纳米操纵辅助的原子力显微镜原位定位观察

在原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)原位定位观察中,时常会遇到因失去标记物而无法定位的情况。本文介绍了一种在表面标记物被覆盖后,运用原子力显微镜的操纵功能,将标记物上的覆盖物“扫”开,重新找到标记物并用于精确定位的方法。以对高序热解石墨(highly ordered pyrolytic graphite,HOPG)表面牛血清白蛋白(bovine serum albumin,BSA)吸附的原位观察为例,在BSA膜覆盖HOPG表面的原子台阶后,采用接触模式AFM扫描,将BSA“扫”开,露出HOPG原子台阶作为标记,对图像上的结构进行精确定位。通过调节设置点、扫描范围、扫描速率、扫描线数、偏置值等成像参数及扫描时间,可以控制“清扫”的力度和范围。

单分子纳米操纵及其生物学应用

本文以单分子纳米操纵为主题,介绍物理学与生物学交叉研究的重要领域之一——纳米生物学和纳米生物技术等新领域,着重讨论了单个DNA分子的纳米操纵以及它的可能应用。

基于纳米操纵技术的单分子DNA分子手术:切割、拾取及连接酶分子传递

该文利用一种基于原子力显微镜(AFM)抬高模式(Lift mode)的"逐线反馈纳米操纵"技术成功地进行了DNA单分子水平上的切割、拾取及连接酶分子的传递,系统地完成了DNA的分子手术。在切割和拾取过程中,以PBR322/Pst I DNA为研究对象,进行了单分子水平上的切割,实验发现由于DNA分子本身弹性,切割过程极易出现切割端变粗的现象。在分子传递过程中,分别以T4 DNA连接酶和小牛胸腺组蛋白分子为研究对象,实现针尖和基底表面之间的分子传递。同时通过控制针尖运动成功获得连接酶分子点阵排列及小牛胸腺组蛋白方块状纳米结构。结果表明利用此操纵方法可以获得很高的精确度,切割DNA时的空间精确度小于5 nm。系列单分子水平上的分子手术的整合为实现单分子水平上生化反应,甚至构造智能机器提供了可能。

基于原子力显微镜纳米操纵的分子手术

简要阐述基于原子力显微镜纳米操纵的"分子手术"的概念,着重介绍"分子手术"在单分子DNA纳米切割、推移、折叠、分离和分析、单分子生化反应、单根多肽纳米纤维的缺陷修复和定点定向诱导生长、"分子手术"自动化系统等方面的研究进展。这些进展显示出"分子手术"中的一系列技术瓶颈已经得到突破,"分子手术"主干技术正处成形之中。

一种基于单分子纳米操纵的有序化测序策略

尽管包括人类在内的许多生物物种的基因组测序工作已经完成,但由于现有测序技术的限制,大部分复杂基因组还存在很多大大小小的缺口.缺口的填补以及对其他重复序列区域的测序迫切需要全新的思路和技术.基于在DNA单分子定位切割和拾取方面的实验进展,提出了一种基于原子力显微镜纳米操纵技术的单分子有序化测序策略.计算机模拟的结果表明,这一方法和策略是可行的,有助于解决目前测序工作中所遇到的一些棘手问题.

基于纳米操纵和单分子成像及分析技术的DNA与DNase I相互作用的表面机械生化过程和动力学研究

本文采用了"多步的改进的动态分子梳"纳米操纵技术(multi-step modified dynamic molecular combing,MMDMC)实现样品制备获得不同拉伸程度单个DNA分子,利用原子力显微镜重定位成像和单分子分析,对反应前后不同拉伸程度DNA分子的DNase I酶切产生缺口情况进行统计,在一定拉伸范围内讨论了在表面上DNaseI酶切反应速率变化的动力学信息。该不同拉伸程度的DNA与DNase I相互作用的表面机械生化过程对于生物分子多次反复相互作用研究体系具有代表性意义。

基于原子力显微镜对多肽自组装结构的纳米操纵研究

多肽自组装作为一种"自下而上"的技术得到了快速的发展,所形成的自组装结构作为新型的纳米材料具有众多潜在的应用。然而在多肽自组装过程中,会产生各种各样的缺陷,导致多肽纤维形成的图案有一定的局限性。本文利用原子力显微镜对固液界面生长的多肽自组装结构进行纳米操纵,介绍了定位移除部分多肽纤维从而产生缺口的方法,并利用所产生的缺口实现了纳米纤维的重新排布,极大地提高了多肽纳米纤维构成图案的复杂性,在纳米制造中有潜在的应用。

