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来自印度的研究人员开展纳米孔技术相关研究，阐述了其原理、类型等，为多领域应用提供理论支持。
纳米技术如今是一个热门领域，它探索在纳米尺度（1 - 100nm）对物质进行操控和控制。1925 年，诺贝尔奖获得者理查德?齐格蒙迪提出了 “纳米” 的概念。1974 年，谷口纪男教授引入了 “纳米技术（Nanotechnology）” 一词，用于描述在原子和分子水平上对材料进行精确控制，这涉及原子逐个分离、合并和变形等过程。受分子识别和膜运输的生物动力学启发，在过去几十年里，纳米孔技术（Nanopore technology）已发展成为用于检测单分子的极为灵敏的分析工具。这些方法极大地推动了转录组学和基因组学研究，尤其是基于纳米孔的单分子脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）测序技术。这一进展得益于长读长技术的成本效益、便携性和通量。由于核酸对生命至关重要，在单分子水平上对其进行的研究正在迅速发展。20 世纪 90 年代中期设计出的一种创新方法，利用纳米级的孔使核酸分子穿过不可渗透的膜。这种前沿的单分子力装置和高通量离子显微镜在 DNA 测序及其他技术发展中的应用备受关注，它有可能对医学治疗和科学研究产生深远影响。首先，迪默等人（1996 年）在纳米孔检测领域提出了基于∞ - 溶血素的 DNA 测序方法。通过电场产生的电泳力，带电分子被驱动穿过纳米孔。由于这种运动，缓冲液中的导电离子被挤出纳米孔，从而导致电流明显下降。因此，借助停留时间和电流下降幅度等易位参数，能够区分具有不同电荷和大小的生物分子。生物蛋白孔、混合孔以及光刻制备的固态和石墨烯纳米孔被广泛用于检测和分析多核苷酸、氨基酸及其精确构象。纳米孔技术是在薄膜结构中集成纳米级孔径，它利用带电生物分子穿过纳米孔时产生的电信号变化进行检测，从而能够精确且灵敏地检测和分析单个氨基酸、DNA、RNA 及其他生物分子。特别是，适用于制造纳米孔的材料种类多样，这为纳米孔的设计和使其具备特定应用的特性提供了灵活性。近年来，纳米孔技术作为提高单分子纳米孔传感分辨率的通用方法备受关注，这是迈向数字信息存储和高分辨率、无标记 DNA 序列图谱绘制的重要一步。此外，纳米孔在传感、能量转换、过滤、纳米流体学和生理设备等不同领域也提供了诸多机遇。
在纳米孔技术领域，存在两种不同类型的纳米孔：一是生物蛋白孔，二是合成固态纳米孔。生物纳米孔因其蛋白质特性而具有稳定性和功能一致性。它们通常是自组装的，能够整合到脂质双分子层中。这使得生物纳米孔展现出固有的稳定性和功能性，成为生物传感应用中值得信赖的工具。生物纳米孔的孔腔尺寸范围各异（从几埃到纳米）。这种孔径的广泛可变性使其能够根据特定的传感需求进行定制和调整。根据所需传感任务来定制生物纳米孔的能力增强了其多功能性，并拓宽了其在一系列科学和技术领域的适用性。相比之下，固态纳米孔由固体材料制成，在孔径、表面修饰和化学稳定性方面具有卓越的可控性。这使其成为长期传感应用的理想选择。此外，它们可以与其他组件和技术无缝集成，以设计用于传感、驱动和能量转换的复杂功能设备。
卡西亚诺维茨及其同事（1996 年）的一项研究通过展示多核苷酸分子穿过 α - 溶血素蛋白通道的运动，引入了纳米孔的概念。这项开创性的工作为纳米孔的进一步探索和研究铺平了道路。这些研究中蛋白质纳米通道展现出的独特特性，促使研究人员追求固态纳米孔的开发。受蛋白质纳米通道卓越特性的启发，固态纳米孔领域随后蓬勃发展，推动了纳米孔技术的重大进步。近年来，纳米孔在各种研究领域得到了广泛应用，尤其是在涉及电化学检测的分析学科中。通过施加电势，在观察生物分子穿过纳米孔的过程中，纳米孔狭窄的内径对检测的局限性和特异性起着关键作用。这种电化学方法有助于在分子穿过纳米孔时对其进行精确分析和表征。纳米孔的小尺寸通常起到选择性屏障的作用，使分子能够根据其大小、电荷或其他属性进行识别。该技术还为研究分子相互作用、传输现象以及深入了解各种分析物在纳米尺度的行为和性质提供了有力手段。纳米孔直径的变化对分子的运动有很大影响。此外，纳米孔测序作为这项技术的一项强大应用，有助于研究遗传和表观遗传变化。在生物医学研究中，它在理解疾病成因方面发挥着重要作用，并有助于开发基因和染色体分析解决方案。而且，便携式高分辨率测序工具，如纳米孔基因测序，有潜力检测新型病毒和细菌，有助于识别和表征新的病原体。随后的章节将全面讨论在各种生物、合成和混合基质中发现的各类纳米孔。这些纳米孔展现出潜在的生物传感能力，并且易于在常规应用中使用。
纳米孔是纳米技术领域中一种新兴的纳米材料。纳米孔具有新颖的结构和独特的特性，使其在多种应用中具有优势。众多科学家致力于在研究中有效利用纳米孔，并关注其未来的发展。在本文中，详细阐述了纳米孔的相关介绍，以及多种可用于构建或合成纳米孔的方法和过程，例如固态纳米孔相关的方法等。
CRediT 作者贡献声明
普拉达克希娜?沙玛：撰写初稿、方法学、调查、形式分析、概念构思。
塔斯米娅?萨纳：撰写初稿、方法学、调查、形式分析、数据整理。
沙欣?哈图恩：撰写初稿、方法学、调查、形式分析。
乌比亚德?穆什塔克?奈库：方法学、调查、形式分析、数据整理。
莫西娜：方法学、调查、形式分析、数据整理。
尼特什?马尔霍特拉：方法学、调查、形式分析。
资金支持
这项工作由新德里的印度医学研究理事会（ICMR）资助（ID 编号：2020 - 0687）。
利益冲突声明
作者声明他们不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
