单细胞分子动态监测对于解析生命活动及疾病机制具有重要意义。然而，现有技术大多依赖于细胞裂解或内容物提取后的离线检测，难以在维持细胞活性的前提下，实现原位、实时、多靶标的同步监测。

在国家自然科学基金项目和国家重点研发计划支持下，化学研究所活体分析化学实验室吴海臣课题组与西华大学刘蕾团队合作成功开发了一种创新性纳米孔探针，能够对活体单细胞内的多种生物分子进行原位实时监测。该装置集成了Al₂O₃纳米吸管膜与功能化耻垢分枝杆菌孔蛋白A（MspA-Phen-Cu），前者用于高效无损提取细胞内分子，后者用于单通道电传感检测。在浓差扩散和电场共同作用下，细胞内分子经过Al₂O₃纳米吸管膜进入MspA-Phen-Cu纳米孔内，与Cu²⁺结合产生特征性的电流阻滞信号；通过分析电流振幅、停留时间和事件频率，从而实现生物分子的定性和定量分析。

进一步地，团队以氧糖剥夺（OGD）诱导海马神经元兴奋性毒性水肿为研究模型，同时追踪谷氨酸（Glu）、抗坏血酸（AA）和三磷酸腺苷（ATP）三种关键分子的动态变化，结果表明三种分子均与神经元兴奋性毒性水肿密切相关。研究证实，N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）是海马神经元兴奋性毒性水肿的关键开关。

与现有的单细胞分析技术相比，该纳米孔探针对细胞损伤小，实现细胞内多种分子、长时程、不间断原位提取与实时监测。此项工作是纳米孔传感技术应用于活细胞研究的成功范例，为在单分子水平上探索细胞过程和疾病机制提供重要技术支撑。相关成果发表在Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.期刊上（DOI：10.1073/pnas.2529161123），第一作者是博士研究生黄孝斌，通讯作者是吴海臣研究员和西华大学刘蕾教授。

基于纳米孔探针的单细胞原位分子提取与检测

活体分析化学实验室

2026年4月28日