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。     

应用分子梳技术对DNA与组蛋白相互作用的研究

利用分子梳技术对λ DNA和组蛋白的相互作用进行了研究. 通过这种简单有效的方法，我们将λ DNA分子拉伸到26—28 μm，相当于其原长（约162 μm）的16—17倍. 当组蛋白与DNA结合后，DNA分子发生凝聚现象，复合体的拉伸长度明显变短，其峰值分布在10—14 μm之间. DNA 组蛋白复合体的拉伸长度与组蛋白的浓度、与碱基对和荧光染料的比例有显著的关系. 关键词： 分子梳 组蛋白 DNA 荧光显微     

光谱法及分子模拟研究青蒿素与小牛胸腺DNA的相互作用

在pH 7.4的Tris-HCl缓冲溶液中,采用紫外吸收光谱、荧光光谱结合溴化乙锭（EB）荧光探针、共振散射光谱以及DNA熔点（T_m）实验和分子模拟等技术,研究了青蒿素（QHS）与小牛胸腺DNA（ctDNA）分子间结合位点与结合机制。光谱实验结果显示,QHS与DNA发生减色效应,QHS的加入使EB-DNA体系发生静态荧光猝灭,QHS与DNA作用后其467 nm处共振散射峰锐增,与QHS作用引起DNA的T_m值升高5℃,说明QHS竞争性地嵌插入DNA的碱基对中。通过计算获得QHS与DNA间结合常数K_a为1.43×10³ L/mol（298 K）、0.99×10³ L/mol（304 K）。分子模拟结果表明,QHS吡喃环部分结构嵌插到DNA小沟区域GA碱基对间,氢键和范德华力是两者间结合的主要非共价作用方式,该结论与光谱法和热力学所得结果一致。     

三氯六氨络合钴导致DNA凝聚的分子梳研究

利用分子梳技术和动态光散射研究了三氯六氨络合钴和DNA分子之间的相互作用. 从荧光显微镜中可直接观察到经YOYO-1染色后?-DNA分子的平均伸直长度比未染色的DNA分子增长约30%. 这是由于荧光染料YOYO-1分子插入双链DNA的碱基对中从而使DNA分子的长度增加. 另外研究了染色后的DNA-[Co(NH₃)₆]³⁺混合物的伸直长度随三氯六氨络合钴浓度的变化关系,实验结果表明当钴离子浓度从0增加到3 μmol/L,其混合物的伸直长度由原来的20.9 μm减小到5.9 μm. 利用动态光散射技术证实了这个结果,发现在相同的实验条件下加入钴离子前后DNA-Co(NH₃)₆]³⁺混合物的流体力学半径从203.8 nm减小到39.26 nm.     

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。     

DNA分子力学性质的测量

利用单分子实验技术测量了DNA分子的力学性质.通过生化手段将单根DNA分子连在顺磁小球与玻璃侧壁之间,利用磁铁对顺磁球施加力进而拉伸DNA.图像分析得到小球运动的轨迹以及DNA的长度,利用均分定理可以求得施加的外力.测量发现在外力作用下DNA分子的力学反应与高分子物理学的蠕虫状链模型符合良好.     

激发态分子内质子转移分子2-羟基-1-萘甲醛半碳酰腙的光谱特性

通过考察2-羟基-1-萘甲醛半碳酰腙(HNLSC)在不同极性溶剂中的吸收光谱和荧光光谱,详细研究了HNLSC分子在不同溶剂及酸、碱条件下的不同构型,证实了HNLSC具有典型的ESIPT特性。在非极性溶剂中分子主要以分子内氢键的闭式构型存在,这种闭式构型使分子具有ESIPT特性,在环己烷溶剂和高酸度极性溶剂中分子均表现出～415nm的正常荧光和～435nm处的反常ESIPT荧光。在极性质子溶剂中,因溶质和溶剂之间形成了分子间的氢键以及进一步去质子化,HNLSC形成了基态的溶剂化开式构型和离子构型,在吸收光谱中表现出～395nm的离子构型特征吸收。开式构型和离子构型阻断了分子内质子转移途径,因而在荧光光谱中仅表现出一个特征峰。实验进一步通过三乙胺和稀硫酸调节溶液体系的极性和酸度环境,证明在不同溶剂极性和酸度环境下,HNLSC分子不仅存在萘环上羟基变化引起的多种互变异构体间的转化平衡,同时存在—CHN—NH—CO—NH2结构域的烯醇式和酮式结构的相互转化。     

