光学单分子方法探测蛋白质的功能

过去20年中, 光学单分子探测的方法已经发展成为许多领域、特别是生物学领域研究的强有力工具. 单分子探测不仅能够给出物理量的平均值, 还可以给出有关分布的信息, 也能对一个分子的轨迹进行追踪. 这些独特的性质使单分子探测不仅仅在平衡体系, 如蛋白折叠、酶反应动力学、膜表面动力学等研究中发挥作用, 而且对非平衡体系的探测更具有其它方法无法比拟的优势, 同时单分子探测在生物活体中追踪分子时也有关键作用.     

单分子检测进展

单分子检测做为针对有限可数的化学微观个体性质和行为的测量分析方法,能够提供用传统的宏观测量方法得不到的分子微环境中微观个体信息,受到广泛关注。本文综述了近年来单分子检测领域的进展和单分子检测的基本技术,重点介绍了用电化学方法进行单分子检测的发展状况,并展望了单分子检测的发展前景。     

纳米通道单分子检测低噪音电流放大器系统的研究

研制了一种新型微电流放大器系统,用于检测琢-Hemolysin生物蛋白纳米通道在单分子检测实验中所产生的微弱电流信号(<100 pA)。在1 mol/L KCl、10 mmol/L Tris-HCl,1 mmol/L EDTA的缓冲液(pH 8.0)中测定了DNA-PEG-DNA交联物与纳米通道的穿越和碰撞信号。实验中使用3 kHz贝塞尔滤波器和100 kHz模数转换器来对电流进行采样。结果表明,此放大器系统能够有效降低电流记录过程中的噪音,有利于分辨待测物分子与纳米通道作用所产生的较小阻断的电流信号(<10 pA)。     

单分子毛细管电泳

对室温下液流中的单分子光学检测技术的基本原理、主要方法以及它在生物学中的应用做了综述。重点强调了毛细管电泳与单分子检测相结合-单分子毛细管电泳在分析科学中战略上的重要性，并展望了单分子光学检测技术为特征的单分子毛细管电泳在分析化学中的应用前景。     

单分子光谱检测法的新进展

自上世纪90年代以来，单分子检测已经取得了巨大的进步。它提供了大量非平衡体系中个体或平衡态脉动体系的信息，而这些信息是无法从传统的统计测量中获得的。本文主要介绍近10年来，单分子光谱检测技术从低温到室温、从非溶液介质到水溶液、从固体到活细胞、从有机染料分子到纳米粒子等方面的进展情况。     

单分子酶学研究进展

源于20世纪90年代的单分子显微成像技术成功实现了对单分子酶的催化过程实时监控,此后单分子酶学的研究进入了快速的发展时期,发现了多种酶的新单分子行为及反应机制。单分子酶学的研究能够发现隐藏于整体平均水平下的单个酶分子的个体行为,揭示了酶与底物作用的动态变化,加深了人们对各种生化反应的理解。     

单链高分子在纳米孔隙中的跨膜输运问题

针对单链高分子通过薄膜上纳米孔隙的输运这一现象分别首次实验和理论方面介绍了现今的研究进展情况.文中以理论和实验上共同关注的单链高分子跨膜输运的平均通过时间问题展开论述.具体地,作者考察了薄膜的厚度、薄膜的曲率、膜两侧的溶剂性质、单链高分子聚集态的变化以及链间相互作用等因素对输运过程的影响,并讨论了与这些因素相对应的实际应用.同时,分别对几个研究组的实验结果、解析以及模拟的理论结果进行了分析比较,旨在促进这一现象在相关领域的研究.     

