单个DNA分子的拉直操纵和成像

利用分子梳技术,将ＤＮＡ拉直在硅烷化的云母表面,实现了单分子ＤＮＡ的荧光微镜和原子力显微镜探测,同时,利用改进的动态分子梳技术进行了ＤＮＡ分子拉直操纵的原子力显微术研究。结果表明,对于ＤＮＡ拉直操纵,改进的动态分子梳技术与原有的动态分子梳相比具有样品用量少、污染小的优点,与一般的分子梳技术相比有更好的拉直效果和重复性。这种ＤＮＡ分子操纵与单分子ＤＮＡ荧光显微术、原子力显微术结合,将在分子动力学基础     

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。     

动态组合模式“蘸笔”纳米刻蚀与单个DNA分子上的物理纳米图形制造

利用“蘸笔”纳米刻蚀技术(DPN)可在金、硅和氧化硅等较硬的固相衬底表面上制作不同的纳米级图案. 但是, 在柔软的物体表面如生物大分子上直接制作纳米图形是尚需开拓的研究领域. 本文发展的动态组合模式“蘸笔”纳米刻蚀技术(CDDPN)可实现在生物大分子上直接制作纳米图形, 并且能达到在拉直的单个DNA分子上制造纳米图形的目的.     

有机纳米超分子组装体与DNA相互作用研究的新进展

构筑新型纳米超分子组装体是当代化学、生物、材料等多个科学技术领域的研究热点之一.环糊精是一类由D-吡喃葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键首尾相连形成的环状低聚糖,它具有良好的水溶性,低毒性,而且能够键合多种     

DNA损伤修复的单分子水平研究进展

外源或内源的DNA损伤在生物体内持续发生。DNA损伤修复的缺陷与很多疾病甚至癌症等息息相关,而生物细胞进化出一系列精密的修复机制以耐受或切除这些损伤。单分子技术区别于常规的生化、分子生物学等手段,可以在体外和活细胞内研究DNA修复相关生物分子的动态反应特征,从而对DNA修复机制进行更充分的剖析。文章围绕常见的DNA损伤及其修复类型,阐述了近年来利用原子力显微镜、磁镊、光镊等单分子操控技术,以及全内反射荧光显微镜、光激活定位显微镜和超分辨显微示踪等单分子荧光成像技术在DNA修复机制研究中取得的进展,梳理了利用单分子技术解决的长期存在的关于DNA修复难题,并展望了单分子技术联合其他交叉学科技术在研究DNA修复机制方面的前景。     

分子剪与分子夹：DNA手术的新工具

能将DNA双螺旋结构中之一段剪断或封闭的精密分子仪器有惊人的潜能,封闭癌基因只是其一个开端。它也许不像是世间最精细的疗法。无疑,用剪刀和发夹给人体做手术,听起来似乎也十分危险,所以,当听到化学家们正运用这些"理发工具"与遗传疾病和癌症作斗争时,人们可能大吃一惊     

固态纳米孔中DNA分子再捕捉的探测和分析

<正>基于纳米孔的单分子测控技术有望为实现廉价而快速的个体基因测序提供关键的物理基础.固态纳米孔因其与现代微加工技术兼容及可实现器件高度集成而尤其受到关注.然而,利用固体纳米孔实现单个DNA分子的测序目前仍有几个关键的困难需要克服.其一即为单个DNA分子在纳米孔中运动的控制.通过对单个DNA分子的再捕捉可以揭示其在纳米孔中的动力学特征,并且通过进一步发展该技术将有望在碱基分辨中显著提高信     

基于光学测量的纳米孔单分子分析技术

纳米孔技术因其无标记、低成本、便携式和超高灵敏度等优点受到许多关注,但传统的电测量方法仍受到非理想器件噪声、低通量以及时空分辨率不足等限制.目前已经有许多策略被提出来改进和解决这些限制,其中高带宽和高通量的光学测量技术可以被用来补充或替代电测量.本文总结了基于荧光、等离激元共振效应和表面增强拉曼散射等光学测量方法的纳米孔单分子研究进展,并展望了时空分辨光学纳米孔测量的前景.     

