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.     

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.     

萘酞菁LB膜取向液晶研究

利用二(3-叔丁基硅氧基)萘酞菁硅 (SiNc) Langmuir-Blodgett (LB) 膜对丝状液晶的定向进行了研究,发现在不同膜压下沉积的SiNc LB膜具有不同的定向效果.在15mN/m低膜压下沉积的LB膜上丝状液晶主要呈沿膜面水平排列,而30mN/m高膜压下沉积的LB膜则取垂直膜面取向.原子力显微镜(AFM)对相应的LB单层膜和多层膜进行的分子尺度上的形貌研究发现,高膜压条件下SiNc分子以分离的单体或聚集体形式非连续地在基片上呈线性堆积排列,形成一定的分子“纳米线”,并且大环平面垂直于基片 关键词：     

抗生物素蛋白与DNA相互作用的单分子研究

抗生物素蛋白(avidin)在生物单分子实验中被广泛用于DNA与修饰表面的连接,同时avidin也可作为一种DNA载体用于基因治疗中.本文利用原子力显微镜(AFM)、动态光散射(DLS)、单分子磁镊(MT)技术系统地研究了avidin与DNA之间的相互作用,以及avidin引起DNA凝聚的机理.首先通过AFM对avidin-DNA复合体形貌进行观察,发现不但有avidin导致DNA凝聚的环状形貌,同时也存在avidin自身聚集引起的DNA凝聚现象,通过定量分析,发现其凝聚尺寸越来越小,而当avidin浓度大于2 ng·μL~(-1)时,其凝聚尺寸又突然变大.DLS实验结果也显示了同样的规律,伴随着avidin浓度的升高,DNA的粒径大小从大约170 nm减小到125 nm左右,其电泳迁移率由-2.76(10~(-4)cm~2·V~(-1)·s~(-1))变化到-0.1(10~(-4)cm~2·V~(-1)·~(-1)).此外,通过MT技术的力谱曲线变化,发现avidin导致的DNA凝聚与其他多价离子相比,长度的变化曲线几乎呈线性变化,偶尔存在少而小的阶跃,这种变化趋势与组蛋白的变化曲线更相似.因此可以判断,avidin导致DNA凝聚是由avidin与DNA的静电吸引和avidin自身聚集两种相互作用引起的.     

脂质体结构特性的原子力显微镜研究

用原子力显微镜(AFM)研究了1,2二油酸甘油3磷酸1甘油(DOPG)脂质体胞囊的形态和脂双层膜结构.报道了AFM探针与吸附在氧化硅膜上脂质体的相互作用结果.实验结果表明,在液晶态的DOPG中,AFM图像是一些球形或椭球形颗粒.这些球形或椭球形颗粒与液晶态的DOPG脂质体的结构特性有关.当AFM的探针与脂质体表面相互作用力超过某临界值时,脂质体胞囊破裂,变成脂双层结构.从图上可以看到,第二层的DOPG膜吸附在第一层上,膜的厚度约为5nm. 关键词： 原子力显微镜 脂质体 纳米结构     

原子力显微镜在分子细胞生物学研究中的应用

 1986年秉霖(G.Binning)等在扫描隧道显微镜的基础上发明了原子力显微镜(Atomicforcemicro-scope,AFM)。这种显微镜的放大倍数远远超过以往的任何显微镜,可以直接观察物质的分子和原子组成,这为微观世界的探索提供了理想的工具。AFM不仅可以以高分辨率表征样品表面形貌,分析研究与作用力相对应的各种表面性质,并可对样品的分子或原子进行纳米级力加工,也能对活的生命样品进行实时动态观测。这些特性使AFM在生命科学特别是在分子细胞生物学的研究中占据着独特的地位。一、AFM对细胞表面结构的研究AFM的样品制备简单,只需作一个渗涂片并在空气中干燥,且不需特殊的染色和固定;它的     

Au标蛋白自组装表面增强拉曼光谱的研究

采用免疫Au标技术,用尺寸大约在13 nm的Au胶体颗粒标记了人血清蛋白(Human IgG),然后将Au标蛋白复合体固定在通过三氨基三乙氧基硅烷和戊二醛自组装单膜的Si片上。这种方法在基底表面上不仅牢固地固定了单层Au纳米颗粒标记的蛋白分子复合体而且提高了复合体的表面覆盖度,保持了生物分子的结构。利用原子力显微镜(AFM)观察了Au标蛋白的自组装表面。实验结果表明Au标蛋白在Si片表面聚积形成一定的Au标蛋白分子的复合体“岛状”单层,并且在这些岛状单层上获得了很明显的标记蛋白的表面增强拉曼散射(SERS)信号。文章在Si表面自组装了Au标蛋白分子,获得了较好的蛋白分子的SERS信号,提供了一种研究蛋白分子的SERS活性基底。     