水汽界面二维银颗粒表面上的单分子拉曼光谱检测

随着各种超灵敏分析仪器的发展 ,已经可以在低温固体中、室温液体中和电介质表面检测、鉴定单分子及其动力学行为 .这种新进展为科学家在分析化学、分子生物学和纳米结构材料等各种学科的应用开辟了许多新的视窗 .单分子谱学的研究在基础科学和应用科学方面引起了人们广泛的兴趣 .人们不仅希望能够“看到”单分子 ,而且希望了解单分子的物理化学行为 .在各种超灵敏检测技术中 ,拉曼光谱成为一种重要的技术 .由于原子力显微等微区技术的发展 ,并结合高灵敏度检测技术的进步 ,拉曼光谱已经发展成为一种检测灵敏度可以达到分子级的检测技术 [1,…     

基于氧化还原循环信号放大技术的单分子电化学研究进展

现代分析科学的整体发展对分析方法的灵敏度、选择性以及快速响应等有了更高的要求。在单分子水平上实现对目标分子的检测及控制是化学家们长期以来梦寐以求的一项富有挑战性的前沿领域,也是近年来分析科学很重要的前沿发展方向。用电化学方法直接检测单分子面临的一项挑战是单个分子在氧化还原过程中得失电子产生的电流变化太小,现代仪器无法对如此小的电流进行识别。使电极表面氧化还原过程中的电子交换实现多次循环可以放大产生的电流,从而实现单分子水平的直接电化学分析。本文对近期通过循环电子交换过程放大电流信号的技术和装置进行了综述,将各类方法进行对比,并对单分子电化学未来的发展方向进行了展望。     

Applications of Nanopore Sensing in Detection of Toxic Molecules

As a novel analytical method, nanopore sensing is widely applied in many fields such as nucleic acids sequencing, protein/peptides analysis, detection of metal ions and biomacromolecules including virus, bacteria, etc. With the growing public concerns on dietary safety and public security, there has been a greater demand on the detection of toxic molecules. With high sensitivity and selectivity, nanopore sensing is considered as a more powerful assay, and has been reported in many research articles. Accordingly, this paper surveys the application of nanopore sensing in detection of toxic molecules.     

荧光相关光谱单分子检测系统的研究

基于激光共焦构型,构建了一套高灵敏度和高稳定性的荧光相关光谱单分子检测系统。采用高数值孔径物镜使激光束高度聚焦,并用同一物镜收集样品的荧光,单光子计数器用于实时记录荧光信号。优化系统保持物镜焦点、针孔以及单光子计数器光敏区高度同轴。采用60×1.2(NA)的水浸物镜及直径为160μm的针孔得到的检测系统结构参数为ω0和z0分别为0.42μm和1.33μm,照射微区的体积为1.3fL。单个RhodamineGreen分子可获得13倍的信噪比。用该系统获得了小分子和生物大分子(DNA片段和蛋白质)的高质量荧光相关图谱,成功实现了单个分子的检测。     

An Engineered OmpG Nanopore with Displayed Peptide Motifs for Single-Molecule Multiplex Protein Detection

Molecular detection via nanopore, achieved by monitoring changes in ionic current arising from analyte interaction with the sensor pore, is a promising technology for multiplex sensing development. Outer Membrane Protein G (OmpG), a monomeric porin possessing seven functionalizable loops, has been reported as an effective sensing platform for selective protein detection. Using flow cytometry to screen unfavorable constructs, we identified two OmpG nanopores with unique peptide motifs displayed in either loop 3 or 6, which also exhibited distinct analyte signals in single-channel current recordings. We exploited these motif-displaying loops concurrently to facilitate single-molecule multiplex protein detection in a mixture. We additionally report a strategy to increase sensor sensitivity via avidity motif display. These sensing schemes may be expanded to more sophisticated designs utilizing additional loops to increase multiplicity and sensitivity.     

单分子导电性质的研究进展

介绍了测量单个有机分子导电性质的一些进展,包括分子的尺寸效应、官能团效应、分子与电极的接触效应等,以及分子逻辑器件的初步研究.     

