激光单分子探测技术的研究

文中介绍利用激光激发分子荧光的方法探测液体中单个染料分子的新技术，以及作者自行设计和研制的激光单分子探测谱仪。通过探测“光子爆发”，把单个染料分子的荧光同很强的背景杂散光区别开来。进一步用８２ＭＨｚ高重复频率的锁模激光器和时间门符合技术，成功地消除了Ｒａｍａｎ散射光。目前该谱仪达到的检测限为灵敏区内仅有～７个Ｒ６Ｇ分子。     

激光单分子探测的实验研究

单分子探测技术是一项超高灵敏度的探测技术，在生物、医学和环境等领域有着广泛的应用。在这里，本文简要介绍了基于激光诱发荧光方法的单分子探测谱仪的原理和装置，以及用ＣＣ５染料分子在该探测谱仪上进行的若干实验研究结果，包括样品流速的影响、能量特性、浓度线性、检测限等方面，并讨论了光漂白现象对实验结果的影响。     

拉直的单个DNA分子的全内反射荧光实时成像研究

全内反射荧光(TIRF)成像技术利用穿透深度仅200 nm左右的隐失波来激发诱导荧光,探测灵敏度和图像信噪比大大提高,成为单分子研究的有力工具。分子梳技术利用DNA末端与固体表面的结合力和周围流体流动产生的侧向力将DNA分子拉伸并平铺在表面上。结合这两种技术,对分子梳拉直的单个DNA分子进行了清晰的实时荧光成像,发现TIRF成像条件下DNA分子与荧光探针YOYO-1组成的复合体可自然避免发生光敏断裂现象;实时监测了单个DNA-YOYO-1复合体的光漂白过程,通过对激发光照射时间与探测器曝光时间进行同步控制,可大幅降低光漂白程度,为拉直的单个DNA分子的长时间实时观察和成像研究优化了实验条件,为实时、可视化地研究其与蛋白质相互作用的动力学过程奠定了基础。     

活细胞内的单分子荧光成像方法

文章介绍近年来新发展的几种重要的活细胞内单分子荧光成像方法,如转盘式共聚焦显微术、全内反射荧光显微术、荧光共振能量转移技术等。通过介绍它们的原理、特点和在活细胞内单分子行为研究中的应用实例,展示了这些新方法在生命科学领域广阔的应用前景。     

全内反射荧光显微术

全内反射荧光显微技术是当今世界上最具前途的新型生物光学显微技术之一 ,可以用来实现对单个荧光分子的直接探测。它利用全内反射产生的隐失波照明样品 ,使照明区域限定在样品表面的一薄层范围内 ,因此具有其它光学成像技术无法比拟的高的信噪比和对比度。近年来 ,已被生物物理学家们广泛应用于单分子的荧光成像中。本文系统的介绍了全内反射荧光显微技术的原理、国内外的发展和现状及其在生物学上的应用 ,并对其未来做了展望。     

全内反射荧光显微术

全内反射荧光显微技术是当今世界上最具前途的新型生物光学显微技术之一，可以用来实现对单个荧光分子的直接探测。它利用全内反射产生的隐失波照明样品，使照明区域限定在样品表面的一薄层范围内，因此具有其它光学成像技术无法比拟的高的信噪比和对比度。近上来，已被生物物理学家们广泛应用于单分子的荧光成像中。本文系统的介绍了全内反射荧光显微技术的原理。国内外的发展和现状及其在生物学上的应用，并对其未来做了展望。     

正交像散高密度三维单分子定位显微的数值模拟

单分子定位显微(single molecule localization microscopy, SMLM)成像技术利用荧光分子的稀疏发光、探测及定位,实现了纳米级空间分辨率的超分辨成像.为了提高其时间分辨率,需要提高同时发光的荧光分子密度.但随着分子密度的提高,不同分子的点扩散函数(point spread function, PSF)在探测器上将发生严重的重叠现象,导致空间分辨率降低,尤其是在进行三维SMLM成像时.为了解决这一问题,本文提出了一种基于正交像散的高密度三维单分子定位超分辨成像方法,并对该方法进行分析和数值模拟研究.该方法的核心是在单分子定位显微镜中将采集的荧光分成两束成像在同一个探测器的两个区域,并在两个通道中各引入一个光学参数相同但取向相互正交的柱透镜,实现对同一个荧光分子正负两个像散PSF图像的同时探测,然后建立该成像过程的线性投影模型,利用压缩感知算法求解出荧光分子的三维定位信息.结果表明,由于两个正交柱透镜产生的一组正交像散PSF对作为一个分子的系统响应时具有较低的相关性,该方法的高密度三维定位准确性可显著优于采用单个柱透镜的传统像散方法,且离焦程度越大两个...     

