1. 痛點問題

過量攝入糖分導致的肥胖和糖尿病的流行正在促使人類的飲食、生活方式和健康意識發生變化。越來越多的人選擇使用低熱量又有甜度的代糖加入到食物中代替蔗糖來減少碳水化合物的攝入。糖醇（alditol）是食物中常見的一類代糖，其結構中仍然存在非常多手性中心，有多種多樣的同分異構體和差向異構體結構。人體對糖醇的吸收率遠小于糖類，但不同的糖醇同分異構體在甜度和生理代謝水平方面具有很大差異。因此，在醫療和食品行業對糖醇水溶液的檢測和鑒別過程中糖醇分子化學結構的相似性是需要面對的主要挑戰之一。

常規的分析方法，例如氣相色譜法（GC）、高效液相色譜法（HPLC）、液質聯用（LC-MS）等作為糖醇分析的標準方法已經被國內外分析測試公司使用，形成了比較標準的測試流程。然而，測試報告中顯示目前的檢測系統僅推薦對具有不同分子量或不同極性的少數幾種糖醇（例如山梨糖醇、赤蘚糖醇、木糖醇和甘露糖醇）進行定性分析和定量檢測，未能實現混合物中與單醛糖相對應的所有13種糖醇的完全區分。此外，多數現有的檢測方案需要通過糖醇的衍生來提高氣化的速率，這將顯著影響分析效率，且無法排除天然提取物中少量醛糖或酮糖對測試的干擾。因此亟待開發更加通用的多元醇類分子檢測方案，構建全面的多元醇指紋數據庫，以適用于食品藥品質檢等安全管控。

2. 解決方案

納米孔單分子化學的發展為多元醇的單分子鑒定提供了很好的基礎。南京大學黃碩教授課題組報道了一種內嵌單個苯硼酸基團的異質MspA納米孔檢測器（MspA-PBA），該檢測器對于糖醇異構展示了出色的空間分辨率，構建了目前最全面的糖醇指紋電流數據庫，包含了所有由甘油醛衍生出的15種單醛糖被還原所對應的13種糖醇結構，可以組成13對差向異構體。由于MspA-PBA納米孔內唯一的苯硼酸基團與順式二醇間可逆形成硼酸酯鍵，丙三醇和兩種丁糖醇（赤蘚醇、蘇糖醇）、三種戊糖醇（阿拉伯糖醇、木糖醇、核糖醇）、七種己糖醇（塔羅糖醇、甘露醇、古羅糖醇、半乳糖醇、山梨醇、艾杜糖醇和阿洛糖醇）通過擴散作用進入納米孔內即可產生特異性相互作用，報告特征性的電流阻塞信號，且在任意組合的混合傳感中高度可區分。

3. 競爭優勢分析

團隊進一步提取了糖醇標準品產生的離子流阻塞的七個特征構建了機器學習分類系統，實現了對任意糖醇混合物中組分的自動化鑒定，驗證正確率達99.4%。這種基于MspA-PBA和人工智能算法的糖醇自動分類系統可進一步直接用于四種市售的零糖飲料和四種含糖醇醫藥保健品的糖醇成分鑒定，無需對商品做任何純化濃縮等預處理，僅幾微升溶液或即可在幾分鐘內完成分析。這表明這種基于 MspA-PBA 的糖醇自動檢測可能是一種極具潛力的多元醇分析新方法，具有高分辨率、高通量和便攜性等優點。