基于Aerolysin纳米孔道对单个c-di-AMP分子的检测研究

环二腺苷酸(c-di-AMP)是原核细胞中普遍存在的第二信使, 不仅能够有效调控细胞生长、离子转运、细胞壁代谢平衡等多种生理过程, 还能引发I型干扰素应答, 激发机体天然免疫反应. 本实验使用单个气单胞菌溶素(Aerolysin)纳米孔道蛋白构建的单分子界面, 对c-di-AMP进行单分子测量研究. 为提高Aerolysin纳米孔对带负电小分子化合物的测量灵敏度, 本实验利用LiCl为支持电解质, 有效屏蔽Aerolysin孔口表面负电荷, 减小c-di-AMP与Aerolysin纳米孔之间的静电排斥, 从而显著增强了Aerolysin纳米孔道对单个c-di-AMP分子的检测能力. 实验结果显示, 在90 mV电压下, 每分钟在LiCl中获得的有效穿孔事件的数量最高可达同条件KCl支持电解质的30倍, 且有效穿孔事件占总体事件的比例在不同电压下提升了7~11倍. 进一步表明, 使用LiCl支持电解质, 可有效增强Aerolysin孔道对带负电小分子化合物的测量灵敏度. 因此, 本研究实现了Aerolysin纳米孔道对单个环二核苷酸的高灵敏免标记检测, 有望为单分子水平上阐明新型免疫干扰机制提供新的分析方法.     

Combination of Micro-fluidic Chip with Fluorescence Correlation Spectroscopy for Single Molecule Detection

A single molecule detection technique was developed by the combination of a single channel poly (dimethylsiloxane)/glass micro-fluidic chip and fluorescence correlation spectroscopy (FCS). This method was successfully used to determine the proportion of two model components in the mixture containing fluorescein and the rhodamine-green succinimidyl ester.     

用荧光关联谱单分子检测系统研究DNA分子

生命科学的发展对分析检测技术的灵敏度要求越来越高,人们希望在单分子水平上了解物质之间的相互作用以及生命的过程.     

单链高分子通过薄膜上纳米孔隙的输运过程: 链间相互作用的影响

从理论上研究了高分子链通过位于薄膜上的一个纳米孔隙的输运问题. 考虑在膜的一侧引入与传输高分子链有特殊相互作用的高分子链段, 研究链间相互作用致使高分子链构型的改变对其平均首次通过时间的影响, 进而在不同条件下进行了相应的数值模拟, 并讨论了其它一些相关问题.     

全内反射荧光成像技术及其在单分子检测中的研究进展

全内反射荧光显微镜技术是当今最灵敏的生物成像和检测方法之一,可以直接探测单个荧光分子。这种方法已成功地用于生命科学、化学、物理学等研究领域,获得了常规方法无法得到的重要信息。本文介绍了全内反射荧光显微镜的工作原理和实验技术,总结了近年来这种单分子检测方法在生命科学、化学等领域的重要应用,并对其发展前景进行了展望。     

Aerolysin纳米孔道对寡聚核苷酸的高灵敏单分子检测

自纳米孔道单分子电化学技术提出以来,为了构建性能良好的纳米孔道,研究人员一直在寻找不同的孔道材料. 本研究探索了Aerolysin生物纳米孔道在寡聚核苷酸检测方面的可能性. 实验结果表明,与常用的α-溶血素纳米孔道相比,Aerolysin纳米孔道在寡聚核苷酸检测方面表现出更强的空间和时间分辨能力. 三个碱基长度的寡聚核苷酸可对Aerolysin纳米孔道造成约为40%的电流阻断. 阻断时间表现出电压相关性,随电压的升高而减小. 与其他生物纳米孔道相比,Aerolysin纳米孔道无需任何基因突变、化学修饰即可实现对单个寡聚核苷酸的超灵敏分析. 未来,Aerolysin纳米孔道将有可能应用于DNA损伤检测、microRNA分析以及其他基于纳米孔道的单分子分析检测.     

单分子结的构筑及分子电导性质的测试

分子电子学已成为21世纪研究的热点. 通过将具有特定功能的分子连接在纳米尺度金属电极之间从而构筑包括分子导线、开关、整流器在内的各种分子尺度电子器件, 这引起了科学家们广泛的研究兴趣. 在分子电子学研究中, 构筑金属/分子/金属(MMM)分子结是研究分子器件中电子传输性质的关键. 尽管已经取得了很大的进展, 目前在纳米尺度下构筑稳定可靠的MMM分子结并测试单个分子的电学性质仍然面临很多挑战. 本文着重对单分子电学性质的测试技术和相关理论研究的最新进展以及存在的挑战做了概述.