基于片层光照明的新型单分子横向磁镊

磁镊是一种高精度的单分子技术,它用磁场对连有生物大分子的超顺磁球产生磁力,通过追踪磁球的位置来测量生物大分子的长度信息.磁镊包括横向磁镊和纵向磁镊.纵向磁镊空间精度高,但昂贵;横向磁镊简单便宜,但由于受其成像原理的限制,一般情况下只能连接较长的DNA等生物大分子,且其空间精度较差,进而限制了其应用范围.为了解决这个问题,本文改进了横向磁镊,用片层光照明的方法使光线主要被磁球散射,从而能够直接观察到吸附在样品槽侧壁上的磁球,这使得测量短连接的底物成为可能.对于实际应用的检测,首先测试了包含270 bp发卡结构的0.5μm双链DNA,用其中发卡结构的"折叠-去折叠"跳变过程证明了改进后的横向磁镊的确可以追踪短DNA等生物大分子.然后,进一步用16μm的λ-DNA检验了实验系统.最后,将新型横向磁镊与普通横向磁镊及纵向磁镊在小力和大力条件下拉伸不同长度DNA的噪声进行了比较,发现改进后的横向磁镊在空间精度上明显优于普通横向磁镊,与纵向磁镊相比也无明显差异.以上结果证明了改进后的横向磁镊的精度优势,并扩展了横向磁镊的应用范围.     

单原子光镊的激光强度起伏对原子俘获寿命的影响及改善

使用单束强聚焦的基模高斯光束可以构建光镊装载原子。虽然光镊一般选择远离原子共振跃迁线的激光,但是光镊的强度起伏仍然会导致原子逃逸,这样原子在光镊中的俘获寿命问题就变得至关重要。本实验以声光频移器(AOM)为主要元件,并施加外部反馈控制电路抑制937.7 nm波长光镊频域上的强度噪声以及时域上的功率起伏,降低光镊对原子的参量加热,从而有效延长原子在光镊中的俘获寿命。典型的频域噪声抑制带宽17 kHz,噪声强度抑制10 dB,时域内激光强度起伏可以从峰峰值起伏±1.350%抑制到±0.036%,有效地降低了光镊的强度起伏。实验结果表明我们可以将937.7 nm波长光镊中单个铯原子俘获寿命从200 ms延长至1 180 ms.为后续原子内态的制备、激发等操作提供充足的时间,保证原子处于俘获状态,提高了实验成功率,缩短了实验时长。     

光镊在生命科学中的应用

由于光镊具有无直接接触、无损伤等诸多优点,且光镊产生的力在皮牛顿量级,正好落在生物大分子相互作用力的范围,所以光镊在生物大分子相互作用测量方面取得了越来越广泛的应用.文章详细介绍了光镊的出现、发展过程以及在生命科学中代表性应用结果.这些结果表明,将光镊应用在生命科学领域,可以揭示或证实许多以前不曾深刻了解的生物大分子的活动规律与机制.     

光镊系统的组建及光阱效应的观察

光镊是美国科学家Arthur Ashkin于1986年发明的,现被用来操控微小粒子和作为微小力的传感器.随着光镊技术的不断发展,光镊在生物大分子的操控和生物大分子生命过程中动力学研究方面发挥着巨大作用.本文介绍了光镊的工作原理,以及如何利用实验室现有条件,以较低成本搭建了一个简化的光镊系统,并观察了光镊对几种微小粒子的捕捉情况,证实了光阱有一定的作用范围,且其捕获能力随微粒尺寸增大而减小.     

