纳米生物学研究中的新技术
纳米技术在生物学中的应用
纳米技术在生物学中的应用现代科技的发展使得纳米技术越来越受到关注，它在多个领域都有着广泛的应用。
其中，生物学领域是一个重要的应用领域。
纳米技术在生物学中的应用有助于解决生物学研究和医学领域中的许多挑战。
本文将详细介绍纳米技术在生物学中的应用。
纳米技术可应用于基因测序和基因编辑领域。
通过纳米尺度的技术，科学家可以更加精确地测序和编辑基因。
例如，纳米尺度的引物可以被用于基因测序，从而实现更高分辨率和更高灵敏度的测序结果。
此外，纳米颗粒也可用于基因编辑，如基因治疗等。
通过将纳米颗粒载体与基因编辑工具结合，可以实现更准确和高效的基因编辑。
纳米技术还能够改善药物传递系统。
传统的药物传递系统面临着许多挑战，如药物稳定性、靶向性和药物释放等。
纳米技术可以通过纳米颗粒载体来解决这些问题。
纳米颗粒载体可以改善药物的稳定性，延长药物的循环时间，并实现对特定靶标的定向传递。
此外，纳米颗粒载体还可以实现药物的控释，使药物在体内更加稳定和持久地释放。
纳米技术也在细胞成像和诊断领域发挥着重要作用。
通过纳米尺度的探针，科学家可以实现对细胞和组织的高分辨率成像。
例如，纳米颗粒探针可以用于肿瘤的早期检测和监测，从而提高肿瘤的治疗效果。
此外，纳米技术还可以实现细胞内分子的可视化，帮助科学家更好地理解生物过程。
除了上述应用之外，纳米技术还在生物学中的其他领域有着广泛的应用。
例如，在细胞治疗中，纳米技术可以用于将药物或基因递送到细胞内，从而有效治疗某些疾病。
在生物传感领域，纳米技术可以用于构建高灵敏度和高选择性的传感器，用于检测特定的生物分子。
此外，纳米技术还可以应用于生物材料和生物界面的研究，推动生物学领域的发展。
综上所述，纳米技术在生物学中的应用非常广泛。
从基因测序和基因编辑到药物传递系统、细胞成像和诊断，都能够通过纳米技术取得重要的进展。
随着纳米技术的不断发展和改进，相信纳米技术在生物学中的应用将会得到进一步的扩展和深化，为我们解决更多生物学问题和挑战提供新的可能性。
生物纳米技术的最新进展
生物纳米技术的最新进展生物纳米技术是生物学、化学和物理学三者的交叉领域，它是在纳米尺度下开展的基础和应用研究。
自从二十一世纪初期以来，生物纳米技术一直处于高速发展的状态。
目前，这一领域已经出现了很多的最新科技，它们不仅可以用于新型医药的研究和开发，还可以应用于治疗各种疾病。
本文将介绍一些生物纳米技术的最新进展。
一、纳米医学1.纳米之眼近年来，随着光学成像技术的进步和改进，科学家们已经开发出了一种纳米级的光学显微镜，被称为“纳米之眼”。
这个装置使用热纳米颗粒探测分子纳米水平下的运动。
由于它的高灵敏度和高时空分辨率，可以实现对各种细胞和分子的观察，从而推动了生物医学的研究和发展。
2.纳米传输系统在纳米医学领域，最常用的技术就是纳米载药。
纳米粒子可以包裹药物，提高药物的效率，同时也能够减少毒副作用。
此外，还可以将纳米粒子中的药物根据需要释放，通过远程控制和定向释放来治疗特定的疾病。
3.三维纳米印刷三维纳米印刷是一种将物质分子级别精确摆放的技术，从而形成三维微观或纳米结构。
这种技术在纳米医学领域中应用非常广泛，其中一个最主要的应用就是组织工程学。
科学家们可以在患者体内生产和修复细胞和组织，从而最大限度地帮助患者恢复健康。
二、纳米传感器在生物技术领域中，人们经常需要对生物分子的影响和变化进行测量。
现在，纳米传感器技术被广泛应用于快速检测、诊断以及医疗方面。
其主要作用是能够察觉到非常微小的化学物质，从而可以在生物体内和外部进行分析和检测。
1.基于单分子纳米传感器的研究单分子测试是分子生物学的一个非常重要的研究领域，其中单分子纳米传感器技术被广泛运用。
单分子纳米传感器可以用来研究单个分子或小分子中的化学反应，从而得出更准确的结果。
