原子力显微镜-荧光显微镜联用技术在活细胞单分子检测中的应用

原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)及荧光显微镜(Fluorescence microscopy,FM)是目前活细胞单分子分析检测中最常用的两种工具.结合两种显微镜的优势,发展高时空分辨、多功能的AFM-FM联用技术成为近年该领域的研究热点.本文简述了AFM单分子力谱和FM单分子荧光成像的原理,总结了AFM-FM联用系统在仪器研制方面的发展概况,并结合本课题组在应用AFM-FM联用技术研究细胞膜上配受体相互作用等方面的工作,介绍了其在活细胞单分子检测中的应用进展.     

原子力显微镜在多糖结构研究中的进展

简述了原子力显微镜(AFM)的工作原理和特点,以及在多糖,特别是在淀粉结构研究中的进展。     

基于原子力显微镜的单分子力谱在生物研究中的应用

原子力显微镜被广泛应用于生物研究领域,基于原子力显微镜的单分子力谱可以在单分子、单细胞水平上研究生物分子内和分子间的相互作用。 本文介绍了原子力显微镜单分子力谱在生物分子间相互作用、蛋白质去折叠、细胞表面生物分子、细胞力学性质和基于单分子力谱成像等研究中的最新进展。     

基于原子力显微镜研究农药对溶菌酶淀粉样纤维化过程的影响

本文利用原子力显微镜(AFM)在分子水平上研究了三氯杀螨醇、氟氯氰菊酯、三唑酮和西维因四种农药对淀粉样纤维化过程的影响。结果发现,四种农药对溶菌酶淀粉样纤维的形貌特征均没有明显的影响。但是,三氯杀螨醇和氟氯氰菊酯缩短了淀粉样纤维生长的指数生长期,对溶菌酶淀粉样纤维化过程有促进作用,而三唑酮和西维因对纤维化过程没有明显的影响。结合表面等离子体共振技术和荧光光谱技术的分析结果,可以推测三氯杀螨醇和氟氯氰菊酯与溶菌酶结合后,使蛋白质构象发生变化而促进了淀粉样纤维的形成。本文不仅从分子水平上研究农药与淀粉样纤维化过程的关系,还有望为预防淀粉样变性疾病提供理论参考。     

原子力显微镜在蛋白单分子结构与功能研究中的应用

原子力显微镜(AFM)以其超常的信噪比、空间分辨率和灵活的探测环境使得单个蛋白分子能在生理条件下成像,在蛋白单分子结构与功能研究中得到广泛地应用。论文介绍了AFM在分子马达、光合蛋白、分子伴侣等蛋白表面结构表征中的应用;AFM在蛋白单分子表面的粘弹性、电荷分布、分子间相互作用等物理属性研究中的进展;总结了AFM在蛋白分子功能研究和单分子操纵中的应用。     

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.     

基于原子力显微镜的微悬臂传感器测定溶菌酶

提出了一种基于原子力显微镜AFM技术的微悬臂检测溶菌酶的新型传感器技术。通过利用AFM激光束对溶菌酶吸附前后的微悬臂形变程度进行检测,研究了溶菌酶在正十二硫醇修饰微悬臂上的吸附。在最佳条件下,溶菌酶浓度在0.01～100μg/L范围内,其浓度的对数值与微悬臂偏转值呈良好的线性关系,相关系数达到0.998;检出限5.0ng/L。将该法用于药物制剂中溶菌酶含量的测定,获得了满意的结果。     

Atomic Force Microscopy,Transmission Electron Microscopy,and Photon Correlation Spectroscopy: Three Techniques for Rapid Characterization of Optimized Self-Nanoemulsiying Drug Delivery System of Glibenclamide,Carvedilol, and Lovastatin

This article looks at atomic force microscopy as an important aid to characterize the self-nanoemulsifying formulation of glibenclamide, lovastatin, and carvedilol in conjunction with other sophisticated technique, viz., transmission electron microscopy and photon correlation spectroscopy. Sizes obtained by processing the atomic force microscopy (AFM) image are comparable with those obtained from transmission electron microscope. Although in the present study, the mean particle size obtained from photon correlation spectroscopy does not correlate to the findings of atomic force microscopy and transmission electron microscopy, but the poly-disperse index values correlate well with the findings of AFM and transmission electron microscopy where uniform particle size was observed in aqueous dispersion of self-nanoemulsifying formulation of glibenclamide, lovastatin, and carvedilol.     