全内反射瞬逝场照明高精度磁镊及其在DNA解旋酶研究中的应用

传统磁镊的测量精度受限于磁球的布朗涨落, 当磁力小于约10 pN时, 磁球的布朗涨落明显增大, 对应磁镊的空间分辨率显著下降. 为了提高传统磁镊在小力条件下的测量精度, 本文将全内反射荧光技术引入到磁镊技术中, 并建立相适应的“磁球-手柄-荧光微球-待测生物分子”单分子连接系统, 在小力条件下(小于10 pN)获得纳米量级的测量精度. 应用改进的磁镊对DNA发卡的折叠-去折叠态的转变过程进行了研究, 依据DNA发卡的折叠-去折叠态转变的性质对全内反射场的穿透深度进行了校正, 并结合实验结果对改进后的磁镊的测量精度进行分析. 观察了Bloom解旋酶的解旋动力学过程, 获得初步实验结果, 证实了改进的磁镊在单分子研究中的实用性. 关键词： 磁镊 全内反射荧光 DNA发卡 解旋酶     

激光、激光技术 激光应用 其他应用

TN249 2006032105一种微型转子的激光加工和光致旋转=Micro-rotor fabri-cated and rotated by laser[刊,中]/祝安定(中国科学技术大学精密机械与精密仪器系.安徽,合肥(230026)) ,刘宇翔…∥光电工程.—2006 ,33(1) .—10-13在自行研制的飞秒激光微细加工系统中,采用一种新型的丙烯酸酯紫外光固化树脂,通过双光子聚合加工出直径6μm的万字形微转子。利用光镊装置实现了微转子的俘获,并在激光功率50 mW时实现了转速为200 r/ min的光致旋转。微型转子的光致旋转为实现微机械马达提供了一种有效手段。图6参12(于晓光)TN249 2006032106刀口技…     

基于纯相位液晶空间光调制器的全息光学捕获与微操纵

在经典Gerchberg-Saxton(GS)算法的基础上,提出一种改进的快速三维GS算法获取目标场的全息图(CGH)并用于全息光镊系统中,从理论和实验上充分证明了该算法的快速性和有效性。实验搭建了一套基于纯相位液晶空间光调制器(SLM)的全息光镊系统,实现了对酵母菌细胞和二氧化硅小球等微粒的多光阱、多平面三维稳定捕获和动态操纵。实验上还产生了具有强度梯度的线状光阱和光学涡旋光阱,实现了对微粒的运输和旋转操纵。这种可以对微粒实现多光阱、多平面动态三维操纵的全息光镊系统为生物、胶体物理等研究提供了一种新的微操纵工具。     

激光应用 其他应用

TN249 2005031798 激光对吸附在Si(111)7×7和Si(100)2×1表面上的C60 的不同作用=Different effects of laser on C60 adsorbed on the Si(111)7×7 andSi(100)2×1 surfaces[刊,中]／赵风周 (中国科学技术大学结构分析中心,合肥微尺度物质科学 国家实验室．安徽,合肥(230026)),崔雪峰…∥电子显微 学报．-2005,24(1)．-6-10 利用超高真空扫描隧道显微镜(UHV STM),在室温 下研究沉积了约0．005的C60分子的Si(111)7×7和Si (100)2×1再构表面在波长为266nm的激光束轰击前后     

核磁共振、X射线小角散射以及计算机模拟相结合构建生物大分子复合物的结构模型

近年来,结构生物学研究越来越注重生物大分子复合物的解析,因为许多重要生物学过程都离不开复合物的参与．溶液核磁共振是目前重要的结构解析方法之一．X射线小角散射(SAXS)作为一种新的结构生物学实验手段,近年来发展迅速．SAXS 能提供生物大分子复合物的较低分辨率结构信息,而核磁共振能解析复合物中各个亚基的原子分辨率结构．此外,通过核磁共振还能得到亚基之间的界面、取向以及距离信息．因此近年来通过计算机模拟,整合核磁共振和 SAXS 不同分辨率的结构信息,可以用来搭建生物大分子复合物的结构模型．该综述重点介绍这方面的研究进展．     