2.利用纳米功效进行DNA检测早期，检测DNA需要分子生物学专家在实验室中做显微镜观察，非常费时间。
如今，利用纳米功效进行 DNA 检测成为可能，这种检测方式快速、准确、稳定。
纳米传感技术的发展，为分子生物学领域的研究和应用提供了一个全新的研究平台。
DNA纳米技术在生物医学领域中的应用
DNA纳米技术在生物医学领域中的应用DNA纳米技术是一种新兴的交叉学科，通过利用DNA的自组装特性和分子识别能力，实现了纳米尺度上的精确组装和控制。
DNA纳米技术在生物医学领域具有广泛应用的潜力，可以为生物医学研究和临床治疗提供新的方法和手段。
本文将重点介绍DNA纳米技术在生物医学领域中的应用。
首先，DNA纳米技术在生物传感和诊断方面有着重要的应用。
基于DNA的自组装特性，科学家们可以设计和构建各种DNA纳米结构，并利用这些结构进行生物分子的识别和检测。
例如，通过将特定的DNA序列与荧光标记结合，可以实现高度选择性的靶向检测，从而用于早期癌症的诊断。
此外，DNA纳米技术还能用于检测和监测微生物和病毒感染，为临床治疗提供更加准确和快速的诊断手段。
其次，DNA纳米技术在药物传递和控释方面也具有巨大的潜力。
在传统的药物传递系统中，常常存在着药物释放不均匀和副作用较大等问题。
而利用DNA纳米技术，可以设计出具有精确控制药物释放的纳米载体。
通过调整DNA纳米结构的形状和密度，可以控制药物的释放速率和位置，在提高药物疗效的同时减少对健康组织的损伤。
此外，DNA纳米技术还能够使药物更好地穿过细胞膜，提高药物传递效率，实现靶向治疗。
此外，DNA纳米技术在组织工程和再生医学领域也有着重要的应用。
在组织工程中，通过利用DNA纳米技术，可以构建出具有仿生性能的人工组织和器官。
科学家们可以利用DNA纳米结构的自组装特性，将细胞和生物材料组装成具有特定结构和功能的组织工程支架。
这些支架可以为受损组织的修复和再生提供支持和方向，从而实现组织的快速恢复和修复。
此外，DNA纳米技术还能够用于药物筛选和毒性测试，为新药的开发和临床应用提供可靠的依据。
最后，DNA纳米技术在癌症治疗中也有着重要的应用价值。
癌症是当前社会面临的一大难题，而传统的化疗和放疗方法往往伴随着强烈的毒副作用，对患者的生活质量造成严重影响。
而DNA 纳米技术则提供了一种更加精确和有效的癌症治疗方法。
纳米技术在生物医学中的新应用
纳米技术在生物医学中的新应用在当今科技飞速发展的时代，纳米技术正以前所未有的速度和深度融入生物医学领域，为疾病的诊断、治疗和预防带来了革命性的变化。
纳米技术，顾名思义，是指在纳米尺度（1 纳米到 100 纳米之间）上对物质进行研究和操作的技术。
这一微小的尺度赋予了纳米材料独特的物理、化学和生物学特性，使其在生物医学领域展现出巨大的应用潜力。
纳米技术在生物医学中的一个重要应用是药物输送。
传统的药物治疗往往存在药物在体内分布不均、副作用大、药物利用率低等问题。
而纳米药物载体的出现为解决这些问题提供了可能。
纳米载体可以将药物包裹在内部，通过表面修饰实现对特定组织或细胞的靶向输送，从而提高药物的治疗效果，减少对正常组织的损伤。
例如，脂质体纳米粒是一种常见的纳米药物载体，它由磷脂双分子层组成，具有良好的生物相容性和可降解性。
将抗癌药物装载到脂质体纳米粒中，可以增加药物在肿瘤组织中的积累，提高抗癌效果的同时降低药物的全身性副作用。
除了脂质体纳米粒，聚合物纳米粒也是一种重要的药物载体。
聚合物纳米粒可以根据需要设计成不同的结构和尺寸，从而实现对药物的控释和缓释。
例如，聚乳酸羟基乙酸共聚物（PLGA）纳米粒可以在体内逐渐降解，缓慢释放药物，延长药物的作用时间。
此外，还有磁性纳米粒、金纳米粒等多种类型的纳米药物载体，它们各具特点，为药物输送提供了更多的选择。
纳米技术在生物诊断方面也发挥着重要作用。
纳米生物传感器是其中的一个典型应用。
纳米生物传感器可以实现对生物分子的高灵敏度、高特异性检测。
