納米孔分析方法在有毒物質檢測中的應用

周碩 唐鵬 王赟姣 王亮 王德強

摘 要 納米孔技術作為一種新型的分析檢測方法，被廣泛應用于核酸測序、蛋白質/多肽分析以及病毒、微生物等生物大分子和金屬離子的檢測。隨著人們對公共安全和食品藥品安全等問題的日益關注，對有毒物質的檢測也提出了更高的要求。鑒于納米孔分析方法具有高靈敏度和高選擇性等優點，很多研究團隊將其應用于有毒物質的檢測，進行了很多的研究工作。本文針對近年來納米孔技術在有毒物質檢測中的應用進行綜述，并對其應用前景進行了展望。

關鍵詞 納米孔技術；單分子檢測；有毒物質；靈敏度；選擇性；評述

1 引 言

納米孔分析方法是一種基于電脈沖技術的新型分析檢測技術，通過分析一定電壓下分析物分子穿過納米孔道產生的阻塞電流信號實現對分析物的檢測[1]。不同的分析物通過納米孔時所產生的阻塞電流信號將表現出不同的信號特征（幅值，持續時間等）。而當納米級孔道的孔徑大小在1～30 nm范圍內時，每次只能容許一個分子通過，因此，產生的阻塞電流信號的特征與過孔分子的構象、大小、長度、電荷等固有屬性一一對應。通過分析這些過孔電流信號特征，就可以揭示分析物的結構和組成等重要信息，從而實現對待測物的定性與定量的超靈敏檢測。目前，納米孔技術主要應用于兩大領域，即測序領域和非測序的單分子分析檢測領域。前者主要包括DNA測序[2～10]和蛋白質測序[11～14]，已有多篇綜述報道[15～20]；后者則包括各種非測序的單分子鑒定方面的應用，如多肽的二級結構鑒定[21～26]以及蛋白和適配體等其它單分子構象研究[27-28]，以及作為新型生物傳感器分析方法的應用，如核苷酸鏈中單個堿基差異的識別[29，30]、癌癥標記物的檢測[31]、藥物篩選[32～34]、金屬離子檢測[35～38]等，Yang等[39]曾針對納米孔技術在非基因測序方面的應用做過詳細介紹。

迄今為止，納米孔技術僅有20余年的發展歷史，但已在疾病診斷[40～44]、食品安全[45，46]、環境監測[47～49]和公共安全[50～55]等領域取得了一系列突破性進展。隨著近年來公眾對公共安全和食品藥品安全的要求日益提高，研究者就如何利用納米孔實現對有毒物質的快速高效檢測做了很多工作。本文將對近年來納米孔技術在有毒物質檢測中的應用進行綜述，以期為未來納米孔商業化產品在公共安全、藥品安全及毒品檢查等方面的應用推廣提供技術參考。

2 納米孔技術在公共安全中的應用

2.1 神經毒劑的檢測

神經毒劑是一類以神經組織為靶標的有毒物質，對人體神經系統具有巨大的破壞力，常被用于殺傷性化學武器研制。目前， 主流的神經毒劑檢測方法（如高效液相色譜和氣相色譜-質譜聯用等）靈敏度較高，但需復雜的檢測儀器，因此無法實現神經毒劑的現場快速檢測。Wang等[56]利用納米孔技術快速、簡便的優勢，設計了一種鑒定神經毒劑索曼和環沙林的新方法。 這種方法借助神經毒劑易水解的特性，通過對其水解產物與修飾納米孔相互作用產生的電流信號的觀測，間接對神經毒劑進行定性與定量的分析。神經毒劑索曼和環沙林的主要水解產物通常以小分子CMPA（Cyclohexyl methylphosphonic acid）和PMPA（Pinacolyl methylphosphonate）形式存在，它們通過納米孔時不易產生阻塞電流信號。研究者以β環糊精（β-Cyclodextrin， β-CD）嵌入重組突變后的α-溶血素納米孔中，縮小納米孔孔徑，從而促使CMPA和PMPA在納米孔中與 β-CD發生相互作用，誘導阻塞電流變化，進而實現對索曼和環沙林的有效和靈敏的檢測。如圖1所示， β-CD（紅色）與α-溶血素納米孔結合后，會使納米孔阻塞而產生其特征阻塞電流；隨著在納米孔反應體系中加入CMPA和PMPA，它們會與 β-CD發生相互作用，從而在β-CD特征阻塞電流信號的基礎上產生新的電流信號。此外，由于CMPA和PMPA的結構不同，二者產生的阻塞電流信號也不同，因此可以實現兩者的同時鑒定分析。這種方法對神經毒劑索曼和環沙林水解產物CMPA和PMPA的檢出限分別可以達到0.02和0.01 mg/L。