纳米尺度金属超分子配合物对DNA的特殊识别与功能调控新进展

配体通过靶向特殊基因,进而调节该基因所参与的生物学功能一直是生物无机化学领域十分活跃的研究课题.当前,金属配合物对DNA的结构识别以及功能调控引起了人们的高度重视,越来越多的研究表明,金属配合物能够有效地识别DNA的二级结构并影响其生物学功能.最近研究发现,一些具有纳米尺度的金属超分子配合物能够特异性识别DNA并表现出特殊的生物学效应.本文总结了纳米尺度金属超分子配合物对不同DNA二级结构的选择性识别及调控等方面的研究进展.     

基于分子瓦自组装的DNA纳米管的制备与表征

利用DNA分子自组装技术可以构建从一维到三维不同形状的纳米结构,并且这些结构在微纳米电子学、纳米生物学等众多领域有许多潜在的用途.本文利用DNA分子瓦(tile)自组装技术,采用双交叉(DX)DNA分子瓦成功组装了一维DNA纳米管结构,聚丙烯酰胺凝胶电泳(native-PAGE)、透射电子显微镜(TEM)、荧光显微镜和原子力显微镜(AFM)对制得的DNA纳米管结构进行了表征,结果表明,组装成功的DNA纳米管直径在7～20nm之间,长度最长可以达到50μm以上.为了结构更加稳定,对分子瓦中每条DNA单链的5′末端进行磷酸化处理,自组装完成后利用T4DNA连接酶连接磷酸化修饰的DNA纳米管的缺口.AFM结果显示,使用T4DNA连接酶处理后的DNA纳米管更能保持完好的管状结构,表明连接处理后的DNA纳米管更加坚固,促进了DNA纳米管应用于微纳米领域的研究.     

基于DNA自组装的手性等离子体纳米结构研究进展

自然界中的手性现象广泛存在.近年来,具有在可见光波段手性光学响应特性的等离子体金属纳米结构吸引了越来越多的关注.DNA自组装技术以DNA分子为基元构筑纳米材料,具有根据实际需求精准调控并组装得到复杂纳米结构的优点,可以用来构建从静态到动态的各种手性等离子纳米结构.本文综述了基于DNA自组装的手性等离子体纳米结构的研究历程和最新进展,并对相关研究做进一步展望.     

单个DNA分子光敏断裂过程的观察

利用荧光显微镜和冷却CCD记录单个拉直的lDNA分子在光照下逐渐断裂的动态过程. lDNA分子经高效的YOYO-1染料染色后, 用分子梳技术拉直, 并使DNA链的若干局部点固定在APS修饰的玻片上. 在蓝光的照射下, 观察lDNA的断裂和断裂后的弹性回缩过程. 结果表明, DNA构象的变化以及水分子的作用, 有可能使DNA在光照的作用下更加容易断裂. 此技术将在研究DNA弹性、DNA与染料相互作用以及肿瘤治疗中起一定的作用.     

RNA聚合酶动态调控DNA转录的单分子水平研究进展

真核生物的RNA聚合酶Ⅱ(Pol Ⅱ)和原核生物的RNA聚合酶(RNAP)主要负责转录合成信使RNA(mRNA),调控不同基因的转录水平,以调节生物体的生长发育和应对复杂多变的环境。研究者采用传统的荧光显微镜观测到RNAP可形成团簇,据此针对DNA转录调控提出“转录工厂”模型。随着单分子技术的发展,研究者在单分子水平上观测到了活细胞中RNAP动态调控DNA转录,提出RNAP可以通过液-液相分离机制进行转录调控。该综述总结了不同单分子荧光显微镜的技术原理,以及相关的荧光探针标记方法,并介绍了在真核生物和原核生物中应用单分子成像技术可视化RNA聚合酶动态调控DNA转录过程的研究进展,最后展望了单分子技术在转录调控研究中的应用前景。     