例如，基于碳纳米管的生物传感器可以检测到极低浓度的蛋白质、核酸等生物分子，为疾病的早期诊断提供了有力的工具。
量子点是另一种具有应用前景的纳米诊断材料。
量子点具有独特的光学特性，如荧光强度高、发光稳定性好、发射波长可调等。
利用量子点标记生物分子，可以实现对细胞、组织内生物分子的实时动态监测，为疾病的诊断和研究提供了新的方法。
纳米技术在医学成像方面也有着出色的表现。
现代纳米生物学中的蛋白质自组装
现代纳米生物学中的蛋白质自组装从微观角度来看生命体系，蛋白质是生命机体中最为基础的存在之一。
蛋白质自组装是现代纳米生物学研究的重点之一，也是生命体系自身协同作用的一个体现。
在自组装的过程中，蛋白质可以自主地进行编码和重组，从而形成各种有序体结构和多维空间位置结构，并发挥其在生物物理学和药学方面的作用。
本文将从蛋白质自组装的定义、自组装实现的方式、作用范围等角度进行探讨。
一、蛋白质自组装的定义蛋白质自组装指的是一种自主、非受控的分子自我组装，通过分子间的相互作用形成新的空间结构。
这一过程主要包括蛋白质自发聚集、以及在细胞内发生的自组装。
蛋白质在这个过程中可以自行选择特定的时空位置凝聚成复杂、高有序性的体结构。
蛋白质自组装的产物与最初蛋白质本身相比，一般会有着更复杂和精细的结构。
二、蛋白质自组装的实现方式蛋白质自组装的实现方式有很多种，主要包括以下几种：1、疏水作用疏水作用是蛋白质自组装的一种重要形式，许多蛋白质之间的互相作用主要是通过疏水作用来实现的。
有些蛋白质之间往往因为疏水作用而互相聚集，从而形成新的空间结构。
2、静电作用静电作用指溶液中带电物质之间相互作用的力量。
如蛋白质内部的离子键相互作用和电荷分布的不均导致了自组装的初步形成，例如核糖体等。
3、亲疏水相分离亲疏水相分离是指几种物质的混合液在一定条件下相分离的现象。
蛋白质自组装在此基础上实现，例如水化酶。
三、蛋白质自组装的作用范围蛋白质自组装不仅仅体现在分子、原子层面上，而且在实践中也得到了广泛应用。
下面简述蛋白质自组装的几个应用范围：1、DNA反向转录DNA反向转录是一种以水印系统为基础的纳米器械，核心由偏压电学引导反转录酶和DNA组成。
在修复机制中，cDNA在纳米薄膜的表面导向引导启动子和抑制子的位置上进行互动和对抗，来调节基因表达。
这个过程中利用到了蛋白质自组装的技术。
2、蛋白质纳米管蛋白质纳米管是由仿生蛋白、海胆核素、动物病毒等自组装形成的管状结构体，通过生物学反应得到的原位测量证明，这种结构具有优异的阈值特性和灵敏度，这些特性表明蛋白质纳米管有极大的潜用价值，可以用来检测原子微粒。
生物医学中的纳米材料和纳米技术
生物医学中的纳米材料和纳米技术在现代医学领域中，纳米材料和纳米技术正逐渐成为热门的研究领域。
随着科技的不断发展，纳米技术以其独特的理化性质和多样化的应用领域，已经被应用于生物医学研究中，为生物医学领域的发展提供了新思路和新方法。
一、纳米材料的特性和应用纳米材料是粒径小于100纳米的材料，它们与传统材料相比，具有许多特殊的物理和化学性质。
其中，最重要的一项特点就是纳米材料具有很高的比表面积。
由于纳米材料具有大比表面积，使得其具有非常独特的物理和化学特性，包括增强光、电和热等传输性能，从而开辟了纳米技术在生物医学领域的广泛应用。
1、纳米材料在生物分子诊断和治疗中的应用由于纳米材料具有高灵敏度、高选择性和更好的组织可渗透性等优势，因此广泛应用于生物分子诊断和治疗中。
比如，纳米材料可以通过改变材料表面的化学环境，加强与细胞的相互作用，实现高效的细胞识别和治疗。
同时，纳米材料的小尺寸也有助于纳米材料在生物体内的运输和分布，从而实现药物更针对性地作用于病变组织，同时减轻药物对正常组织的不良影响。
2、纳米材料在生物成像中的应用在生物成像领域，纳米材料通过其散射、反射、荧光等物理特性，应用于激发荧光、核磁共振成像等技术中。