nce of 40 μmol/L β-CD[56].

2.2 炭疽桿菌的檢測

炭疽毒素（Anthrax toxin）是一種由炭疽桿菌產生的致命毒素，分為水腫毒素和致死毒素，可引發一種人畜共患的急性傳染病，從而引起人畜各臟器和組織的出血性浸潤、水腫和壞死[57，58]。炭疽桿菌會形成“芽孢”，其生命力極其頑強，能抵抗各種殺滅手段，而且壽命極長，深埋、真空封存幾十年后仍然具有很強的感染能力[59，60]。雖然現在醫學診斷和藥物治療等技術取得了突飛猛進的發展，但是人類社會在面臨這種急性傳染病時，依然存在致命風險。以細胞培養、聚合酶鏈式反應、酶聯免疫反應為代表的傳統檢測手段，耗時長，且不適于現場的實時檢測環境，在危機爆發時，無法實現實時的現場快速診斷，因此迫切需要開發一種便捷有效的檢測方法，對炭疽桿菌進行分析和監控。

2.2.1 炭疽致死毒素的檢測 Guan研究團隊針對炭疽的檢測，提出了一種實時、快速、無需標記的納米孔分析方法[50]。該方法以炭疽毒素的重要組成成分——炭疽致死毒素（Anthrax lethal factor，aLF）為研究對象，選擇致死毒素的特異性遺傳DNA片段為檢測樣本，通過分析DNA雙鏈雜化與解鏈在α-溶血素納米孔中產生的特異性電流變化，從而實現對炭疽致死毒素的有效檢測與鑒定（圖2）。他們的研究表明，單鏈DNA探針與炭疽特異性DNA片段（aLF）分別加入納米孔時，各自產生的阻塞電流無法區分，然而將二者的混合物加入納米孔體系后，由于堿基互補促使單鏈DNA探針與炭疽DNA雜化，雜化后的雙鏈DNA分子在通過納米孔時，在外加電壓和與納米孔相互作用的共同推動下，會誘發雙鏈分子的解鏈行為，進而生成一種完全不同的、可識別的電流信號，從而實現對炭疽致死毒素的檢測。該分析方法對炭疽致死毒素特異性DNA片段的檢測具有非常好的選擇性，可以區分單個堿基的突變。此方法在血清中的檢出限低于100 pmol/L。

2.2.2 炭疽孢子分泌物的納米孔分析 納米孔技術對炭疽的檢測，不僅可通過對其遺傳片段的分析實現，也可通過對其孢子分泌物吡啶二羧酸（Dipicolinic acid，DPA）的分析進行， 可為炭疽感染的預防和控制提供更為有效的手段。但是，由于DPA分子太小，無法在納米孔中直接檢測。研究人員借鑒化學中經典的反滴定法設計了一套全新的納米孔分析方法[51]。如圖3所示， Tb3+可以與配體二乙烯三胺五亞甲基膦酸（Diethylene triamine pentamethylphosphonic acid，DTPMPA）和DPA分別發生絡合反應，生成相應的絡合物，反應前后納米孔中可以產生不同類型的可識別的電流變化，但由于DPA與Tb3+絡合力更強，當檢測體系中存在DPA時，會導致電流信號由配體DTPMPA-Tb3+絡合物信號向配體DTPMPA信號的反向轉變，這種變化隨著DPA濃度的增加變得更為明顯。通過這種信號的反轉，可以實現對炭疽芽孢分泌物的有效鑒定。雖然這種方法的靈敏度（34.6 nmol/L）比熒光檢測法（2 nmol/L）低[61]，但該方法無需熒光標記，實驗操作更為簡單。此外，這也是首次將化學定量法中的反滴定法與納米孔技術相結合，為開拓新的分析檢測手段提供了全新思路。

