可以使其正常工作。

新的CBD方法取消了制造和使用固态纳米孔所需的所有昂贵设备。它使整个领域变得更加容易接近，现在是用于快速 DNA 测序的固态纳米孔技术的关键驱动力。

纳米孔技术正在迅速发展，现在有望在更广泛的应用领域提供更快、更准确、更具成本效益的 DNA 测序，例如从小型医院到农场和环境废物处理厂等各种环境中的微生物耐药性和病原体监测。在健康和疾病状态下对细胞基因组进行高通量测序、绘图和比较也将推动疾病诊断的阶梯式变化，以及从传统医学向基于基因组的预防和治疗决策时代的范式转变。