在单个分子水平上研究罗丹明标记的磷脂分子的扩散

利用共焦荧光显微镜在单个分子水平上检测了罗丹明标记的磷脂分子(T1 391 )在溶液中和玻璃表面的扩散行为 ,并获得了单个分子分辨的荧光成像 .用穿越时间分布函数拟合分子通过焦点时发射荧光信号的宽度分布 ,得到　T1 391分子在水溶液中的扩散常数为 2 .3× 1 0 - 6 cm2 ·s- 1,　在亲水玻璃表面上的扩散常数为 3.4× 1 0 - 8cm2 ·s- 1.部分磷脂分子与玻璃表面发生强吸附作用 ,其停留在焦点内的时间较长 ,特征穿越时间为 85ms     

罗丹明标记的磷脂分子聚集态的光谱与AFM研究

在不同表面压的ＬＢ膜上,应用光谱学和原子力显微镜学研究了由罗丹明标记的磷脂分子形成的多种聚集态．这些分子聚集态使光谱的峰值位移,谱带加宽．ＡＦＭ的形貌图进一步说明了膦脂单分子膜的不均一性．根据激子理论,以４５°取向角存在的罗丹明染料聚集体更符合－Ａ曲线．     

活细胞内单个分子荧光检测

简要介绍了单个分子荧光检测在活细胞体系研究中的优势,介绍并讨论了单个分子荧光检测的主要技术和标记、检测方法,并回顾了目前单个分子荧光检测技术在生命科学研究中所取得的进展。     

单个蓝藻细胞的光谱

利用共焦显微和光栅光谱技术，得到了蓝藻Anabaena strain PCC 7120完整藻丝体中的单细胞吸收和荧光发射光谱.发现了前人未观察到的不同异形胞之间有显著光谱差异的现象，该现象可能与异形胞不同发育阶段的藻胆体和光系统的演化相关联.     

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。     

微生物脂肽与磷脂的混合单分子膜性质

研究了一种微生物脂肽--表面活性素与二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱(DMPC)在气,液界面形成的混合单分子膜性质.测定了混合单分子膜的表面压.分子面积(л-A)曲线,根据л-A曲线获得了不同表面压下混合单分子膜的过剩面积(Aex)和混合过剩自由能(△Gmex)与混合单分子膜中表面活性素摩尔分数的关系.Aex和△Gmex的计算结果均表明,表面活性素与DMPC在纯水亚相上形成的混合单分子膜中不相容,二者之间 的相互作用主要是排斥力.通过原子力显微镜观察了在表面压15mN/m下的混合单分子膜的LB膜,发现表面活性素与DMPC发生了微相分离,说明二者在混合膜中的烷基链取向不同,这可能是二者发生排斥作用的主要原因之一.此外,还研究了亚相pH对混合单分子膜相容性的影响,发现表面活性素与DMPC在混合单分子膜中的相容性在碱性环境下增强,这可能与二者极性头基之间的相互作用有关.     

分离检测生物活性物质的荧光标记试剂与分子探针及其应用

作者结合自己的研究工作主要评述了用于分离检测氨基化合物（氨基酸、肽、蛋白质和生物胺等）、巯基化合物（谷胱甘肽、半胱氨酸和高半胱氨酸等）及NO等生物活性物质的荧光标记试剂和荧光分子探针的近期进展和应用。除了传统的的OPA、NDA、DNS、FMOC、FITC、NBD-F、AQC、Cy5等在HPLC和CE分离荧光检测应用新进展,还介绍了许多新的荧光分子探针和标记试剂的性能和应用。它们是N－羟基琥珀酰亚胺活性酯荧光标记试剂,6-氧-（N-琥珀酰亚胺乙酸酯）-9-（2'-甲氧羰基）荧光素（SAMF）,1,3,5,7-四甲基-8-苯基-（4'-O-（N-琥珀酰亚胺乙酸酯））-二氟化硼-二吡咯甲烷（TMPAB-Osu,）等和3-碘乙酰胺苯嵌蒽酮荧光探针及MCY5、DSTCY、DCDSTCY和DCTCY等花菁类近红外荧光探针等。     

