固态纳米孔是能够对不同生物分子进行无标记定量的单分子传感器。通过调节其表面电荷，可以控制电渗流（EOF），进而影响孔内流体动力。表面活性剂如十二烷基硫酸钠（SDS）已被用于平面膜中固态孔的自组装涂层，以改变其表面电荷。

近期，以色列理工学院的Amit Meller教授团队研究了通过SDS涂层处理的固态孔中的DNA易位动力学，证明了负电荷表面活性物质包覆的固态孔可以使DNA易位速度减慢30倍以上，且不会影响信噪比。该工作以“Over 30-Fold Enhancement in DNA Translocation Dynamics through Nanoscale Pores Coated with an Anionic Surfactant”为题，发表在Nano Letters上。

SDS在SiN_x表面形成稳定的涂层，因此潜在地增加孔内的表面负电荷（图1a）。作者首先测试了该涂层对电泳驱动的两种不同长度dsDNA分子易位的影响。对于2500 bp DNA，观察到事件的停留时间（t_D）发生了至少一个数量级的显著移动，而电流阻塞幅度（ΔI）没有明显变化（图1b）。同样，250 bp较短DNA链的实验中也观察到了类似的模式（图1c）。

图1 包覆和未包覆SDS的纳米孔对DNA的转运动力学

接下来，作者对易位动力学进行了详细分析，展示了SDS包覆前后两种长度的dsDNA的t_D和捕获率（δ_t）分布。对于2500 bp DNA，SDS包覆后t_D提高了16倍（图2a，左），但δ_t减少>6倍（图2a，右）。对于250 bp DNA，SDS包覆后t_D提高了34倍（图2b，左），δ_t没有变化（图2b，右）。综上，SDS包覆的孔表现出显著的减慢易位动力学，但对孔的性能（事件的ΔI和噪声）没有太大的影响。相比之下，这些事件的平均捕获率受到不同的影响：较长的DNA分子的捕获率显著降低，而较短的DNA链则不受影响。

图2 包覆和未包覆纳米孔的dsDNA移位和捕获率动力学表征

短dsDNA片段的无标记传感对于许多生物医学应用十分重要。作者进一步测量了100 bp DNA和50 bp DNA的易位动力学（图3）。结果表明，观察到的t_D是以前报道的20倍以上，而事件噪声和δ_t没有任何影响。

图3 EOF辅助dsDNA的高传感分辨率测量

dsDNA的易位动力学受孔附近和内部的电泳力以及EOF的影响，且二者都与相同的电压梯度成正比。为了分离这两种现象，作者使用中性荧光分子来直接成像孔内EOF所产生的效果（图4a）。荧光团加在cis侧，并施加负电压。对于未涂覆SDS的纳米孔，荧光信号不受电压大小或极性的影响（图4b，上）。而SDS涂覆的孔，孔道附近的荧光强度对施加的电压有明显且即时的响应（图4b，下）。荧光强度和开孔电流都显示出与外加电压的线性关系（图4c），这表明负电压下的荧光增强是由于EOF，EOF诱导荧光团从cis侧易位到trans侧。

图4 纳米孔中电渗流的电光传感

最后，作者使用数值模拟计算孔内和附近的不同电荷密度下的EOF。结果表明，较高的表面电荷密度表现出更强的流体动力流动（图5a, b），荧光团进入孔内的运动轨迹与EOF线一致，与实验结果吻合（图5c）。

图5 EOF的数值模拟

总结来说，作者发现SDS涂层处理的固态孔中可以减慢DNA易位速度，减速的主要原因是与表面负电荷相关的孔内EOF。这种方式可以简单、高灵敏度地检测小dsDNA而不损失信噪比。