质膜微囊的分离及原子力显微镜研究

采用非去污剂在OptiPrep梯度中漂浮超声处理质膜的方法, 从鼠肺中分离质膜微囊, 在原子力显微镜下以不同条件进行了观察. 该非去污剂法能分离出完整的质膜微囊, 在去离子水稀释500倍的条件下得到了清晰的质膜微囊的原子力显微镜图片, 建立了一种新的快速分离完整质膜微囊的方法和用原子力显微镜观测质膜微囊结构的新方法.     

A Novel Structure Observed on the Phospholipid Langmuir-Blodgett Bilayer by Atomic Force Microscopy

A novel roundish objects were observed directly by means of atomic force microscopy to be formed on dimyristoylphosphatidylcholoine (DMPC) Langmuir-Blodgeet bilayer films. The roundish structure may be resulted from the aggregation of DMPC molecules because of the collapse of DMPC liposomes formed on the interface of water/organic phase when they lose the water support.     

原子力显微镜及其在电化学和电分析化学中的应用

本文评述了原子力显微镜原理和技术及其在现场电化学和电分析化学领域中的应用，并展望了扫描隧道显微镜和原子力显微镜在电化学和电分析化学中的发展方向。     

Atomic Force Microscopy and X‐Ray Photoelectron Spectroscopy of Lead(II) Membrane Electrode Based on Dithiodibenzoic Acid as Ionophore

The use of 1‐butyl‐3‐methylimidazolium hexafluorophosphate ionic liquid [C₄mim][PF₆] as additive in a Pb(II) plastic membrane electrode increased significantly the selectivity of the sensor. Atomic force microscopy and depth profiling X‐ray photoelectron spectroscopy were applied to investigate the compositional and morphological changes of the surface and bulk of the membrane during the conditioning process of the electrode.     

Interaction Forces Between Graphitic Carbon Black Surfaces Coated with Polymers Using Atomic Force Microscopy

Carbon black dispersions are stabilized using polymeric dispersants. The stabilization is provided by adsorbed polymer layers around surfaces through interaction forces. Therefore, it is valuable to measure the interaction forces between bare and polymer-coated surfaces using atomic force microscopy to predict the behavior of dispersions. Three polymeric dispersants (Hypermer LP1, Hypermer B246, and OLOA 11000) are used in the present work to disperse the graphitic carbon black particles in an organic solvent, decaline. Hypermer B246 and OLOA 11000 produced repulsive interactions and, hence, are effective stabilizers for carbon black surfaces. Hypermer LP1 produced attractive interactions, making it an ineffective stabilizer for carbon black. Attractive interactions were also observed in blank dispersions. The experimentally determined interaction curves are compared with theoretical curves, the Derjaguin approximation. The repulsive steric interactions are also analyzed quantitatively based on the Alexander and de Gennes scaling law.     

生物大分子的单分子力谱:在水溶液与非极性溶剂中的对照研究

生物大分子是构成生命的物质基础,在其天然环境——水溶液中一般以精确的超分子结构存在.迄今,人们已经合成了种类繁多的水溶性高分子.然而,鲜有合成高分子能够在水溶液中完成精确的超分子组装.与合成高分子相比,生物大分子是特殊而神奇的.为了研究生物大分子与水的相互作用,近年来作者以单分子力谱为主要的实验方法,开展了生物大分子在水溶液与非极性溶剂中的对照研究.研究表明,在非极性溶剂中,生物大分子的超分子结构失稳,转变为无超分子结构的状态.水是一个重要的开关,调控着生物大分子的超分子结构和功能.作者据此提出了生物大分子的水环境适应性概念和早期化学进化过程中水环境筛选生物大分子的假说,并认为水环境适应性是生物大分子和合成水溶性高分子的分水岭.对水和生物大分子的深入研究,将有望破解生命的更多奥秘.     

