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.

数字化单分子免疫分析技术研究进展及毒品领域应用展望

数字化单分子免疫分析(Simoa)技术是一种新型的超高灵敏度、特异性、全自动化的多重检测技术。该技术结合了单分子、图像识别、数字化分析和荧光检测技术,能实现单分子检测,目前已经在神经性疾病的微创检查、肿瘤早期诊断、炎症、感染性疾病甚至miRNA检测等领域进行大量研究,均取得了不错的成果。毒品成瘾、戒断和耐受实质上是机体的一系列生理、生化过程,Simoa技术用于吸毒人员的生理生化研究将有助于阐明毒品成瘾和耐受机制,并为毒品戒断药物的研制提供理论依据。

腺相关病毒感染途径的实时单分子成像分析

在病毒感染途径研究中,由于电子显微镜不能长时间用于研究活细胞,而常规荧光显微镜技术所需病毒量大,且标记要求高,一些实验因素常可能干扰病毒-细胞间相互作用,因此相关研究技术亟待突破。本方法首次在单分子成像基础上,用单个荧光染料分子Cy5标记腺相关病毒(AAV)。

Aerolysin单分子界面的构建及高选择性单分子检测

提出了一种基于Aerolysin膜蛋白质分子构建单分子界面的方法,运用蛋白质工程技术对单分子界面进行定点修饰,所建立方法灵活、可控且重复性好.采用Poly(dA)4为探针分子对修饰后的单分子界面进行了表征,结果表明,在孔口处的Arginine修饰影响了寡聚核苷酸的选择性.为进一步理解Aerolysin单分子界面及合理设计功能性单分子界面提供了参考.

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。

生物纳米孔分析技术研究进展

生物纳米孔传感技术因其快速、低成本、无需荧光标记等优点,在化学和生物等诸多研究领域得到广泛应用,已发展成为一种新颖的、独具特色的单分子分析手段。该技术目前主要应用于DNA测序研究,同时在单分子分析领域也取得了令人瞩目的成就。该文简要介绍了生物纳米孔分析技术的原理和生物孔的种类,主要总结了近20年来生物纳米孔在DNA测序和单分子分析中的研究进展并予以了展望。

Aerolysin蛋白纳米孔道直接检测单个DNA碱基修饰

基于Aerolysin生物膜通道蛋白的纳米孔道电化学分析技术,因其高的电化学空间限域能力可实现超灵敏DNA单分子检测。本文利用单个Aerolysin纳米孔道在无需标记、无需扩增的条件下直接分辨3种具有单个碱基差异的单链DNA。实验结果显示,具有单个炔基侧链基团修饰的单个ss DNA在限域空间内与Aerol-ysin纳米孔道的相互作用时间较未修饰的ss DNA增长近7倍,电流阻断程度增大7%,且高斯峰半峰宽减小了44%,增强了Aerolysin纳米孔道对单个DNA分子的分辨能力。研究成果有望推动Aerolysin纳米孔在DNA直接测序及表观遗传修饰检测中的应用。

纳流控-电化学技术在生化分析领域的研究进展

纳流控作为一个崭新的研究领域正受到越来越多的关注,并且已被成功应用到纳米尺度分离、生化传感、能量转化等诸多领域.纳流控的发展与电化学紧密相连,一方面,电化学可以为纳米孔道中的物质传输特性的研究提供驱动力;另一方面,纳米孔道可以为限域电化学研究提供微环境.纳流控和电化学技术相辅相成,催生了许多单分子、单粒子分析以及纳米流体操控的新理念与新技术.本综述从纳米孔道与电极的结合方式出发,对纳流控-电化学相关研究进行了总结与展望.

