研究人参皂苷纳米孔单分子分析的新方法

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员卿光邈、副研究员李闵闵团队联合研究员梁鑫淼团队，在糖链纳米孔单分子分析方面取得了新的进展。研究小组通过蛋白质工程技术改造气单胞菌溶素纳米孔，完成了多种人参皂苷分子的高分辨率单分子识别和复杂样品中的定性和定量分析，基于其独特的强化非易位阻塞传感机制。相关成果发表在德国应用化学上。

人参作为一种具有悠久应用历史的传统药用植物，其核心活性成分——人参皂苷已被证明具有免疫调节、神经保护、抗肿瘤、延缓衰老等多种药理活性。但人参皂苷结构复杂，在糖基化位点、糖链构成、糖苷键构型、连接方式、苷元框架类型等方面造成大量同分异构体，给人参皂苷的分析鉴定带来挑战。因此，建立高效、准确的人参皂苷识别和分析方法，不仅可以为物种识别和质量评价提供科学依据，还可以为人参源性产品的质量控制奠定基础。

该团队通过理性设计和蛋白质工程改造，构建了S278K突变体纳米孔。在K278-R220区域，突变体表现出较小的孔径和较高的正电密度，促进纳米孔产生较强的电渗流，有效地将人参皂苷分子诱捕到溶液中。研究表明，在空间堡垒和氢键的共同作用下，进孔人参皂苷分子被困在该区域，停留在几十到几百毫秒，构成了明显的强化非易位阻塞传感。S278K突变体信号与野生型相比，持续时间提高43倍，分辨率提高77%，完成了至少30种异构多样的人参皂苷的精确单分子识别。此外，团队开发了基于卷积神经网络的智能纳米孔数据分析模型，完成了人参提取物中多种人参皂苷的定性和定量分析，以及不同人参植物的区别和鉴定。这项工作展示了纳米孔单分子传感技术在食品药品质量控制方面的发展前景，以及纳米孔单分子传感技术对复杂糖苷化合物的表征和识别能力。

该工作建立了非易位阻塞传感策略，为其它构造异质的糖小分子的精确识别提供了普遍的方法参考。