2016年2月29日/生物谷BIOON/--在一项新的研究中，来自美国弗吉尼亚联邦大学的研究人员开发出一种新的分析DNA分子的技术。它有助改善现有的法医DNA检测工作流程以便更快和更加准确地鉴定。相关研究结果于2016年2月19日在线发表在Analytical Chemistry期刊上，论文标题为“Infrared Laser Heating Applied to Nanopore Sensing for DNA Duplex Analysis”。

弗吉尼亚联邦大学人文科技学院物理助理教授Joseph Reiner博士说，“我们非常感兴趣的是，为了研究小片段DNA分子，有日益增加的参数可供研究人员调整。激光加热在过去已被使用，因此我们将这种方法应用到我们的纳米孔技术中，结果发现它有效地区分不同大小的DNA片段。”

纳米孔检测允许研究人员了解溶液中DNA分子的物理和化学性质。纳米孔是一种含有离子流（ionic current）的小孔。当将它引入一种液体样品中时，来自这种液体中的DNA分子能够漂流过这种纳米孔，从而导致这种离子流发生变化。基于这种离子流变化，以及DNA分子停留在纳米孔中的时间长度，研究人员获得关于这些DNA分子的信息。在这种情况下，研究人员对分析这些DNA分子的大小感兴趣。

利用纳米孔检测面临的一个问题这些DNA分子有时会无限期地停留在纳米孔中。研究人员能够通过包括给样品溶液加热在内的多种方式加快这些分子的漂移速度。这能够控制DNA分子和纳米孔之间的相互作用时间，使得能够更加准确地鉴定给定样品中的DNA分子类型。然而，对整个样品溶液进行热浴也存在一些缺点，如缓慢的加热和冷却时间，溶液蒸发。

红外激光加热就能够解决这些问题，这是因为所产生的能量能够精准地加给非常小量的液体样品，从而允许快速地和隔离地加热。Reiner说，“这种激光能够局部加热到纳米孔上，这能够让我们更好地控制DNA与纳米孔相互作用事件的频率，以及DNA分子停留在纳米孔中的时间。通过分析发生的每个事件，我们希望描述液体样品中不同DNA分子的数量和大小。”

根据论文共同作者、弗吉尼亚联邦大学法医科学系助理教授Sarah Seashols-Williams博士的说法，当前的法医DNA谱开发方法依赖于区分DNA片段的大小。能够观察已知在不同人之间存在差异的DNA片段大小的不同意味着知道样品是否含有来自一个人或多个人的DNA。

这种信息将作为法医科学家们的一种预筛选工具，允许他们准确地决定开展进一步分析和工作流程的行动步骤。当前的工作流程缺乏一种预筛选方法，这就使得科学家们经常需浪费时间和资源，开展进一步的测试来理解在证物上发现的DNA。

Seashols-Williams说，“研究人员正希望能够在动员人力和资金进行传统分析之前获得相关信息。这也将有助降低样品积压，这是因为他们能够仅仅使用这种技术就可获得样品信息，从而可以更快地工作。”

doi:10.1021/acs.analchem.5b03631

Infrared Laser Heating Applied to Nanopore Sensing for DNA Duplex Analysis

Christopher E. Angevine†, Sarah J. Seashols-Williams‡, and Joseph E. Reiner

Temperature studies coupled with resistive-pulse nanopore sensing enable the quantification of a variety of important thermodynamic properties at the single-molecule limit. Previous demonstrations of nanopore sensing with temperature control have utilized bulk chamber heating methodologies. This approach makes it difficult to rapidly change temperatures and enable optical access for other analytical techniques (i.e., single-molecule fluorescence). To address these issues, researchers have explored laser-based methodologies through either direct infrared (IR) absorption or plasmonic assisted heating. In this paper, we demonstrate the use of IR-based direct absorption heating with the DNA sensing capabilities of a biological nanopore. The IR heating enables rapid changes of the temperature in and around an α-hemolysin pore, and we use this to explore melting properties for short (≤50 bp) double-stranded DNA homopolymers. We also demonstrate that the IR heating enables one to measure the percentage of different-sized DNA molecules in a binary mixture.