流动流体中单个分子探测技术的基本原理及实验方法

介绍用激光诱发分子荧光法探测流动液体中单个染料分子的基本原理和实验方法。并给出用自行设计和研制的单分子探测谱仪分析Ｒ６Ｇ水溶样品的最新实验结果。     

流动液体中单个分子探测技术的基本原理及实验方法

介绍用激光诱发分子荧光法探测流动液体中单个染料分子的基本原理和实验方法。并给出用自行设计和研制的单分子探测谱仪分析Ｒ６Ｇ水溶液样品的最新实验结果。     

单分子表面增强拉曼散射的光谱特性及分析方法

单分子检测代表分子检测灵敏度的极限,能够提供传统检测方式无法提供的物理信息,在化学分析、分子动力学机理、蛋白质解析等领域具有广阔的应用前景,具有重要的科学研究价值.具体而言,单分子检测能对复杂体系中的分子进行识别和计数,给出分子的分布信息;也可以对单个分子在吸附、反应等过程中的实时衍变进行追踪,研究分子动力学的内在机制.单分子表面增强拉曼散射是单分子检测领域最近兴起的一门新方法,其特色在于具有特异性分子识别能力,可以提供分子成键变化等动态信息.这种方法适用于研究分子的演化过程、分子与环境的电荷相互作用,从而揭示分子的反应途径、分布状态、吸附方式、电荷交换等重要信息.单分子表面增强拉曼散射的概念提出较早,但是缺乏高效的采集方法和精确的判定依据,本文将对采集方法的优化进行梳理分析,从非统计学和统计学两个角度对其进行讨论,并重点对双分子分析检测法做详细介绍.另一方面,由于单分子表面增强拉曼散射研究涉及各种交叉学科、内涵广泛,相关研究需要对光谱背后的相关机制有深刻的理解和认识.为此,本文基于当前的相关研究工作,从分子漂移、光谱闪烁及展宽等特有现象入手,分析了单分子表面增强拉曼散射的波动特征及其对应的物理机制,并对其应用前景做了简要探讨.     

单分子荧光检测在生命科学中的应用

文章对单分子荧光检测在分子马达、离子通道、信号分子、蛋白折叠、蛋白构象变化动力学、酶活性反应、细胞过程实时观察等生命科学领域中的应用进行了介绍.这些研究结果表明,单分子荧光检测在研究生物大分子的活动规律与机制方面不但有着无法替代的优越性,而且有着广阔的发展空间.     

Concept for the Traceability of Fluorescence (Beads) in Flow Cytometry: Exploiting Saturation and Microscopic Single Molecule Bleaching

We have determined the fluorescence yield of stained micro beads, used for calibration purposes in flow cytometry, as function of the irradiance of the exciting laser beam. A rate equation model has been applied to derive the number of fluorescence molecules carried by each micro bead. To derive in situ photo-physical properties of the specific dye, required for the rate equation model, we discuss an approach based on flow cytometric sorting of micro beads, which have passed two laser beams with properly chosen different irradiances, and subsequent observation of single molecule bleaching employing high sensitivity microscopy. The feasibility of our approach is demonstrated presenting first results concerning saturation of fluorescence of beads in flow and single molecule bleaching by high sensitivity microscopy.     

纳米光学和生物单分子探测

纳米光学技术展示了纳米级探测本领，同时生物单分子探测所需要分辨尺度也是纳米数量级的，因此在生物单分子探测过程中，纳米光学发挥了巨大的作用．文章介绍了与生物单分子探测技术相关的纳米光学技术，包括量子近场光学探针技术、近场光学成像技术(包括扫描近场光学显微术及全内反射荧光显微术)和激光光钳测控技术及它们在生物单分子探测上的进展，从而在染色、成像、测控三个方面展示了纳米光学技术在生物方面的应用，并对其未来的发展方向进行了展望．     

一种共轭聚合物单分子发色团吸收和发射特性动态演变过程的实时测量

利用频域信息重构的散焦宽场成像测量了Poly[2,7-(9,9-dioctylfluorene)-alt-4,7-bis(thiophen-2-yl)benzo-2,1,3-thiadiazole](PFO-DBT)共轭聚合物单分子发色团的吸收与发射特性及其动态演变过程.通过调制用于激发共轭聚合物单分子的超短脉冲对的相对相位,对单分子荧光进行傅里叶变换的频域测量,跟踪发色团吸收偶极取向变化;通过测量散焦荧光成像光斑探测发色团发射偶极取向变化.研究发现, PFO-DBT共轭聚合物单分子发色团存在吸收和发射偶极取向均保持不变、其中之一变化以及两者同时变化三种情况.这种对共轭聚合物单分子发色团吸收和发射偶极取向演化过程的实时测量可用于分析共轭聚合物构象变化及其对能量转移过程的影响.     

单分子科学进展

综述了新兴边缘学科－－单分子科学的进展。对单分子科学的基本实验技术即扫描探针显微术、荧光技术和光镊技术进行了介绍。结合众多的实例（如：对单原子的直接操纵、直接测量化学键强度、在DNA链上“拔河”、用单个C60分子作放大器等）评述了单分子科学方法在各学科领域的广泛应用,以及单分子科学对它们产生的深远影响。最后对单分子科学的发展前景进行了展望。     

基于分子内电荷转移的多枝状荧光探针光学性质与响应机理分析

本文采用含时密度泛函理论研究了用于检测生物硫醇的荧光探针分子的光学性质.通过计算探针分子Mol.1、Mol.2和Mol.3与半胱氨酸和同型半胱氨酸反应前后的单光子吸收和发射性质,研究了碳碳三键和苯环结构对荧光探针性质的影响.随着给电子体三苯胺结构的逐渐完善和碳碳三键的加入,探针分子的振子强度逐渐增大,展现出了更好的荧光探针性质.同时,研究了不同侧枝数目对探针分子性质的影响,结果表明,相较于单枝分子Z1和三枝分子Mol.3,两个侧枝的探针分子Z2振子强度更大,检测效果更佳.增加了碳碳三键和苯环后的单枝新型探针分子Mol.4,相较于具有三枝结构的探针分子Mol.3,具有良好的探针性质,且结构更为简单.     

Theoretical simulation of the fluorescence spectrum of a single molecule

The possibility of computer simulation of the fluorescence spectrum of an actual system of single molecules, whose initial isomeric structure is photochemically transformed as a result of a radiationless resonance transition, is demonstrated.Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 71, No. 6, pp. 740–744, November–December, 2004.This revised version was published online in April 2005 with a corrected cover date.