单分子操纵与单分子生物物理

文章介绍了近年来发展起来的一些单分子操纵实验技术如光镊、磁镊、微针、斯托克斯拖曳技术，以及应用这些技术拉伸、旋转、解链DNA分子，从而研究其力学性质所取得的研究进展．各种蛋白质如T7 DNA聚合酶、拓扑异构酶，SWI／SNF染色质重建复合体、RNA聚合酶与DNA的作用在生化过程中十分重要，因此，文章也介绍了这些蛋白质与DNA在单分子的水平上相互作用所取得的研究进展．     

具有电子推拉结构的多支化分子的光物理特性的研究

利用稳态光谱和飞秒时间分辨荧光亏蚀的技术,研究了不同溶剂中一系列有分子内电荷转移特性的分子的结构与光物理性质的关系,研究体系为三苯胺作为电子给体,2,1,3-苯并噻二唑作为受体的单支分子及其对应的两支和三支分子. 并结合TD-DFT计算进一步解释了实验中所观察到的现象. 三个分子相似的吸收和荧光光谱以及强的溶剂依赖光谱特性表明两支与三支分子激发态与单支分子相似,表明激发态都定域在其中一支上. 激发时多支分子内发生多维电荷转移,然后快速地定域到某一支上发射. 另一方面多支分子相对于单支分子吸收和发射光谱的红     

CdS/PAMAM树形分子纳米复合材料的荧光性能研究

采用荧光发射法研究了不同Cd2+与树形分子的摩尔比(负载比)条件下硫化镉(CdS)/聚酰胺-胺(RAMAM)树形分子纳米复合材料(NCs)水溶液的荧光性能,并探索了其荧光产生的机理.结果表明:在波长330 nm光的激发下,CdS/G4.0-NH2PAMAM NCs的荧光发射光谱中出现了2个峰,一个是PAMAM树形分子的...     

大功率、高效率、高消光比铒光纤多波长超荧光光源

采用改进的反射式Mach-Zehnder干涉滤波器，对双程后向结构掺铒光纤超荧光光源(DPB SFS) 分别进行光谱分割和光谱预分割，构建了两种结构的多波长超荧光光纤光源（MW SFS），波长间隔为～0.8 nm时，在1550 nm附近（1542～1559 nm）20个波长的功率波动小于0.5 dB其中前者消光比高达27 dB；后者消光比～18 dB，在泵浦光功率为72.8 mW时，最大输出功率25.3 mW，光光转换效率高达34.8%改变Mach-Zehnder干涉仪的臂长差，采用光谱预分割技术，得到1550 nm附近波长间隔～0.4 nm、消光比～16 dB的50个波长输出     

用单分子技术研究抗癌药物顺铂对DNA结构的影响

文章作者用磁镊与原子力显微镜研究了抗癌药物顺铂对单个DNA分子结构的影响.当顺铂浓度较低时,DNA链变得柔软,驻留长度从～52 nm显著缩短到～15 nm;当顺铂浓度较高时,DNA表现出凝聚现象.基于单分子拉伸和原子力显微镜(AFM)成像两方面的实验结果,文章作者提出一个顺铂导致的DNA变软(softening)-成环(looping)-缩短(shortening)-凝聚(condensing)模型(简写为SLSC模型)来解释观察到的DNA凝聚,并认为通过远程交联使DNA形成小环结构是铂类抗癌药物作用的重要特征.     