2.3 肉毒素檢測

肉毒素（Bontulinum neurotoxin，BoNTs）是肉毒桿菌產生的分子神經毒素，是已知毒素中毒性最強的生物毒素，致死量為1 ng/kg體重[62]。由于肉毒素可通過食物鏈傳播而危害人類安全，所以也被用作生化武器[63]。目前，在各種肉毒素種類（BoNTs A-G）中只有A、B、E和F對人類有毒害作用[64]。其毒害機理主要是抑制神經末梢釋放乙酰膽堿，引起肌肉松弛麻痹，特別是引起呼吸肌麻痹而致死?；瘜W結構上，肉毒桿菌神經毒素作為一種蛋白分為重鏈和輕鏈，兩者之間由二硫鍵連接。重鏈分子量為100 kDa， 可以對神經系統造成破壞；輕鏈分子量為50 kDa，可以從囊泡穿過進入到細胞溶質中，作為Zn2+誘導的肽鏈內切酶特異性酶切SNARE蛋白復合體，從而妨礙胞吐作用和神經傳遞素的釋放，進而影響神經系統功能[65]。因此，無論是從生化防護還是醫療診斷角度來考慮，都需要對肉毒桿菌神經毒素進行早期、快速的檢測。

納米孔技術作為一種新型的超靈敏的快捷檢測手段已經被成功應用于多肽和蛋白質分析[66～70]。值得注意的是，納米孔可通過對酶切反應中水解多肽的分析實現對蛋白酶功能的研究[43，71，72]。以肉毒素B（BoNTs B）為例（圖4），在Zn2+存在條件下，肉毒素B可以酶切神經細胞突出蛋白（Synaptic protein sb2，1-93），剪切位點位于76～77位氨基酸之間，生成N端Lp-sb2（1-76）和C端sb2（77-93）兩個片段，因此，通過對兩個蛋白片段的納米孔過孔信號進行分析，即可間接檢測肉毒素B[45]。實驗結果證實，以酶切后的sb2（77-93）作為生物標記物（Lp-sb2分子太大，不足以穿過納米孔產生特征電流信號），通過對其在納米孔中的過孔信號的分析，可以在幾分鐘內檢測到低于500 pmol/L的有活性的肉毒素B，這種分析方法在血清樣本體系中效果良好。

3 納米孔技術在藥物安全與毒品檢測中的應用

3.1 可卡因檢測

可卡因在醫學中被用于局部麻醉藥；同時，可卡因又是一種強烈的天然中樞興奮劑，會導致吸食用者變得情緒高漲，且容易產生藥物依賴上癮，被各國政府列為主要違禁藥品之一[73]。常見的可卡因檢測方法主要包括電泳法、色譜法和酶聯免疫吸附法等，這些方法操作繁瑣、成本高，無法進行現場實時檢測。Rauf 等[74]提出了一種基于α-溶血素納米孔的檢測方法，無需化學標記即可實現可卡因的快速、高靈敏分析，采用可卡因DNA適配體探針，該適配體由兩條堿基互補的DNA單鏈組成。當適配體通過α-溶血素納米孔時， 由于孔道最窄處直徑（～1.4 nm）小于雙鏈DNA適配體（～2.2 nm）的直徑，雙鏈DNA在外部電壓推動下，會與納米孔道發生相互作用而解鏈。這種解鏈行為會產生一種可識別的特異性電流信號。加入含有可卡因的樣品后，可卡因會與適配體中的單鏈A特異性結合，形成穩定的Y型復合結構，釋放出單鏈B，提取單鏈B通過納米孔產生的特征電流信號，就可以實現對可卡因的檢測（圖5）。

此外，在0.05～100 μmol/L濃度范圍內，可卡因濃度與適配體B鏈產生的納米孔電流信號事件呈線性關系，因此可以通過檢測適配體B鏈產生的電流信號，推斷出與適配體特異性結合的可卡因的含量，從而定量檢測可卡因在樣品中的含量。該方法的檢測限可以低至50 nmol/L，且適用于復雜的生物體液樣本，例如在人類唾液和血清樣本中同樣具有高選擇性。其它研究團隊也對納米孔技術檢測可卡因進行過相關研究[75]。