同时，纳米材料可以作为成像探针，精确地反映生物样品中的生理变化，如肿瘤的生长、心血管疾病等，这为生物医学研究提供了先进的成像工具。
3、纳米材料在生物材料中的应用纳米材料被广泛应用于制备生物材料中。
生物材料是一种由天然或合成的高分子肽、蛋白质或多聚物等制成的材料，它们在生物组织中的功能类似于人工器械，只不过是由生物活性材料制成。
而纳米材料作为生物材料的重要组成部分，其具有的高灵敏度、高选择性、以及组织可渗透性等特性，使其在制备生物材料中具有重要的意义。
二、纳米技术在生物医学中的应用除了纳米材料的应用，近年来纳米技术的快速发展，也在生物医学领域中应用广泛。
1、纳米机器人纳米机器人是由纳米器件组成的机器人，可以在生物体内探测和治疗疾病。
生物纳米科学中的先进制造技术
生物纳米科学中的先进制造技术生物纳米科学是人类在生物学和纳米科学领域中的交叉领域，它以生物分子为研究对象，利用纳米技术对生物分子进行精确控制和制造，是当前材料科学和生命科学领域的热门研究方向之一。
先进制造技术是生物纳米科学取得突破性进展的重要手段，本文将围绕生物纳米科学中的先进制造技术展开讨论。
一、纳米制造技术纳米制造技术是制造极小尺度物质的技术，其中精确的制造技术是实现纳米科技的关键因素之一。
高精度制造技术可以实现对纳米级物质的精确控制，包括物质的制备、加工和表征过程等。
纳米尺度的物质具有独特的物理、化学和生物学性质，其研究对于深入认识生命科学和材料科学方面的问题具有重要的意义。
生物纳米科学中，纳米制造技术是对生物分子进行制备和加工的重要手段之一。
随着生物分子制备技术的不断发展，生物分子纳米技术也从而获得了发展与变革的机会。
目前，微流控技术、DNA纳米技术和仿生纳米技术等技术均可以实现对生物分子的高精度制造和组装。
二、微流控技术微流控技术是一种微型流体控制技术，它将微小通道、微泵、微阀等微型元件组合起来，实现微流体的方便、可控和精确控制。
目前，微流控技术被广泛应用于检测、分析和处理细胞、DNA、蛋白质等生物分子。
微流控装置可以实现对微小物体的分离、捕获、操纵和传递等功能。
利用微流控技术，可以实现对高分子、Nanoparticles、Cells等微小物体的精确控制。
同时微流控技术有很好的扩展性，可以应用于制备和组装多个生物分子。
三、 DNA纳米技术DNA纳米技术采用DNA作为材料，利用DNA的自组装能力，实现DNA分子的组装与控制，记录和表达信息，生物纳米技术的创新和开发。
DNA分子的自组装具有高度特异性和可控性，可以实现对生物分子的精确制造和组装。
DNA分子可以通过模板法和自组装法制备纳米电路、纳米杆、纳米花等结构体，并且可以在这些结构体上组装各种生物分子，如蛋白质、酶、抗体等，用于生物检测、药物递送和纳米电路等领域。
纳米生物技术研究的最新进展与未来趋势
纳米生物技术研究的最新进展与未来趋势随着科技的发展，生物技术也逐渐普及，纳米生物技术便应运而生。
近年来，纳米生物技术研究逐渐成为热门领域，成为许多科技企业和学术机构研究的重点。
本文旨在探讨纳米生物技术的最新进展与未来趋势。
一、纳米生物技术研究的最新进展纳米生物技术结合了生物技术和纳米技术，经过多年的研究和试验，现已得到了较大的发展。
以下是纳米生物技术研究的最新进展：1. 纳米生物传感器纳米生物传感器可以依靠纳米材料制成的传感器，与生物分子相互作用，实现对生物分子的检测。
这种传感器可以为许多检测领域（如生化分析、生物医学等）提供更加准确的监测。
近年来，纳米生物传感器的研究取得了重要成果，如基于碳纳米管、石墨烯等材料的传感器。
2. 纳米颗粒药物输运纳米颗粒药物输运是纳米生物技术中的一大研究方向。
通过合理的设计和制备，纳米颗粒可以用于药物的输送和释放。
相较于传统药物，纳米颗粒药物具有更好的口服生物利用度、更高的药效、更少的毒性副作用等优势。