All-optical switching at the Fano resonances in subwavelength gratings with very narrow slits

We theoretically discuss all-optical switching at the Fano resonances of subwavelength gratings made of a chalcogenide glass (As(2)S(3)). Particular attention is devoted to the case in which the grating possesses extremely narrow slits (channels ranging from a～10 nm to a～40 nm). The remarkable local field enhancement available in these situations conspires to yield low-threshold switching intensities (~50 MW/cm(2)) at telecommunication wavelengths for extremely thin (d～200 nm) gratings when a realistic value of the As(2)S(3) cubic nonlinearity is used.     

Direct Observation of Fluorescently Labeled Single-stranded λDNA Molecules in a Micro-Flow Channel

We developed two labeling methods for the direct observation of single-stranded DNA (ssDNA), using a ssDNA binding protein and a ssDNA recognition peptide. The first approach involved protein fusion between the 70-kDa ssDNA-binding domain of replication protein A and enhanced yellow fluorescent protein (RPA-YFP). The second method used the ssDNA binding peptide of Escherichia coli RecA labeled with Atto488 (ssBP-488; Atto488-IRMKIGVMFGNPETTTGGNALKFY). The labeled ssλDNA molecules were visualized over time in micro-flow channels. We report substantially different dynamics between these two labeling methods. When ssλDNA molecules were labeled with RPA-YFP, terminally bound fusion proteins were sheared from the free ends of the ssλDNA molecules unless 25-mer oligonucleotides were annealed to the free ends. RPA-YFP-ssλDNA complexes were dissociated by the addition of 0.2 M NaCl, although complex reassembly was possible with injection of additional RPA-YFP. In contrast to the flexible dynamics of RPA-YFP-ssλDNA complexes, the ssBP-488-ssλDNA complexes behaved as rigid rods and were not dissociated even in 2 M NaCl.     

Tunable Optical Add/Drop Multiplexers Using Cascaded Mach Zehnder Coupler

Abstract

A tunable add/drop filter based on Cascaded Mach Zehnder (CMZ) coupler using SiO₂/silicon oxinitride (SiON) is presented with its mathematical model. The increase of filtered width (i.e., free spectral response) and lowering of crosstalk for this filter are optimized using its mathematical model with truncated binomial coupler distribution. The number of wavelength channels with 100 GHz (0.8 nm) channel spacing for 5-stage (M = 9, r = 2) truncated binomial CMZ filter with index contrast ～5% at ?20 dB crosstalk and the bending loss of 0.1 dB per MZ section are obtained as ～37 (free spectral range of 31 nm). It is seen that if during the fabrication process, waveguide core width w is increased or decreased by 0.1 μm (in percentage terms ～±6.6%), the crosstalk is slightly increased by ～7%. Thermal tuning for wavelength channels is achieved by thin film heater with low power thermooptic delay line structure which reduces the heating power by ～1.58 times in comparison to the conventional structure.     

三亚鹿回头海域珊瑚、石莼和碎石反射率光谱分析

以南海三亚湾鹿回头海域八种常见造礁石珊瑚优势种的反射率光谱为代表,用光谱仪测量它们和此海域常见底质石莼以及碎石的反射率光谱。通过反射率、导数光谱法研究了三亚鹿回头海域造礁石珊瑚、石莼和碎石的光谱差异。石莼于561.4 nm处出现反射率高达48%左右的显著波峰,在500～700 nm波长范围和造礁石珊瑚反射率差异较大;碎石反射率明显高于造礁石珊瑚反射率,整体差异显著。导数分析结果表明造礁石珊瑚、石莼和碎石可区分波段为：造礁石珊瑚与石莼主要为一阶导数在485～487,505～510,515～529,559～578,587～593,598～603和667～670 nm等波段。二阶导数在494.4～505.7,524～534.5,543.6～561.4和567.2～579.7 nm波段。四阶导数在515.8～430,621～627.1,628.8～635.6,639.3～645,661.8～669.8和678.4～682.4 nm等波段。造礁石珊瑚与碎石一阶导数反射光谱,主要为400～413.7,414～418,484.8～486.9,506～509.6,514.5～528.9,576.9～587.6和602.7～653.4 nm波段。二阶导数主要为,451.6～461.6,564.5～570.7和677～685 nm。四阶导数主要为,412.6～425.3,459.8～467,467.7～470.6,535.6～540.8,583.8～591.4,654.4～659.8和670.8～680 nm等波段。     