3.2 四環素檢測

作為一種常見的抗生素，四環素（Tetracycline，Tet）在醫學中一直被廣泛應用于抑菌、殺菌及霍亂、梅毒、瘧疾、瘟疫等的感染治療[76，77]。但四環素會導致肝損傷、維生素缺乏等多種不良反應。此外，環境中的四環素殘留還會導致細菌產生耐藥性，進而威脅人類和動物的健康。目前常用的四環素檢測方法包括酶聯免疫吸附法[78]、色譜法[79]等，這些傳統檢測方法具有較好的可靠性和穩定性，但操作繁瑣、檢測周期長，無法滿足實時檢測分析的要求。

本研究組設計了一種用于四環素的快速鑒定的納米孔傳感器[33]，選用厚度10 nm的Si3N4為襯底的固態孔，其直徑為8～9 nm。由于四環素可以促使rtTA蛋白和DNA單鏈（TRE）相互結合形成復合體，因此通過分析不同四環素濃度下的復合體特征電流信號，即可實現對四環素的檢測。如圖6所示，在不加入四環素時，rtTA蛋白和DNA單鏈（TRE）的混合物在納米孔中只會引起較小的阻塞電流變化；加入四環素后，rtTA蛋白與DNA單鏈（TRE）結合生成的復合體會大量形成，且其特征電流信號數目隨四環素加入量的增加而增大。采用該方法還可研究四環素與DNA和蛋白之間的相互作用。

3.3 煙草花葉病毒檢測

納米孔不僅可用于DNA、蛋白質、多肽、有機磷化合物等生物化學分子的檢測，還可用于病毒的篩查[41，50]。Wu等[55]利用直徑為30 nm的固態孔，結合郎之萬動力學（Langevin dynamics），研究了煙草花葉病毒（Tobacco mosaic virus，TMV）通過納米孔的動力學過程。煙草花葉病毒通常作用于植物，是煙草花葉病等的病原體，其長度為300 nm，直徑18 nm[80]。由圖7可知，TMV通過納米孔時會產生3種主要的電流阻塞信號。Type A是一種常見的矩形信號，類似DNA的過孔信號；而Type B和Type C信號的開端有不規則的波動，這是由于TMV在進孔前會與納米孔發生相互作用，從而產生預過孔信號。這項研究體現了納米孔在病毒檢測應用方面的潛力。

4 展 望

納米孔分析技術作為一種新的分析手段，具有操作簡便、快速、高靈敏、高特異性和高選擇性等優勢。隨著以納米孔技術為核心的商業化產品的推出，該技術經過不斷改進，在檢測靈敏度、分析物選擇特異性和便攜性等方面日趨穩定，可以相信納米孔作為一種新興的單分子檢測技術，未來將在測序領域和非測序的單分子檢測領域發揮巨大的作用。

但是，納米孔技術作為一種新型的納米傳感器用于實際應用和推廣，還需解決納米孔通量低的問題。另外，納米孔技術對未知檢測物的定性分析是目前納米孔技術所面臨的難題，如測序領域中對未知序列的測定和單分子檢測領域中對未知成分的鑒定等。通過將微納加工、單分子操控、計算機模擬和生物信息學等技術相結合，掌握分子動力學的理論研究方法，建立足夠的理論和研究模型，將有望解決上述難題。此外，將單分子熒光成像技術與納米孔電流信號相結合，實現光電聯合檢測分析，從瞬時電流調制信號和熒光信號中提取相關的動力學或物理參數，更有助于揭示分析物在納米孔中的分子行為，為單分子檢測技術的發展提供更為有力的支持。

