综述：单分子量子隧穿传感器

《Chemical Society Reviews》：Single-molecule quantum tunnelling sensors

单分子传感器中量子隧穿技术具有独特优势，可同时实现纳米级空间分辨率和毫秒级时间分辨率，揭示传统群体测量无法捕捉的分子动态过程。本文系统阐述分子键合处的电子隧穿原理，分析机械可控断点与扫描隧道显微镜联用等关键技术，深入探讨其在分子构象、超分子结合、化学反应和生物功能研究中的应用价值，并重点评述基于统计学习和机器学习的信号解析新方法。

　　

单分子传感器是阐明化学和生物现象的关键工具。其中，量子隧穿传感器因其隧穿电流对分子结构和电子态亚埃级变化的卓越敏感性而占据独特地位。这种能力使得同时实现亚纳米级的空间分辨率和亚毫秒级的时间分辨率成为可能，从而可以直接观察在集体测量中无法显现的动态过程。本文概述了电子通过分子结进行隧穿的基本原理，并重点介绍了几种关键的实验架构的发展，包括可机械控制的断路结和基于扫描隧道显微镜的方法。文章还详细探讨了这些传感器在表征分子构象、超分子结合、化学反应性以及生物分子功能方面的应用。此外，我们讨论了数据解释方面的最新方法进展，特别是将统计学习和机器学习技术相结合以提高信号分类的准确性和处理效率。本文强调了基于量子隧穿的单分子传感器的变革潜力，认为它们有助于加深我们对分子尺度机制的理解，并为功能性分子器件和诊断平台的合理设计提供指导。