XeCl激光泵浦S2分子获得紫外激光振荡

本文报道利用ＸｅＣｌ准分子激光（３０８．１ｎｍ）横向泵浦硫双原子分子激光器，在近紫外谱区（３３０．９～３９０．０ｎｍ）的六条谱带上获得激光振荡。计算并测量了Ｓ２分子的吸收系数及小信号增益系数，从而确定了最佳泵浦波长。     

石油污染水体荧光图谱特征分析

石油类物质对水体吸收系数的影响主要通过黄色物质(CDOM)体现出来,CDOM和石油类物质皆具有荧光基团,如果两者的荧光图谱各自特征明显的话,那么有望利用荧光技术分离出水中石油物质和CDOM各自对水体总吸收系数的贡献,从而提高水体石油类物质含量的遥感反演精度。以大连周边海水和山区水库水为自然水体本底,分别与取自采油污水厂和炼油污水厂的污水进行混合配比,利用试验数据分析了仅含CDOM、含油与CDOM混合、仅含石油三种水样的荧光图谱特征,旨在为利用荧光技术分离出水中石油物质和CDOM各自对水体总吸收系数的贡献提供依据。分析结果表明：(1)自然水体中,海水的CDOM具有三个典型荧光峰,分别位于Ex:225-230 nm/Em:320～330 nm,Ex:280 nm/Em:340 nm和Ex:225-240 nm/Em:430～470 nm,为海水叶绿素碎屑物所致;淡水具有两典型荧光峰,分别位于：Ex：240～260 nm/Em：420～450 nm和Ex：310～350 nm/Em：420～440 nm,为陆源物质所致;(2)用正己烷萃取后的仅含油水样,具有1～3个荧光峰,分别位于Ex: 220～240 nm/Em：320-340 nm,Ex:270～290 nm/Em：310～340 nm和Ex: 220～235 nm/Em：280～310 nm,为各自烃类成分所致;(3)在自然水体中混入油污水后,含油和CDOM的水样荧光图谱呈现出一个非常强的荧光峰,位于Ex：230～250 nm/Em：320～370 nm,为CDOM和石油类物质荧光成分共同作用所致。     

三亚鹿回头海域珊瑚、团扇藻和砂反射率光谱分析

以海南三亚湾鹿回头附近海域常见的8种优势造礁石珊瑚的反射率光谱代表该海域珊瑚的反射率光谱,用光纤光谱仪测量它们和此海域常见底质团扇藻、砂的反射率光谱。利用反射率、导数光谱法分析研究了该海域造礁石珊瑚、团扇藻和砂反射率光谱的差异。分析表明500～ 700 nm和珊瑚反射率差异相对较大;珊瑚反射率光谱明显低于砂反射率光谱,反射率谱线整体差异显著。导数分析结果显示造礁石珊瑚、团扇藻和砂的可区分波段为：石珊瑚与团扇藻的一阶导数,主要为415.1～425.6,482～487,514.5～529,577～587.6和631.9～644 nm等波段。二阶导数主要为,413～418.7,427.4～432.5,462.3～470.6,494.4～503.6,551.6～561.4,590～594和639～643 nm波段。四阶导数主要为,412.2～418.4,420.5～425.3,470.9～480.2,481.3～486.9,540.8～545.7,560～568.3和635.6～639.6 nm等波段。石珊瑚与砂的一阶导数,主要为400～413.7,514.5～529.6,576.9～587.6和602.7～667 nm波段。二阶导数主要为,420.5～430.7,446.9～458.8,467.3～472.3,537～544.3,556.8～561.4,582.8～587.2和637.6～649.4 nm。四阶导数主要为,414.4～418.7,419.5～430.3,486.9～495.8,534.2～540.1,579～583.1,622.7～627.5,640～645和665.4～672.8 nm等波段。