References

1 Dekker C. Nat. Nanotechnol.， 2007， 2（4）： 209-215

2 Cao C， Ying Y L， Hu Z， Liao D F，Tian H， Long Y T. Nat. Nanotechnol.， 2016， 11（8）： 713

3 Ayub M， Stoddart D， Bayley H. ACS Nano， 2015， 9（8）： 7895-7903

4 Haque F， Li J， Wu H C， Liang X J， Guo P. Nano Today， 2013， 45（8）： 56-74

5 Cao C， Liao D F， Yu J， Tian H， Long Y T. Nat. Protoc.， 2017， 12（9）： 1901

6 Cao C， Yu J， Li M Y， Wang Y Q， Tian H， Long Y T. Small， 2017， 13（44）： 1702011

7 Manrao E A， Derrington I M， Laszlo A H， Langford K W， Hopper M K， Gilgren N， Pavlenok M， Niederweis M， Gundlach J H. Nat. Biotechnol.， 2012， 30（4）： 349-353

8 Chen X， Roozbahani G M， Ye Z， Zhang Y， Ma R， Xiang J， Guan X. ACS Appl. Mater. Interfaces， 2018， 10（14）： 11519-11528

9 Wang Y， Yan S， Zhang P， Zeng Z， Zhao D， Wang J， Chen H， Huang S. ACS Appl. Mater. Interfaces， 2018， 10（9）： 7788-7797

10 CAO Chan， LIAO Dong-Fang， YING Yi-Lun， LONG Yi-Tao. Acta Chimica Sinica， 2016， 74（9）： 734-737

曹 嬋， 廖冬芳， 應佚倫， 龍億濤. 化學學報， 2016， 74（9）： 734-737

11 Rauf S， Zhang L， Ali A， Ahmad J， Liu Y， Li J. Anal. Chem.， 2017， 89（24）： 13252-13260

12 Tan S， Gu D， Liu H， Liu Q. Nanotechnology， 2016， 27（15）： 155502

13 Li J， Hu R， Li X Q， Tong X， Yu D P， Zhao. Electrophoresis， 2017， 38： 1130-1138

14 Kennedy E， Dong Z， Tennant C， Timp G. Nat. Nanotechnol.， 2016， 11（11）： 968-976

15 Zhang H， Tian Y， Jiang L. Nano Today， 2016， 11（1）： 61-81

16 Fyta M. J. Phys. Condens. Matter Inst. Phys. J.， 2015， 27（27）： 273101

17 Feng Y， Zhang Y， Ying C， Wang D， Du C. Genomics Proteomics Bioinformatics， 2015， 13（3）： 4-16

18 Schneider G F， Dekker C. Nat. Biotechnol.， 2012， 30： 326-328

19 Movileanu L. Protein Pept. Lett.， 2014， 21（3）： 235-246

20 Liu Z， Wang Y， Deng T， Chen Q. J. Nanomater.， 2016： 1-13

21 Ying Y L， Li D W， Liu Y， Dey S K， Kraatz H B， Long Y T. Chem. Commun.， 2012， 48（70）： 8784-8786

22 Zhao Q， Jayawardhana D A， Wang D， Guan X. J. Phys. Chem. B， 2009， 113（11）： 3572-3578