原子力显微镜中化学成键对力的贡献

迄今非接触原子力显微镜已经成为一个非常强大的工具. 它不仅能够得到表面的原子周期结构,还能给出分子内部的化学键信息. 针尖和样品之间的相互作用是原子力显微镜的有效信号,主要包括三种,即范德瓦尔斯相互作用、静电相互作用和化学键相互作用. 本文在生长于Si(111)-7×7 的铅薄膜上测量了针尖和样品之间的化学键相互作用. 通过获取该相互作用随偏压的变化,并且利用抛物线拟合有效局域接触势的位置,我们发现它是随着针尖和样品之间距离的增大而减小的. 这种趋势来自于针尖和样品之间波函数的交叠. 从而可以得到电子的衰减长度. 我们还测量到了该衰减长度随着铅薄膜厚度的变化会发生振荡,这种振荡归因于平顶楔形铅岛内电子的量子尺寸效应.     

A Study of the Probe Effect on the Apparent Image of Biological Atomic Force Microscopy

The atomic force microscopy (AFM) possesses high spatial resolution and it is compatible with liquid environments. AFM can provide possibility to study a wide range of biological problems at the molecular level and acquire topological information at nanometre resolution under physiological conditions1,2. However, a major problem for image reconstruction of biological specimens is that structures of most biological molecules are very soft and delicate, which could be easily deformed and dama…     

丝裂霉素C、阿霉素与过氧化氢酶的相互作用

用荧光光谱法研究了水溶液中抗癌药物丝裂霉素C、阿霉素与过氧化氢酶分子间的结合反应。结果表明：药物对过氧化氢酶的内源荧光有较强的猝灭作用，形成复合物所产生的静态猝灭是引起过氧化氢酶荧光猝灭的主要原因。进一步依据荧光猝灭结果确定了药物-酶复合物的形成常数。     

qPlus型非接触原子力显微技术进展及前沿应用

原子力显微镜(AFM)通过探测针尖与样品之间的相互作用力获得样品表面的结构信息。基于qPlus传感器的非接触原子力显微镜(NC-AFM)在传统AFM的基础上进一步提升了空间分辨率,为研究表面物理和化学过程提供了一种新的成像和谱学研究技术。本文首先介绍NC-AFM的基本构造、高分辨成像机制和力谱测量等工作原理,总结了近年来NC-AFM在表面在位化学反应、低维材料表征和表面电荷分布测量等方面的应用,探讨了NC-AFM技术的发展与完善,展望了NC-AFM面临的机遇和挑战。     

Surface‐Charge Differentiation of Streptavidin and Avidin by Atomic Force Microscopy–Force Spectroscopy

Chemical information can be obtained by using atomic force microscopy (AFM) and force spectroscopy (FS) with atomic or molecular resolution, even in liquid media. The aim of this paper is to demonstrate that single molecules of avidin and streptavidin anchored to a biotinylated bilayer can be differentiated by using AFM, even though AFM topographical images of the two proteins are remarkably alike. At physiological pH, the basic glycoprotein avidin is positively charged, whereas streptavidin is a neutral protein. This charge difference can be determined with AFM, which can probe electrostatic double‐layer forces by using FS. The force curves, owing to the electrostatic interaction, show major differences when measured on top of each protein as well as on the lipid substrate. FS data show that the two proteins are negatively charged. Nevertheless, avidin and streptavidin can be clearly distinguished, thus demonstrating the sensitivity of AFM to detect small changes in the charge state of macromolecules.     

荧光光谱法研究木犀草素与牛血清白蛋白的相互作用

在pH为7.40的Tris-HCl缓冲体系中,采用荧光光谱技术研究了木犀草素与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。根据测定292K、299K、311K温度下的猝灭常数,证实了木犀草素对BSA的荧光猝灭为静态猝灭过程,根据Frster非辐射能量转移理论计算出木犀草素与BSA间的结合距离r=2.75nm,由热力学参数焓变(△H)小于零和熵变(△S)大于零,推断出木犀草素与BSA之间主要靠静电引力相结合,生成自由能变(△G)为负值,表明木犀草素与BSA的作用过程是一个自发过程;同时,应用同步荧光光谱考察了木犀草素对BSA构象的影响。