基于DNA纳米结构的siRNA输送体系的研究进展

随着多个功能性核酸药物获得FDA的批准,基因治疗近年来取得了长足的进步,迸发了新的青春.小干扰核糖核酸(siRNA)是基因治疗的核心成员,siRNA的高效递送则是其临床转化的关键.不同于传统阳离子脂质体、聚合物等通过静电相互作用实现siRNA的负载压缩形成纳米递送体系,DNA纳米结构通过核酸亲和杂化作用负载功能性核酸,实现siRNA的递送和相应的基因治疗.本文简要回顾了siRNA在基因沉默过程中的功能和机制,介绍了DNA纳米结构作为载体用于功能性核酸递送的基本原理和优缺点,进而详述了几类具有特色的DNA纳米结构用于siRNA递送系统,最后探讨了现有技术存在的挑战,并对本领域的发展做了进一步展望.     

电位控制DNA在金电极上的分子自组装

采用氨基乙硫醇在金电极上自组装得到自组装单分子层（SAM）,再利用水溶性1－乙基－3（3－二甲氨丙基）－碳化二亚胺（EDC）和N－羟基琥珀酰亚胺（NHS）活化SAM,用电位控制的方法制备了DNA共价键合修饰电极。研究了控制电位与DNA组装量的关系,并采用循环伏安、交流阻抗、俄歇电子能谱、和原子力显微镜等手段对电位控制DNA修饰电极进行了表征。结果表明,用电位控制的方法得到了共价组装的DNA修饰电极,而且在不同的电位控制条件下,DNA的自组装存在着一定的规律,即负电位对DNA的自组装产生了抑制作用,而正电位对DNA的自组装起到了促进作用,研究结果将对DNA的可控制组装具有较重要的意义,并为DNA纳米器件的研制提供了技术基础。     

基于原子力显微镜的单个DNA分子压弹性测量

介绍了一种基于振动模式扫描极化力显微镜在小力区(< 0.5 nN)测量柔软的生物分子压弹性的方法, 并利用此方法研究了DNA分子在直径方向(垂直于双螺旋方向)的压缩性质. 实验结果表明固定在云母表面的DNA分子具有很好的弹性, 在外力作用下DNA的径向形变可达到~50%, 当外力撤销后, 其形变可以完全恢复. 另外统计了20段DNA分子上20个点的高度与所受压力的关系, 并由此初步估算了DNA分子的弹性常数.     

基于多功能纳米磁珠的DNA制备与基因分型

为了构建DNA样品制备芯片, 研发了一种以羧基修饰的磁性纳米粒子作为固相载体, 从全血、唾液和细菌培养基中快速提取基因组DNA并扩增靶基因的通用方法. 这种羧基修饰磁性纳米粒子不但可以从样品中富集靶细胞和从细胞裂解液中吸附DNA, 而且吸附在纳米磁珠表面的DNA可以不用洗脱而直接作为目标基因PCR扩增的模板, 从而通过功能集成简化了从靶细胞富集到靶基因扩增的全过程. 利用该方法实现了微量唾液样品中HLA基因的快速制备与扩增, 扩增产物与固定于寡核苷酸基因芯片上的16条探针杂交进行HLA基因分型, 取得了良好的效果. 由于该方法快速简便, 不使用有毒试剂和离心操作, 便于用以构建快速高通量的核酸制备微芯片.     

用单分子荧光显微术与光学作图法构建水稻BAC克隆DNA的限制性物理图谱

报道一种用于荧光显微镜探测的研究DNA分子与限制性内切酶相互作用的方法。DNA分子经过改进的“分子梳”技术铺展并吸附于化学修饰过的盖玻片表现,然后运用限制性内切酶EcoRⅠ进行原位酶切反应,使DNA分子在固着状态下的反应结果与液相反应相对应,通过单分子荧光显微术直接观测并记录单个DNA分子的酶切反应结果,成功地构建了水稻BAC克隆DNA的限制性物理图谱,为单分子的动态荧光显微镜实施研究和基因组光学作图打下基础。