23 Talaga D S， Li J. J. Am. Chem. Soc.， 2009， 131（26）： 9287-9297

24 Movileanu L. Soft Matter.， 2008， 4（5）： 925

25 Mereuta L， Roy M， Asandei A， Lee J K， Park Y， Andricioaei I， Luchian T. Sci. Rep.， 2015， 4： 3885

26 Waduge P， Hu R， Bandarkar P， Yamazaki H， Cressiot B， Zhao Q， Whitford P C， Wanunu M. ACS Nano， 2017， 11（6）： 5706-5716

27 Liao D F， Cao C， Ying Y L， Long Y T. Small， 2011， 7（1）： 87

28 HU Zhen-Li， DU Ji-Hui， YING Yi-Lun， PENG Yue-Yi， CAO Chan， LONG Yi-Tao. Acta Chimica Sinica， 2017， 75（11）： 1087-1090

胡正利， 杜冀暉， 應佚倫， 彭岳一， 曹 嬋， 龍億濤. 化學學報， 2017， 75（11）： 1087-1090

29 Ying Y L， Wang H Y， Sutherland T C， Long Y T. Small， 2018， doi：101002/smll.201704520

30 Ying Y L， Zhang J J， Gao R， Long Y T. Angew. Chem. Int. Ed. 2013， 52（40）： 13154

31 YING Yi-Lun， ZHANG Xing， LIU Yu， XUE Meng-Zhu， LI Hong-Lin， LONG Yi-Tao. Acta Chimica Sinica， 2013， 71（1）： 44-50

應佚倫， 張 星， 劉 鈺， 薛夢竹， 李洪林， 龍億濤. 化學學報， 2013， 71（1）： 44-50

32 Kakish J， Tavassoly O， Lee J S. ACS Chem. Neurosci.， 2015， 6（2）： 347-355

33 Zhang Y， Chen Y， Fu Y Q， Ying C F， Feng Y X， Huang Q M， Pei D S， Wang D Q. Sci. Rep.， 2016， 6： 27959

34 Kakish J， Lee D， Lee J S. ACS Chem. Neurosci.， 2015， 6（12）： 1930-1940

35 Zhai Q， Wang J， Jiang H， Wei Q， Wang E. Talanta， 2015， 140（1）： 219-225

36 Liu G， Zhang L， Dong D， Liu Y， Li J. Anal. Methods， 2016， 8（39）： 7040-7046

37 Wang G， Wang L， Han Y， Zhou S， Guan X. Biosens. Bioelectron.， 2014， 53（9）： 453-458

38 Wang G， Zhao Q， Kang X， Guan X. J. Phys. Chem.， 2013， 117（17）： 4763-4769

39 Yang J， Li S， Wu X Y， Long Y T. Chin. J. Anal. Chem.， 2017， 45（12）： 1766-1775

40 Zhang L， Zhang K， Liu G， Liu M， Liu Y， Li J. Anal. Chem.， 2015， 87（11）： 5677-5682

41 Wang H Y， Gu Z， Cao C， Wang J， Long Y T. Anal. Chem.， 2013， 85（17）： 8254-8261

42 Laszlo A H， Derrington I M， Brinkerhoff H， Langford K W， Nova I C， Samson J M， Bartlett J J， Pavlenok M， Gundlach J H. Proc. Natl. Acad. Sci. USA， 2013， 110（47）： 18904-18909