基于纳米操纵的基因组测序技术与策略

人类基因组计划所遗留下来的未能解决的序列(如人类基因组缺口,gaps)以及越来越多的测序需求,都迫切需要发展新一代的测序技术与策略。我们实验室长期从事基于原子力显微镜(AFM)对单个DNA分子进行纳米操纵方面的工作,在此基础上,最近提出并原理演示完成了一种单分子有序化测序策略。这种有序化测序策略与现有测序技术以及新兴高通量单分子测序技术的结合,有望解决基因组测序中的许多困难。

虚拟现实中DNA纳米操纵与动态轨迹的逼近

利用虚拟现实技术为DNA 操纵的研究提供了一个交互的人机接口。通过触觉设备对虚拟环境中的DNA仿真几何模型进行了虚拟操纵的研究。把模拟探针的运动实时转化成了SPM指令驱动远程扫描探针显微镜进行真实的纳米操纵。采用自底向上的动态等误差直线逼近的方法把模拟探针运动轨迹用直线段逼近。

AFM纳米操纵中侧向推动力的测量方法

纳米级操纵技术是制造纳米级结构、器件的重要方法之一,同时也是研究纳米粒子之间相互作用的重要手段。该文在运用原子力显微镜的探针操纵碳纳米管的同时,开发了一种纳米级操纵力的同步测量方法。应用该方法,成功测量出了操纵、切割碳纳米管的侧向力信息,从而为研究纳米粒子、基体与操纵工具之间的相互作用提供了最直接的力学信息和实验结果。在此基础上,可以进行初步的纳米设计,研究纳米新材料的力学特性。

基于原子力显微镜操纵构建纳米颗粒杂合结构

纳米颗粒是构造功能性纳米器件的重要元件。本文介绍了一种基于原子力显微镜操纵的、以不同材料纳米颗粒为元件组成的杂合结构。该方法制造的纳米结构不仅构建元件的化学组成与粒径具有多样性,而且结构的几何形状及颗粒间距也灵活可变。该方法特别适用于构建各种模式体系,定量研究不同材料纳米颗粒杂合结构内元件间相对位置的变化对元件间相互作用的影响。这些数据将对优化纳米器件的功能提供重要信息。

用原子力显微镜操纵碳纳米管的研究

使用原子力显微镜,在接触模式下实现了对单壁碳纳米管束的各种可控操纵,包括弯折、切割和劈裂等.发现操纵结果与针尖作用力以及碳纳米管束在基底表面的受力状况有关.当碳纳米管在一定程度上被固定在表面上时,能够可控地完成各种操纵;当针尖作用力足够大时,碳管束能够被针尖劈裂.这种操纵技术将有助于碳纳米管特性的测试和纳米电子器件的构筑.

基于原子力显微镜的碳纳米管微操纵研究

纳米级微操作技术是制造纳米电子器件的技术基础.以云母为基底,利用原子力显微镜,对碳纳米管束进行微操作,如滑动、切割等.由于基底不同,在微操作过程中呈现不同的现象.研究为加工碳纳米管的微纳米零件做出了有益的探索.

碳纳米管的微操纵

利用原子力显微镜对碳纳米管进行微操纵研究。首先,选择出适合系统使用的基底;然后,在基底上利用原子力显微镜接触模式,成功地对碳纳米管束进行了推动、切割和弯曲等操纵;最后,讨论了影响微操纵的一些系统参数,总结出该系统微操纵的适合参数为:参考点4.0~5.0,扫描频率20 Hz^50 Hz。该研究为微/纳米机械装配技术的发展进行了有益的探索。

扫描电子显微镜下单壁碳纳米管的原位操控与性能

本文利用纳米操纵仪结合扫描电子显微镜系统对单壁碳纳米管进行在线操纵,在此基础上,通过外接的半导体参数测量系统,可以测量单壁碳纳米管的电学性能。此外,通过纳米操纵手对碳纳米管施加外电场,还可以改变二氧化硅表面单壁碳纳米管的扫描电子显微镜成像。

分子手术——纳米生物学的新领域

本文扼要地介绍了纳米生物学这一纳米科技与生物学的交叉科学。重点综述了分子手术这一21世纪的外科手术的发展历程和研究进展,并对分子手术及其应用前景做了展望。

银纳米线与二氧化硅衬底表面摩擦力的测量

银纳米线是制作纳米光电子器件的理想材料,了解银纳米线与特定衬底间的摩擦特性对于器件的设计和制备工艺具有重要参考价值。本文利用原子力显微镜(AFM)研究银纳米线与二氧化硅衬底表面的摩擦特性,为提高摩擦力测量准确性,依次借助斜面法和横向力曲线分别标定了AFM探针的扭转弹性常数和光杠杆横向灵敏度,同时对扫描器引入的横向误差进行了补偿。利用AFM纳米操纵技术记录了单根银纳米线由静止到整体滑动的全过程,实验测得直径50 nm银纳米线与二氧化硅衬底表面的最大静摩擦线密度和滑动摩擦线密度分别为1.07n N/nm和0.56 n N/nm。