随着工业化与城市化进程的持续深入，环境污染呈现出"新旧叠加"的复杂态势。一方面，重金属和多环芳烃等传统污染物尚未得到有效控制；另一方面，持久性有机污染物（POPs）、内分泌干扰物（EDCs）、药品及个人护理品（PPCPs）和微塑料等新型污染物不断涌现，形成了多类别、多介质、多来源的复合污染特征。这些污染物不仅普遍以痕量水平（ng/L-pg/L）存在于环境中，还常伴有大量结构高度相似的同系物，给样品分离与分析带来巨大挑战。面对"多组分共存、痕量级赋存、高结构相似性"的复合型挑战，一些新兴分析方法也开始在污染物分析领域崭露头角。

纳米孔技术通过解析单个分子穿越纳米尺度孔道时引起的皮安或亚皮安级电流变化，实时、快速地识别分子组成与结构等关键信息，实现小至一个离子大至一个颗粒的精准鉴定。该技术还可以通过监测单个DNA或RNA分子穿过纳米孔过程中产生的时序电流变化，实现对DNA/RNA的长度长实时测序，成功引领基因测序进入第三代单分子测序时代。随着新型纳米孔道和检测模式的持续开发，纳米孔技术的应用范围逐渐拓展到各类污染物检测，尤其是环境微生物检测领域。凭借其高分辨率、实时检测和便携性，该技术有望在环境分析中发展成为一种具有高度创新性和实际应用价值的补充技术。

在此背景下，南京大学王玉琴教授和黄硕教授团队在《JACS Au》发表题为"Nanopore Environmental Analysis"的前瞻性论文。研究团队详细剖析了环境中的化学、物理和生物污染物的特点及其与纳米孔检测系统的适配性。同时，系统地总结了基于纳米孔传感的污染物分析、基于纳米孔测序的微生物群落分析的方法学与应用场景（图1），并对纳米孔环境分析领域的未来机遇与挑战进行了展望，为该领域的后续发展方向提供了独到见解。

图1：基于纳米孔技术的污染物分析示意图

纳米孔技术具有从单个离子到微生物的广泛检测范围，为同时检测各种化学和生物污染物提供了潜力。当这些污染物通过纳米孔时，它们会产生独特电流指纹信号，从而实现快速、多组分的污染物现场分析。

研究团队指出，无论是生物纳米孔还是固态纳米孔，基于动态可调的孔径、多尺度检测范围和丰富检测模式的特性，均已经实现对重金属离子、无机离子、放射性离子、持久性有机污染物、药品及个人护理品，生物毒素以及病原微生物的直接检测。并且，在诸多场景中展现出对各种类似物的高结构分辨率、无需样品预处理的实时快速分析能力以及便携性野外监测能力。这些特性使纳米孔能够直接处理复杂环境样品，实现多组分同步检测与精准区分。其中，生物纳米孔凭借其原子级精度的孔道结构，提供了更优的信噪比和分辨率；固态纳米孔则在稳定性和可扩展性方面表现优异。

除了单分子传感，纳米孔测序技术也正在革新环境微生物分析领域。凭借超长读长的优势，纳米孔测序实现了环境微生物的物种级鉴定，极大简化了扩增子测序和宏基因组分析流程，在病原微生物的检测、耐药基因与耐药菌的分析以及功能微生物的基因注释等方面得到广泛应用。更值得一提的是，便携式纳米孔测序设备如Flongle和MinION已实现现场微生物群落分析，能够快速获取微生物多样性、功能特性及其对环境变化的响应等详细信息，为环境微生物研究开辟了全新途径。

尽管纳米孔技术前景广阔，现阶段大部分污染物检测的工作还停留在概念验证阶段。真实环境世界中的纳米孔分析仍面临许多挑战，如复杂基质下的精准定量难题，高通量检测瓶颈，多技术联用机遇与探索等。特别值得关注的是，纳米孔技术通过解析污染物与生物分子的相互作用机制，还有望在环境健康效应研究领域发挥独特价值，在环境多组学（基因组学、转录组学、修饰组、蛋白组学以及代谢组学）中展现出广阔的应用前景。

该论文以“Nanopore Environmental Analysis”为题，于2025年4月1日发表在《JACS Au》（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.5c00114）。南京大学王玉琴助理教授和黄硕教授为该论文通讯作者，南京大学博士生卢晓峰和博士后杜筱谕为该论文共同第一作者。