43 Wang L， Han Y， Zhou S， Guan X. Biosens. Bioelectron.， 2014， 62（5）： 158-162

44 Wang Y， Zhang Y， Guo Y， Kang X. Sci. Rep.， 2017， 7（1）： 183

45 Wang Y， Montana V， Grubisic V， Stout R F Jr， Parpura V， Gu L Q. ACS Appl. Mater. Interfaces， 2015， 7（1）： 184-192

46 Apetrei A， Ciuca A， Lee J K， Chang H S， Park Y， Luchian T. Nanoscale Res. Lett.， 2016， 11： 501

47 Wen S， Zeng T， Liu L， Zhao K， Zhao Y， Liu X， Wu H C. J. Am. Chem. Soc.， 2011， 133（45）： 18312-18317

48 Braha O， Gu L Q， Zhou L， Lu X， Cheley S， Bayley H. Nat. Biotechnol.， 2000， 18（9）： 1005-1007

49 Yang C， Liu L， Zeng T， Yang D， Yao Z， Zhao Y L， Wu H C. Anal. Chem.， 2013， 85（15）： 7302-7307

50 Wang L， Han Y， Zhou S， Wang G， Guan X. ACS Appl. Mater. Interfaces， 2014， 6（10）： 7334-7339

51 Han Y， Zhou S， Wang L， Guan X. Electrophoresis， 2015， 36（3）： 467-470

52 Guan X， Gu L Q， Cheley S， Braha O， Bayley H. ChemBioChem， 2005， 6（10）： 1875-1881

53 Gupta J， Zhao Q， Wang G， Kang X， Guan X. Sens. Actuators B， 2013， 176（6）： 625-631

54 Gu L Q， Ding S， Gao C. Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc.， 2009： 6699-6702

55 Wu H， Chen Y， Zhou Q， Wang R， Xia B， Ma D， Luo K， Liu Q. Anal. Chem.， 2016， 88（4）： 2502-2510

56 Wang D， Zhao Q， Zoysa R S S de， Guan X. Sens. Actuators B， 2009， 139（2）： 440-446

57 Dixon T C， Meselson M， Guillemin J， Hanna P C. N. Engl. J. Med.， 1999， 341： 815-826

58 Santelli E， Bankston L A， Leppla S H， Liddington R C. Nature， 2004， 430（7002）： 905-908

59 Enserink M. Science， 2001， 294（5542）： 490-491

60 Bohannon J. Science， 2003， 300（5618）： 414-415

61 Foudeh A M， Fatanat Dida， T， Veres T， Tabrizian M. Lab Chip， 2012， 12（18）： 3249-3266

62 World Health Organization：Geneve. World Health Organization. The Global Burden of Disease： 2004 Update， 2008

63 De Medici D， Anniballi F， Wyatt G M， Lindstrom M， Messelhausser U， Aldus C F， Delibato E， Korkeala H， Peck M W， Fenicia L. Appl. Environ. Microbiol.， 2009， 75（20）： 6457-6461

64 Hatheway C L. Clin. Microbiol. Rev.， 1990， 3： 66-98

65 Rossetto O， Pirazzini M， Montecucco C. Nat. Rev. Microbiol.， 2014， 12（8）： 535-549

66 Wang H Y， Ying Y L， Li Y， Kraatz H B， Long Y T. Anal. Chem.， 2011， 83（5）： 1746-1752

67 Stoytcheva M， Zlatev R， Cosnier S， Arredondo M. Electrochim. Acta， 2012， 76（8）： 43-47

68 Kukwikila M， Howorka S. Anal. Chem.， 2015， 87（18）： 9149-9154

69 Kukwikila M， Howorka S. J. Phys. Condens. Matter Inst. Phys. J.， 2010， 22（45）： 454103

70 Macrae M X， Blake S， Jiang X， Capone R， Estes D J， Mayer M， Yang J. ACS Nano， 2009， 3（11）： 3567-3580

71 Zhou S， Wang L， Chen X， Guan X. ACS Sens.， 2016， 1（5）： 607-613

72 Zhao Q， deZoysa R S S， Wang D， Jayawardhana D A， Guan X. J. Am. Chem. Soc.， 2009， 131（18）： 6324-6325

73 Fox B S， Kantak K M， Edwards M A， Black K M， Bollinger B K， Botka A J， French T L， Thompson T L， Schad V C， Greenstein J L， Gefter M L， Exley M A， Swain P A， Briner T J. Nat. Med.， 1996， 2： 1129-1132

74 Rauf S， Zhang L， Ali A， Liu Y， Li J. ACS Sens.， 2017， 2（2）： 227-234

75 Kawano R， Osaki T， Sasaki H， Yoshizawa S， Takeuchi S. J. Am. Chem. Soc.， 2011， 133（22）： 8474-8477

76 Chopra I， Roberts M. Microbiol. Mol. Biol. Rev.， 2001， 65（2）： 232-260

77 Sum P E， Sum F W， Projan S J. Curr. Pharm. Des.， 1998， 4（2）： 119-132

78 Chen Y， Kong D， Liu L， Song S， Kuang H， Xu C. Food Anal. Method. 2016， 9（4）： 905-914

79 Yu L， Yang H， Yang S， Hu Q， Cheng H， Liu H， Qiu Y. J. Chromatogr. B， 2013， 917-918： 11-17

80 Culver J N. Annu. Rev. Phytopathol.， 2002， 40（1）： 287-308

Abstract As a novel analytical method， nanopore sensing is widely applied in many fields such as nucleic acids sequencing， protein/peptide analysis， detection of metal ions and biomacromolecules including virus， bacteria， etc. With the growing public concerns over dietary safety and public security， there has been a greater demand on the detection of toxic molecules. With its high sensitivity and selectivity， nanopore sensing is considered as a more powerful assay， which has been reported in many research articles. Accordingly， this paper surveys the application studies of nanopore sensing in detection of toxic molecules.

Keywords Nanopore technology； Single-molecule sensing； Toxic molecules； Sensitivity； Selectivity； Review

（Received 26 March 2018； accepted 8 May 2018）