近年来，许多新颖的纳米颗粒药物被研制成功，如通过钙离子共沉淀方法制备的纳米具有稳定的结构和优异的体外透镜透过效应等。
3. 纳米生物制造随着纳米技术的发展，纳米材料在各个领域得到了应用，纳米生物制造也逐渐吸引了研究人员的关注。
纳米生物制造是指利用纳米材料来制造具有生物学特性和功能的纳米结构和纳米设备。
目前，已经发展出了许多方法和技术，如通过生物模板技术制备纳米材料和制备高分辨率的影像纳米线阵列的方法等。
二、纳米生物技术未来的发展趋势纳米生物技术在生物学、医学、环境监测等诸多领域都有着广泛的应用前景，谈及未来，以下是纳米生物技术发展的趋势：1. 焦点转向医药领域纳米生物技术是一项应用广泛的技术，但目前主要的应用领域集中在生物医药领域。
未来，随着纳米生物技术的快速发展，人们可以期待更多的基于纳米技术的医学应用。
纳米药物和纳米传感器等在医药领域细分领域的应用将是呼之欲出的方向。
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纳米生物学研究中的新技术*刘 丹 郭 振 王振兴 张 凝 姚雪彪(中国科学技术大学微尺度国家实验室,合肥230026)摘 要:大量的生物结构,从核酸,蛋白质,病毒到细胞器,其线度在1 100纳米之间,生物结构虽然很小,但异常复杂,又格外活跃,表现出很多特定的生物学功能,纳米生物学就是在纳米水平阐明生物分子作用规律的一门新兴学科,通过对生物大分子超微结构的解析和操纵,获得单个分子在生命活动中的详尽信息,从而在单分子水平上探寻影响人类健康的恶性疾病的发病机理,并最终能够利用对单分子进行微尺度操纵的技术进行治疗。
纳米生物学是一个非常有意义,但又神秘莫测的领域,但广阔的应用前景已经昭示了这一交叉学科强劲的生命力。
本文将着重介绍原子力显微镜和光镊在纳米生物学研究中的重要应用。
关键词:纳米生物学 单分子 生物大分子 微尺度The Latest Progresses in Nano biological Technology*LIU Dan GUO Zhen WANG Zhenxing ZHANG Ning YAO Xuebiao (Hefei National Laboratory for Physical Sciences at Microscale,University ofScience and Technology of China,Hefei230026)Abstract:Recent advancement in single molecule detection techniques enables us to visualize the dy namic behaviour and reaction kinetics of indiv idual biological molecules inside living cells.Single molecule visualiz ation p r ovides a direct w ay to quantif y,w ith a high sp atial and temporal resolu tion,biological events inside cells at the single molecule level.Nano biology is a new discipline that aims to elucidate the molecular f unction and r egulation of bio molecules at nano scale.I n this essay, we highlight r ecent p rogresses on single m olecule visualiz ation in cell biology.Key words:nano biology,single molecule,biological molecules,nano scale在纳米生物学研究技术中,原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)和光镊(optical tw eezers)应用最为广泛。