仿生信号转导体系的构建:囊泡表面磷脂信号分子诱发的乳酸脱氢酶的激活

以细胞肌醇磷脂信号转导途径为原型,在合成肽脂囊泡(人工细胞膜模型)上,利用天然磷脂为信号分子,成功地激活了处于囊泡表面的乳酸脱氢酶．为此,将1,2-二-十四烷基磷脂酰乙醇胺等天然磷脂嵌入合成肽脂N,N-二-十六烷基-N^a-6-三甲胺基己酰基-L-甘氨酰胺囊泡中,制备了稳定的混合双层膜囊泡,用透射电子显微照相、动态光散射及差示扫描量热等手段确认了混合囊泡的形态及粒径分布．以磷酸吡哆醛等维生素B6类化合物为信号分子激活剂,利用它们与天然磷脂形成复合体,进而与Cu^2 形成强的金属配合物的性质,实现了对处于囊泡表面、被Cu^2 抑制的乳酸脱氢酶的激活,构建了一个新的仿生信号转导体系．紫外一可见光谱实验证实了以上结果．此外,结果还表明囊泡表面的疏水作用和静电引力是促进天然磷脂一磷酸吡哆醛复合体形成的主要因素．囊泡表面的疏水微环境作为反应场是构建此仿生信号转导体系不可缺少的要素．     

免标记地检测二元磷脂膜中磷脂分布的表面增强拉曼成像方法

以银纳米粒子自组装层为增强基底,我们报道了一种用于检测二元磷脂膜中具有相似结构磷脂分布的表面增强拉曼成像方法,这种方法具有免标记及花费低廉的优点.对探针分子对巯基苯胺（p-aminothiophenol）,实验中所用的银纳米粒子自组装层表现出强的表面增强拉曼活性及良好的重现性.原子力显微镜表征结果证明了完整的磷脂膜在银纳米粒子自组装层上的形成.以这种银自组装层为基底,我们得到了磷脂膜中二肉豆蔻酰磷脂酰甘油（DMPG）和二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱（DMPC）的表面增强拉曼光谱,并且利用DMPG的光谱特征峰,1482cm-1,区分这两种磷脂.而通过1482cm-1和1650cm-1的峰强比（R1482/1650）,可以同时得知在混合磷脂膜上某点这两种磷脂所占的比例：R1482/1650值的增加意味着DMPG的增加和DMPC的减少.磷脂膜的表面增强拉曼成像则是由R1482/1650值和对应的位置信息组合而得到,其成像结果表明了带电的磷脂DMPG在混合磷脂膜中的聚集.我们所报道的基于表面增强拉曼成像技术的方法提供了一种便利的、免标记的和花费低廉的途径来研究磷脂膜的结构,例如磷脂域和脂阀.     

细胞膜上信号转导蛋白的单分子成像与分析

结合本课题组的研究工作,介绍了单分子荧光成像原理、荧光标记方法及数据分析方法,并进一步综述了单分子荧光成像在几种重要的膜蛋白信号转导分子机制和相关药物研究中的进展.     

Electrophoretic separation and confocal laser-induced fluorescence detection at ultralow concentrations in constricted fused-silica capillaries

Laser-induced fluorescence detection of labeled amino acids in a flowing stream at femtomolar (10(-15)M) concentrations was achieved by using a fused-silica capillary flow-cell comprising a constricted thin-walled detection region with inner diameters (IDs) ranging from 2 to 8 microm. The diameter of the constricted region was made to match a diffraction-limited focus of a uniphase transverse electromagnetic mode (TEM(00)) laser beam. Optimization of capillary dimensions and geometries (i.e., curvature, wall thickness, and outer-inner diameter ratio were performed in order to minimize cylindrical lensing of the focused laser beam. The fluorescence was collected in a confocal optical setup using a 1.3 numerical aperture (NA), 100x oil-immersion objective and a single-photon-counting avalanche diode (SPAD). Under conditions of fluid flow, the constriction in the capillary forces all analytes to traverse across the laser probe volume, resulting in a high sampling efficiency. Fluorescein isothiocyanate-labeled glutamate (FITC-Glu) was electrophoretically separated and detected in capillaries having an ID of 2 microm at the constricted region with detection limits of 250 fM (signal-to-noise ratio (S/N) = 3) in the injected solution.     