激光应用 激光生物学

Q631 2006065024强激光辐照下生物组织的瞬态温度场研究=Research on instantaneous temperature distributions of biological tissuc irradiated by high power laser[刊,中]/陈碧芳(嘉兴学院医学院．浙江．嘉兴(314001))．刘天夫//激光杂志．- 2006,27(3)．-63-64研究生物组织在强激光作用下的瞬态温度分布,探讨强激光作用下生物组织的热传输规律,采用数值方法中的有限差分法求解热传导方程,得出了生物组织纵切面上     

激光应用 激光化学

TL816．1 2006065053激光间接驱动内爆靶丸的X光诊断=X-ray diagnostics of laser indirect-driven implosion pellet[刊,中]/张继彦(中物院激光聚变研究中心,四川,绵阳(621900)),杨国洪…//强激光与粒子束．-2006．18(6)．-939-943报道了神光Ⅱ激光聚变实验中内爆燃料靶丸区电子温度、电子密度以及燃料面密度的X光诊断结果。在电子温度诊断中,采用X射线光谱学方法,根据聚变靶丸燃料区的Ar示踪元素的Ly-β线与He-β线的强度比推断出靶丸燃料区电子温度为(950±100)eV；在电子密度诊断中,     

激光、激光技术 激光安全与防护

TN241 2005021022 激光防护材料的研究现状及发展趋势=Research and de- velopment of laser protective materials[刊,中]／张岩松(合 肥电子工程学院．安徽,合肥(230037)),温万田//光电技 术应用.-2004,19(5)．-40-43 根据激光辐射对眼睛的的损伤规律,分析了激光对人 眼和装备传感器的损伤,简述了激光的应用与防护,介绍     

软物质实验方法前沿:单分子操控技术

传统的分子生物学实验方法基本都是系综的方法,测量的信号来自大量的生物分子的平均响应,这不利于得到生物分子的构象转变与功能的动力学细节.另外,很多生物大分子如细胞骨架蛋白、分子马达等在行使功能的时候都会受到或者产生力的作用,传统的实验方法也难于研究生物分子的力学响应.最近20年左右发展起来的单分子操控技术可以实现对单个分子的操控,同时测量单个分子在拉力作用下的力学响应.最为常用的单分子操控技术主要包括光镊、磁镊和原子力显微镜,不同的技术有不同的特点和适用范围.本文对几种常用的单分子操纵技术的特点,包括物理原理、可以施加的力的范围与精度、可以测量的分子长度范围与精度等做一个系统的介绍.另外,单分子操控技术在生物大分子如核糖核酸(DNA),脱氧核糖核酸(RNA)和蛋白质的构象转变,相互作用,以及分子马达的功能机理等方面已经取得的丰富成果也给出概括性的介绍.本文对生物学家系统的了解单分子操控技术和如何应用该技术解决自己的生物问题提供一个有益的参考.     

细胞周期依赖性激酶2与其抑制剂的残基特异性结合的计算分析

细胞周期依赖性激酶2(CDK2)是细胞周期调控中的关键大分子.在癌细胞中,CDK2常被过度表达,因此抑制CDK2的表达是治疗乳腺癌、白血病和淋巴瘤等多种癌症有效的方法,在分子水平上定量表征CDK2与其抑制剂之间的相互作用,可为药物开发提供更深入的蛋白质与抑制剂的相互作用机制和线索,本文采用计算丙氨酸扫描和相互作用熵方法,研究CDK2与13种抑制剂结合的微观机制,该方法得到的结合自由能与实验值之间的相关系数为0.76～0.83.计算结果揭示了这13种抑制剂中的两种结合模式,即范德华占优势和静电占优势.通过将总能量分解为每个残基的贡献,确定了结合过程中五个疏水残基为热点残基,同时发现了能够决定CDK2与抑制剂结合强度的残基.     