DNA单分子弹性理论

随着单分子操纵技术的发明与发展，人们已经可以对单个生物大分子施以力或力矩，并测量它们的物理性质，DNA单分子的力学实验表明，在分子尺度上理解生物大分子的生化过程，力与能量是同等重要的结构与功能参数。一个梯子模型被用来描述双链DNA的外力拉伸曲线，在这个模型中，DNA是由许多碱基对(梯子的横杆，横杆之间存在吸引势)连接两条聚核苷酸虫链(梯子的两侧)形成的高分子，利用路径积分法得出的理论曲线与实验曲线吻合得很好，对于单链DNA，用分立的杂化高分子链统计理论的母函数方法来计算其弹性行为，得出与实验相符合的外力引起的解链相变结果。此外，对于抑瘤蛋白p53识别序列DNA微环弹性进行分析，发现其弹性模量只是通常随机序列的三分之一。     

MgO和Si上NbN超薄薄膜的生长研究

我们在单晶MgO(100)、Si(100)和SiOx/Si基片上成功生长了纳米厚度的超薄NbN薄膜,利用现代分析手段:X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)等技术分析研究了所制备的超薄NbN薄膜的微观结构、厚度、表面界面情况等物理特性。研究表明,在MgO(100)基片上获得了外延生长的单晶NbN超薄薄膜,在Si(100)和SiOx/Si基片上获得的是多晶NbN超薄薄膜。厚度均约6nm左右。这些超薄薄膜的超导转变温度分别为:MgO上薄膜是14.46K,Si和SiOx上薄膜分别是8.74K和9.01K.     

Au诱导形成有序Si纳米孔阵列及其应用

以自组装聚苯乙烯小球(PS)单层膜为掩膜,利用Au对Si表面的催化氧化作用以及KOH溶液对单晶Si的各向异性腐蚀特性,在Si(100)面上制备了一系列尺寸小于100 nm有序可控的Si纳米孔阵列.扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等的测试结果显示:当PS小球溶液与甲醇溶液的体积比为9:11时,可形成大面积无缺陷的单层膜;但当体积比过大时,会导致类似双层膜结构的形成;而当体积比过小时,会诱导形成点缺陷和线缺陷.对PS小球及溅射Au处理过的Si晶片进行KOH溶液腐蚀,随着腐蚀时间变长,纳米孔的横向尺寸和深度增大,其形貌由圆形逐渐变为倒金字塔型,当腐蚀时间超过10 min,纳米孔阵列的有序性遭到破坏.采用离子束溅射技术在倒金字塔型纳米孔衬底上获得了有序Ge/Si纳米岛,而在圆形纳米孔衬底上获得了有序Ge/Si纳米环.进一步对有序Ge/Si纳米岛及纳米环的形成机理进行了解释.     

B-到Z-DNA结构转变特性的理论研究

本文给出了B-到Z-DNA的结构转变模型,研究了盐浓度和外力矩对B-Z结构转变特性的影响,得到了折叠角的几率分布、B-Z转变的临界扭矩和转变能随盐浓度的变化规律.结果表明:在没有外力和外力矩的情况下,盐浓度达到2.3 mol/L时,Z构象开始出现,与实验结果一致.随盐浓度的增加,Z构象存在的几率增大,B-Z转变所需的扭转力矩减小.     

光谱学研究血卟啉与鲱鱼精DNA的相互作用

以中性红(NR)作探针研究了血卟啉(HD)与DNA的相互作用.光谱学研究表明,血卟啉与DNA发生作用生成了超分子复合物.其结合比nHD:nDNA=3:1,血卟啉与DNA的结合常数K=1.84×104L/mol.同时运用Scatchart方程研究了血卟啉与DNA的作用方式,确定了血卟啉与鲱鱼精DNA之间的作用方式为混合作用方式.其作用机理可能是血卟啉以部分插入方式同时伴随共价和静电方式与DNA作用,影响其基因调控与表达,进而抑制肿瘤细胞的生长.     

Salen Mn(Ⅱ)、Eu(Ⅲ)配合物抗O_2~(·-)活性及其与DNA作用的光谱性质研究

合成了5种Salen Mn(Ⅱ)及2种Salen Eu(Ⅲ)配合物。以NBT/核黄素(VB2)/蛋氨酸为O2.-的产生、检测体系,对上述配合物进行了抗O2.-活性研究,发现Mn(Ⅱ)配合物对O2.-均具有较为明显的清除活性。用荧光检测法对上述配合物与ct-DNA的作用进行了研究,结果显示其均能与DNA产生结合作用,提示具有潜在抗癌活性。     

Analysis of the DNA Fourier transform-infrared microspectroscopic signature using an all-reflecting objective