固体纳米孔分析技术的研究进展

纳米孔分析技术是一种低成本、无需荧光标记和扩增的单分子检测技术,其中基于固体材料的纳米孔由于稳定性高、耐受性好、尺寸可控、易于修饰等优点,在化学和生命科学等领域得到广泛应用。固体纳米孔主要由薄膜和管材料两种类型材料制备,其中常见的薄膜纳米孔包括氮化硅、二维材料、氧化铝以及聚合物薄膜,管材料主要包括玻璃毛细管和碳纳米管。本文总结了固体纳米孔分析技术的研究进展,展望了发展前景。

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。

单个体矢量性特征的固体纳米孔道分析研究

固体纳米孔道作为一种高灵敏的单分子检测技术,由于其机械强度高、尺寸可控、易于阵列化集成等方面的显著优势,已经被广泛应用于DNA,蛋白质以及聚合物等小分子的检测.具有矢量性特征的各向异性单个体在纳米孔道中的穿孔行为对具有空间限域效应的纳米孔道离子流特征信号具有显著影响.为解析单个体矢量性特征对纳米孔道分析的影响,本工作利用氮化硅固态纳米孔道,以单个纳米金棒为各向异性的单个体模型,实时观测了其在孔道中的迁移行为.研究发现当纳米金棒穿过纳米孔道时,产生两种不同阻断程度的特征电流信号,通过对电流信号事件的解析,实时获取了具有矢量特征的金棒所导致的两种特征过孔事件;进一步,建立了离子电流模型,分别对这两种各向异性的穿孔事件机制进行了验证.

固相微萃取—气相色谱—同位素质谱法测定天然气中微量烃类单分子氢同位素组成

将固相微萃取技术(SPME)与气相色谱—同位素质谱(GC—IRMS)联用,通过分析涂层类型、萃取温度、萃取时间对萃取效果及化合物同位素的影响,优化操作条件,实现了天然气中微量烃类化合物单分子氢同位素的分析。实验结果表明:(1)聚二甲基硅氧烷/二乙烯基苯/碳分子筛(PDMS/DVB/CAR)对天然气中微量烃类的萃取效果最好,灵敏度高;(2)通过单因素实验,得到优化的萃取条件:萃取温度为30℃,萃取时间为60min;(3)萃取过程对同位素的影响不大,所得氢同位素组成与样品真实值偏差小于等于5‰,样品氢同位素组成未发生明显的分馏。将优化后的参数应用于天然气同位素分析,所得化合物(C_1—C_9)单体氢同位素比值标准偏差小4‰,满足实验要求,证明SPME—GC—IRMS方法的准确高效。

电化学限域SiN_X纳米孔道检测核酸分子的研究

固体纳米孔道因其机械强度高、尺寸可控、易于表面修饰及集成化设计等优点被广泛应用于DNA、RNA和蛋白质等生物分子的检测研究.为了检测单个单链核酸分子,本研究采用电化学刻蚀法可控制备了单个SiN_X固体纳米孔道,通过SiN_X固体纳米孔道限域空间效应增强了纳米孔道与短链核酸分子之间的弱相互作用,从而实现了核酸分子的单分子水平检测.通过研究不同孔径(3.1和8.5 nm)纳米孔道与核酸分子间的弱相互作用差异,有效区分了核酸分子在限域空间内产生的过孔和碰撞两种个体行为,加深了对固体纳米孔道限域空间内核酸分子电化学行为的理解.

用于纳米孔道分析的四通道电化学传感器设计与仿真

纳米孔道技术是一种基于空间限域的超灵敏的单分子分析技术.通过研究单个分子限域于纳米孔道中所产生的离子电流的变化,可在单分子尺度上获取其结构、尺寸、电性及与孔道间弱相互作用的信息.目前主要应用的纳米孔道测量仪器单次实验仅能测量单个纳米孔道,其检测通量较低.本文基于实验室前期自主设计研制的单通道纳米孔道测量仪器Cube-D2上,比较研究了两种互阻放大器的测量特性,从而选择了合适的测量电路设计了四通道电化学传感器放大电路.进一步通过仿真验证了四通道电化学传感器设计方案的可行性,为阵列化高通量纳米孔道单分子电化学测量仪器的设计提供了理论基础.