氨基酸是生物功能大分子蛋白質的基本組成單位，是構成動物營養所需蛋白質的基本物質，同時也是許多藥物分子的重要組成片段，在生命體中起着至關重要的作用，比如有氨基酸組成的蛋白酶具有高度專一的催化活性。因此，氨基酸的高靈敏檢測與精準分析不僅僅可以加深對氨基酸在生命體内發揮作用機制的理解，同時在食品工業、天然産物和醫藥等領域都發揮着重要的作用。然而，氨基酸種類繁多，結構相似，且具有手性對映體，比如人體内的氨基酸都是L型。傳統方法對氨基酸結構鑒定和手性識别存在着巨大挑戰。最近，beat365官方网站郭雪峰課題組、中國科學技術大學楊金龍課題組以及東京大學Jun Terao課題組合作發展了一種獨特的基于單分子器件平台的單分子電學檢測關鍵技術，實現了在單分子水平上對于單個氨基酸分子的結構、手性以及帶電形态的精準檢測。

　　圖1. 單分子器件的結構示意圖

　　郭雪峰課題組和合作者設計合成了一種以全甲基化 β -環糊精為功能中心的共轭分子，并在末端修飾上氨基，通過酰胺鍵将其連接在帶有羰基官能團的石墨烯點電極之間，構建了穩定的單分子器件。基于此類器件，通過高分辨的電學信号記錄，實現了在單個事件水平上對氨基酸與環糊精分子的主客體動力學的原位實時檢測，從而實現了對四種代表性氨基酸（丙氨酸、色氨酸、絲氨酸和酪氨酸）種類和存在形态的檢測。氨基酸與環糊精的主客體結合過程是二級反應，而解離反應是一級反應。氨基酸在水溶液中存在内鹽、共轭酸和共轭堿三種形态。這三種形态均可以與環糊精發生主客體識别，細緻的動力學态間分析及理論計算可對複雜導電态進行辨認。基于氨基酸分子的解離弛豫時間及其對分子橋導電變化率兩種參數，繪制了氨基酸手性識别的“指紋圖譜”，實現氨基酸結構、種類和對映體的快速精準鑒定。

　　基于主客體作用的免标記的超高時空分辨率的單分子電學檢測平台可用于對複雜環境中其它生物分子進行直接精準測量，為解決生命科學中的複雜問題如單分子蛋白質測序等提供了一種新的機遇。該工作于3月3日以“A single-molecule electrical approach for amino acid detection and chirality recognition”為題在線發表在 Science Advances 雜志上（ Sci. Adv.  2021,  7 , eabe4365）。

　　該論文的共同第一作者分别是郭雪峰課題組的劉子豪、楊金龍課題組的李星星和Jun Terao課題組的Hiroshi Masai。郭雪峰教授、楊金龍教授和Jun Terao教授為共同通訊作者。研究得到了國家自然科學基金委、科技部和北京分子科學國家研究中心的聯合資助。

　　原文鍊接：https://advances.sciencemag.org/content/7/10/eabe4365