The Fourier transform-infrared (FT-IR) signature of dry samples of DNA and DNA-polypeptide complexes, as studied by IR microspectroscopy using a diamond attenuated total reflection (ATR) objective, has revealed important discriminatory characteristics relative to the PO₂⁻ vibrational stretchings. However, DNA IR marks that provide information on the sample's richness in hydrogen bonds have not been resolved in the spectral profiles obtained with this objective. Here we investigated the performance of an “all reflecting objective” (ARO) for analysis of the FT-IR signal of hydrogen bonds in DNA samples differing in base richness types (salmon testis vs calf thymus). The results obtained using the ARO indicate prominent band peaks at the spectral region representative of the vibration of nitrogenous base hydrogen bonds and of NH and NH₂ groups. The band areas at this spectral region differ in agreement with the DNA base richness type when using the ARO. A peak assigned to adenine was more evident in the AT-rich salmon DNA using either the ARO or the ATR objective. It is concluded that, for the discrimination of DNA IR hydrogen bond vibrations associated with varying base type proportions, the use of an ARO is recommended.     

A Bayesian Analysis of Plant DNA Length Distribution via κ-Statistics

We report an analysis of the distribution of lengths of plant DNA (exons). Three species of Cucurbitaceae were investigated. In our study, we used two distinct κ distribution functions, namely, κ-Maxwellian and double-κ, to fit the length distributions. To determine which distribution has the best fitting, we made a Bayesian analysis of the models. Furthermore, we filtered the data, removing outliers, through a box plot analysis. Our findings show that the sum of κ-exponentials is the most appropriate to adjust the distribution curves and that the values of the κ parameter do not undergo considerable changes after filtering. Furthermore, for the analyzed species, there is a tendency for the κ parameter to lay within the interval (0.27;0.43).     

Rapid and label-free detection of H5N1 virus using carbon nanotube network field effect transistor

DNA hybridization-based detection techniques are widely used in genetics, medicine, and drug discovery. However, the current techniques are usually based on labels and reagents that are time consuming and complex to implement. In this study, we report a label-free DNA sensor based on single-walled carbon nanotube field effect transistor (SWCNTFET) for selective DNA hybridization detection of H5N1 virus. A network of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) acts as the conductor channel. Probe DNA sequences were adsorbed onto SWCNTs. The developed DNA sensor can effectively detect full-complementary DNA with concentration as low as 1.25 pM. The sensitivity of the DNA sensor reached approximately 0.28 nM/nA. The effect of the parameters, including DNA probe concentration, its complementary concentration, mismatched sequence, and hybridization time, on the sensor response was also studied. The results showed the potential application of the DNA sensor for medical, environmental, and epidemic detection.     

DNA折纸结构介导的多尺度纳米结构精准制造

原子及近原子尺度制造在近年来一直是物质科学领域被广泛探讨的前沿问题.当制造和加工的尺度从微米、纳米逐渐走向原子级别时,材料在常规尺度下所具备的性质已无法通过经典理论进行解释,相反地,会在这一尺度下展现出一系列新奇的特性.因而对材料极限制造尺度和颠覆性物性的不断追求始终是科学界共同关注的重点领域.作为一种在纳米尺度下对结构制造单元进行精细操控的先进手段,DNA纳米技术的开发和发展为纳米制造甚至原子制造提供了新的观点和思路,而DNA折纸术作为DNA纳米技术的重要组成部分,正在凭借其在结构制造过程当中的高度可编程性成为纳米尺度下进行各类物质精准制造的独特的解决方案,并可能为不同物质不同材料更小尺度和任意形状的精准构筑带来机遇.本文首先简单概述了DNA折纸术的基本原理和发展历程,然后根据制造策略的不同对DNA折纸结构的纳米制造的相关代表性工作做了总结,并在文末提出了对于DNA折纸结构在原子制造中的可行性的思考和未来发展方向的展望.     

Effects of Sequence on Transmission Properties of DNA Molecules

A double helix model of charge transport in DNA molecule is given and the transmission spectra off our DNA sequences are obtained. The calculated results show that the transmission characteristics of DNA are not only related to the longitudinal transport but also to the transverse transport of molecule. The periodic sequence with the same composition has stronger conduction ability. With the increasing of bases composition, the conductive ability reduces, but the weight of θ direction rises in charge transfer.     

嵌入Ag纳米颗粒层的DNA忆阻器

构建了具有“Al/DNA-CTMAB/Ag NPs/DNA-CTMAB/ITO”结构的有机忆阻器件, 并对其电流-电压 (I-V)曲线进行测量. 结果表明, 嵌入Ag纳米颗粒层, 不仅可以增强器件的导电性, 而且忆阻特性也显著提高. 当颗粒粒径在15–20 nm范围时, 开-关电流比I_ON/I_OFF能够达到10³. 器件的I-V特性受扫描电压幅值V_A的影响, 随着V_A的增大, 高阻态的电流变化较小, 而低阻态的电流明显增大, 开(或关)电压V_SET (V_RESET)和I_ON/I_OFF增加. 实验还发现, 器件高低阻状态的相互转换取决于外加电场的方向, 说明该忆阻器具有极性.