激光应用 激光医学

R318．51 2005010170 光动力学疗法中光热效应的有限元法=FEM analysis of photo-thermal effect in PDT[刊,中]／李小霞(天津大学精密仪器与光电子工程学院．天津(300072)),范世福…∥光电子·激光．-2004,15(7)．-881-884 有限元法(FEM)由Matlab程序实现。生物热传输模型为经典的Pennes方程,加入了血液灌流项．研究了Nd :YAG激光(1 064 nm)平行光束照射下肝脏组织的温度响应,在轴对称柱坐标下三维温度分布简化为径向、轴向     

考虑光镊效应的飞秒激光双光子加工线宽

采用自由基浓度起伏理论结合光镊集聚效应,理论研究了飞秒激光双光子加工的线宽问题。根据双光子光聚合过程中自由基浓度随时间变化的关系,考虑光镊效应对自由基分布范围的影响,得到了飞秒激光双光子加工线宽的表达式。研究了线宽随扫描速度与激光功率的变化关系,并讨论了不同光引发剂对线宽的影响。得到了以自由基浓度起伏为基础,并考虑光镊效应的双光子加工线宽表达式,该结果与实验结果相符。研究结果为飞秒激光双光子加工的研究提供了新的思路,为光镊集聚效应对线宽影响的实验研究提供了理论依据。     

光通信 激光通信

TN929．1 2005064407 空间激光通信中光强起伏尺度特征的数值分析=Numeri- cal analysis of intensity fluctuation scale characteristics in space laser communication[刊,中]/刘建国(中科院安徽光 机所大气光学中心．安徽,合肥(230031)),黄印博…∥光 学学报．-2005,25(8)．-1009-1012     

一种肝脏类生物相容性氨基酸共聚物磁共振成像造影剂

一种新型的以天门冬氨酸-苯丙氨酸共聚物为载体的大分子生物相容性材料(AP-EDA-DOTA-Gd)被制备出来作为磁共振成像造影剂．首先合成了天门冬氨酸-苯丙
氨酸共聚物,之后利用乙二胺将1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸(DOTA)连接到共聚物上,最后将钆离子通过配位的作用方式连接到DOTA 上,最终得到大分子AP-EDA-DOTA-Gd．体外溶血性试验表明AP-EDA-DOTA-Gd 具有较好的血液相容性．在pH = 5.5 的组织蛋白酶B 的磷酸缓冲液中,AP-EDA-DOTA-Gd 能够降解．APEDA-DOTA-Gd 的体外弛豫效率(15.95 mmol^–1?L?s^–1)为目前临床应用的Gd-DOTA (5.59mmol^–1?L?s^–1)的2.9 倍．大鼠肝脏成像实验结果表明,AP-EDA-DOTA-Gd 对于肝组织的成像增强对比度为63.5±6.1%远高于Gd-DOTA (24.2±2.9%)．     

基于多孔径闪烁的湍流强度廓线反演方法研究

以多孔径闪烁方法的理论为基础,分别讨论了孔径滤波函数和光谱响应函数对权重函数的影响.根据包括边界层项的Hufnagel-Valley 5/7模型得到的闪烁指数,采用奇异值分解法反演了垂直方向的湍流强度廓线,结果的量级介于10~(-15)~10~(-17)之间,并随高度的增加不断减小,在量级和趋势上与理论模型基本一致;同时结合Shack-Hartman的实际测量结果,反演了水平方向1 km传输路径上的湍流强度分布状况.水平方向反演结果的量级在10~(-14)~10~(-15)之间,随传播距离的变化趋势与实验场地的实际情况较为符合,随时间的变化趋势与合肥地区同期的统计结果基本一致.     

激光应用 激光测量

P225．2 2005042648 基于FPGA的数字相位计在煤矿提升机激光测距系统中的应用=Research of digital phasometer based on FPGA in laser range system of mine hoister[刊,中]／周孟然(中科院安徽光机所．安徽,合肥(230031)),刘文清…／／光学技术,-2005,31(2),-179-181 介绍了用于矿井提升机红外激光位置跟踪系统中的一种新型数字鉴相器的研究方法。该方法是基于现场可编程门阵列(FPGA)器件,并运用快速傅里叶变换(FFT) 算法完成的。阐述了在实时高速测量场合运用FPGA器