原子力显微镜是20世纪80年代问世的扫描探针显微镜的(scanning probe microscope,SPM)的一种。
它的放大倍数远远超过了常规的光学显微镜和电子显微镜镜,其极限达到了10亿倍,可以直接观察物质的分子和原子。
另外,AFM的样品制备非常容易,还可以在模拟生物学环境中使用,这些优势使它广泛应用于蛋白质大分子的拓扑学分析、多蛋白复合物结构解析等方面的研究。
在对AFM的针尖进行一些特殊的处理之后,它可以粘附生物大分子,从而使我们可以利用微*基金项目:本文部分实验由国家973项目(2002CB713700)及中科院知识创新工程(KSCX2 2 01)支持。
悬臂的形变来对其进行一系列的力学性质的测量。
光镊技术也是上个世纪80年代兴起的一种微观动力学测量技术。
它利用激光束形成的三维势阱控制微观物体的位置和移动,可以探测纳米级的位移以及皮牛级的相互作用力,广泛应用于马达蛋白运动以及RNA聚合酶工作原理等研究方向。
与AFM 相比,光镊系统对分子相互作用力的测量精细度更高,但会受限于激光器功率;原子力显微镜则不会遇到这方面的问题,并且凭借其操作简单方便的优势,可有效的弥补光镊系统的缺陷。
原子力显微镜与光镊技术的有机结合,可以在分子及原子水平剖析重要的生物大分子的结构 功能相关性,这将为详尽描绘生物大分子的功能奠定基础,同时还将极大地推动现有的分子细胞生物学研究的进展。
1 原子力显微镜(Atomic force mi croscopy)1 1 原子力显微镜简介AFM通常使用一集成在灵敏的微悬臂上的极细针尖(tip)对样品表面进行扫描。
整个过程中,有几种力同时作用于针尖,其中最重要的是范德华力。
当针尖与样品相互靠近时,它们将相互吸引,随着两者间距的缩小,相互间的电子排斥力将抵消引力,直到间距为几个埃时,二力达到平衡,间距更小时,范德华力由负变正(排斥力),利用此力的性质可使针尖与样品处于不同的间距,由此改变微悬臂与针尖的工作模式。
AFM主要的工作模式包括接触模式(contact mode)和轻敲模式(tapping mode)(图1A、B)。
接触模式时针尖原子与样品表面原子的电子云发生重叠,排斥力将占主导地位,扫描时针尖持续接触样品表面。
而在轻敲模式中,微悬臂以较大的振幅震荡(约100nm),扫描时针尖间歇地与样品表面接触。
轻敲模式可以减弱接触模式中的横向力,不易损坏样品表面,比较适用于观察柔软、粘连、易碎的样品。
AFM探针是其核心的部件,直接决定了它的空间分辨率。
探针针尖的表现主要依赖于其形状和尺寸。
传统探针针尖常由氮化硅制作,与微悬臂形成一体化的结构。
由于针尖一般为金字塔形,当样品尺寸大小与针尖尖端相当或更小时,会出现 放大效应(图1C、D),导致测量值大于真实值,影响图像的准确度。
而将单壁碳纳米管针尖粘附到传统针尖上可以有效地解决这个问题,碳纳米管具有很高的纵横比,并且具有很强的机械柔软性和弹性变形能力,可有效避免针尖的损坏,并可以减少对样品的伤害(图2)[1]。
微悬臂也是探针一个非常重要的组成部分,它直接决定了针尖的探测频率,选用超短的微悬臂[2],或者对其进行氧化锌镀膜的修饰可以有效提高扫描的速度[3],从而更加有利于对一些生化过程进行实时的扫描分析。
另外,微悬臂的弹性系数也直接决定了AFM的力学分辨率,在利用AFM对生物大分子进行力学测量时,选用合适的微悬臂可以起到事半功倍的效果。
图1 A说明了在接触模式下,tip对样品的扫描方式;B 说明了在轻敲模式下,tip对样品的扫描方式;C,D则说明了在tip的曲率半径不同的时候,实际得到的图像由于 针尖效应的存在与样品实际形状的差别图2 碳纳米管对扫描针尖的修饰。