利用原子力显微镜研究在单分子水平上DNA与组蛋白的相互作用

核小体是DNA被压缩成染色质的第一级压缩结构. 为了更深刻描述DNA与组蛋白的相互作用,利用透析方法将DNA和组蛋白构建成核小体,并且应用原子力显微镜进行单分子水平上的观察. 实验结果表明利用透析方法得到了核小体的“串珠型排列”,并且对在两种不同的结合条件下DNA与组蛋白的相互作用进行了观察和比较.     

An improved synthesis of a fluorescent gabapentin-choline conjugate for single molecule detection

Voltage-gated calcium ion channels comprise pore-forming α₁ and auxiliary α₂δ, β, and γ subunits. They are important molecular devices involved in a variety of cell functions. Fluorescently labeled acylcholine analogues are important in studies such as ion channel regulation. Cy3-3-acetylcholine has recently been synthesized for single molecule detection studies; albeit in an extremely low overall yield (0.06%). In this work, an alternative route to that used in the previous Cy3-3-acetylcholine synthesis was developed with a 90% yield at a significantly lower material cost.     

Single-molecule studies of a model fluorenone.

Single-molecule fluorescence measurements of 2,7-bis(3,4,5-trimethoxyphenylethenyl)fluorenone (OFOPV) reveal narrow emission spectra concentrated around 540 nm, with weak emission at longer wavelengths. The wide scattering of emission-maximum wavelengths is attributed to varying molecular environments, with dimers or higher-order aggregates contributing to the low-energy emission. This spectral distribution indicates that emission from monomers of this model fluorenone is mostly green, which is consistent with contaminant emission (g-bands) often observed in fluorene- and polyfluorene-based organic light emitting diode (OLED) devices. A histogram of center wavelengths from 118 single-molecule spectra shows good agreement with the green emission previously observed in thermally stressed 2,7-bis(3,4,5-trimethoxyphenylethenyl)-9,9-diethylfluorene (OFPV). Whereas bulk OFPV exhibits blue fluorescence at about 480 nm, OFOPV bulk thin film measurements reveal red luminescence shifted to 630 nm. This unexpected peak position for bulk OFOPV shifts to higher energies (ca. 540 nm) upon dilution in a solid-state matrix, suggesting that the bulk red emission finds its origins in interactions between fluorenone molecules. Explanations for this red emission include aggregate or excimer formation or intermolecular energy transfer between fluorenone molecules.     

Spectral imaging of single molecules by transmission grating-based epi-fluorescence microscopy

A spectral imaging method of single protein molecules labeled with a single fluorophore is presented. The method is based on a transmission grating and a routine fluorescence microscope. The bovine serum alubmin (BSA) and antiBSA molecules labeled with Alexa Fluor 488 and Alexa Fluor 594, respectively, are used as the model proteins. The fluorescence of single molecules is dispersed into zeroth-order spectrum and first-order spectrum by the transmission grating. Results show that the fluorescence emission spectrum of single molecule converted from the first-order spectral imaging is in good agreement with the bulk fluorescence spectrum. The spectral resolution of 2.4 nm/pixel is obtained, which is sufficient for identifying the molecular species in a multicomponent system.     

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.     

一氧化碳共吸附法确定叔丁胺分子在Cu(111)表面的吸附位

采用扫描隧道显微镜(STM)和密度泛函理论(DFT)研究了78 K时单个叔丁胺分子在Cu(111)表面的吸附位. 我们提出以共吸附的一氧化碳√3 ×√3 超结构为基底铜原子的标识方法, 确定了低覆盖度的叔丁胺分子在Cu(111)表面的吸附位为顶位. 而采用单个一氧化碳分子标识基底铜原子的位置, 同样得出了叔丁胺分子的吸附位为顶位. 此外, 还采用DFT计算叔丁胺分子在Cu(111)表面的优势吸附构型. 理论计算结果表明顶位吸附构型为能量最稳定的构型, 与实验结果相吻合.