(Adam T Woolley et al.)右上Scale bar=1um,右下scale bar=20nm1.2 AFM的应用1.2.1 生物大分子成像及拓扑学分析利用AFM的高分辨率对生物大分子的构像进行三维的动态分析是一种广泛应用的技术[4]。
相对于传统的晶体学方法,改种技术的优势在于操作简单,周期短,并且可以使生物大分子处于完全自然的溶液环境里,得到最符合体内环境下的构像。
利用这种方法观察生物大分子时,我们只需要将生物大分子溶液平铺于云母片上,利用氮气吹干,然后直接用AFM 进行观察,将获得的图片利用专业软件进行处理后,即可得到分子构像等信息;如果要获得生物大分子构像的实时变化信息,则需要利用液池,选用包含生物大分子的合适的溶液体系,利用高频率的扫描进行观察。
[3].在此研究方向上,我们已经获得了一些生物大分子数据,为我们进行更深入的生物化学及细胞生物学研究提供了有效的结构信息和证据(图3)。
图3 这是我们研究小组在研究过程中得到的蛋白质构像图。
给予了我们蛋白质大分子在天然情况下形态、大小的一些基础信息1.2.2 生物大分子力学性质分析及相互作用力研究利用AFM 测量生物大分子的机械力学性质是当今细胞分子生物学最活泼的一个研究方向。
很多的肌动蛋白结合蛋白都具有相似的结构域,包含有两个肌动蛋白结合区域,两个区域之间由一段可以伸缩折叠得rod 区域连接,Ingo 等人利用AFM 成功地检测并量化了肌动蛋白结合蛋白的rod 区域的机械动力学性质[5]。
对生物大分子相互作用力的研究对于揭示蛋白质复合物的组成形式及相互作用关系有着非常大的推动作用。
SNARE 是一个在胞吞胞吐过程中起着重要作用的蛋白质复合物,由SNAP25、VAM P2以及syntax in 1三个蛋白质相互结合而成。
对于它们结合方式的认识将有助于揭示SNARE 的组装机制以及工作原理。
A.Yersin 等人利用AFM 分别对这三个蛋白质两两之间以及其中一个与其余两个之间的相互作用力进行了测量,发现结合较强的syntaxin 1和SNAP25先形成一个小的复合物,然后VAMP2再结合上去形成SNARE 复合物[6]。
从已知的晶体学以及动力学证据来看,这个结论是完全正确的,上述研究成果展示了AFM在蛋白质复合物解析中可以获得其它技术无法得到的微尺度动力学信息,具有得天独厚的优势。
1.2.3 其他方面的应用除了上面重点介绍的2大方面以外,AFM 在研究细胞形态结构、细胞膜结构及物质交换,以及生化反应过程等方面也都有着广泛的应用,但对系统有更高的要求,并且还需要能够对样品进行复杂的修饰和操作。
2 光镊(optical tweezers)技术2 1 光镊技术简介1986年光镊问世以来,短短十余年间,光镊技术已从微米精度的探测与操控发展到了纳米精度的探测与操控。
技术上的这一跨越,集中表现在纳米精度的位置操控和纳米精度的位移测量上。
这一跨越的意义不仅仅是技术上迈入了一个新的高度,而且从光镊技术的实际应用来看,也因此有了质的变化,成为研究单个生物大分子在生命过程中行为的有效工具,一种重要的纳米生物学技术。
能否操控纳米量级的粒子是纳米光镊技术首先要解决的问题。
人们已经发展了多种方法来操控生物大分子,从而可以研究它们间的相互作用和运动特性。
现在最为常用的就是间接操控法,即采用光镊可以方便地进行操控的微米粒子作为所谓的 手柄 ,将生物分子粘附其上,光镊操控这样的 手柄 就相当于操控了生物分子,可作为 手柄 的微米粒子有很多,比较常见的如聚苯乙烯小球,生物学实验中常用的蛋白质A/G 小球等等。
无论是生物分子的识别还是生物分子的运动都必然牵涉到纳米量级精度的位置和位移的测定。
在纳米光镊技术中,生物大分子位移的测量是通过测量操控 手柄 !!!刚性微米小球的位移间接测量的。