原子力显微镜观测并切断在Si表面拉直的DNA分子

DNA具有稳定的线性结构和一定的导电性能, 因而有可能作为纳米导线来构成纳米器件. 为此, 人们已经采用很多方法尝试以DNA为基础单元构成纳米图型. 用原子力显微镜观察自由液流法在Si表面拉直的λ-DNA分子, 观察到加二次液流后λ-DNA 形成的悬链线状结构和交叉的DNA网络, 并成功地用原子力显微镜针尖切断在Si表面拉直的λ-DNA分子.     

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.     

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.     

pBR322质粒DNA的原子力显微镜成象及剪切研究

研究DNA分子间和分子内相互作用力,可以帮助人们了解DNA分子的结构及其功能.由于对这些相互作用力进行直接测量时,不仅需要控制体系的稳定性,同时外加作用力又不能对体系产生影响.因此,目前只是利用X射线,光散射和核磁共振等手段对作用力进行直接的物理或热力学测量.虽然渗透压技术已经应用到DNA双螺旋非特定分子间力的测量,但对于具有特定取向的复杂分子相互作用,就需要在单个分子间进行直接测量.原子力显微镜(AFM)可以检测到10~(-14)N数量级的针尖-样品相互作用力,横向分辨率可达0.01nm,而接触面积只有10nm~2,并且可以在近生理溶液条件下操作,因此它是非常适合研究DNA分子间相互作用力的.事实上,利用AFM研究Biotin-streptavidin体系中的单个分子间相互作用以及DNA双链间的相互作用力已有报道.     

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     

辐射致DNA损伤中DNA浓度的影响

利用重离子⁷Li和γ射线在同一剂量和不同浓度下对质粒DNA的水溶液和添加了甘露醇的溶液进行了辐照. 凝胶电泳结果表明, 随着DNA浓度的降低, 经重离子⁷Li和γ射线辐照后, DNA损伤越来越严重. 当添加了自由基清除剂甘露醇后, 重离子⁷Li和γ射线辐照后的结果出现了很大的不同. γ射线辐照DNA后, DNA损伤很轻, 只有开环形态出现轻微变化. 重离子辐射后的结果表明在自由基被大部分清除的条件下, 线性DNA依然存在且随着DNA浓度的降低而增加, 进一步证明了在重离子辐照致DNA双链断裂中由于直接作用而诱发的DSB(double-strand break)是不能被清除的. 对实验数据的计算与分析表明, 当DNA浓度低于一定值(比如50 ng/μL)后, 重离子辐照过程中自由基的间接作用与电离的直接作用所造成的平均双链断裂损伤的比例是一定的, 与DNA的浓度没有关系. 随着浓度的增加, 重离子辐照的直接作用在辐照损伤过程中所占的比重增加. 还讨论了DNA浓度在重离子⁷Li和γ射线辐照过程中对DNA损伤影响的可能成因, 诸如重离子的径迹结构、反应几率和DNA构象变化等.     

布儒斯特角显微镜观察菁染料单分子膜的相变

利用不带长烷基链的染料和长链脂肪酸混合,以制备染料的LB膜是近年来广泛应用的一种方法。这种方法使许多不具有两亲性的分子亦能形成LB膜,在分子构筑术上具有重要意义。但是,这种混合单分子膜在不同表面压下的结构是不清楚。最近,法国和德国先后报道了以偏振激光为光源,CCD摄像机作为图像接收器的显微技     

极端耐辐射球菌sbcD基因(dr1921)功能分析

在真核生物中, Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN)复合体处于DNA修复和细胞周期调控的关键位置. 当DNA双链断裂损伤诱导后, MRN复合体可快速与损伤部位结合, 参与起始的DNA末端的处理. 在MRN复合体中, 任何一个亚基的基因突变都会引起生物体对DNA损伤超敏感、基因组不稳定、端粒缩短和减数分裂异常. MR蛋白在进化上高度保守. Mre11和Rad50在细菌中的直系同源物分别是SbcD和SbcC. 极端抗辐射的耐辐射球菌能修复大量的DNA双链断裂. 其SbcD和SbcC蛋白分别由Dr1921和Dr1922基因编码. 本研究应用定点反向插入突变的技术, 构建了SbcD基因突变株. 发现突变株对电离辐射、紫外线、过氧化氢和丝裂霉素C等DNA损伤诱变试剂敏感. 同时还发现, drSbcD蛋白, 无论是在细胞正常生长状态下, 还是在DNA修复过程中, 特别是对6000Gy电离辐射所产生的DNA双链断裂的修复有重要的作用. 综上所述, drSbcD蛋白在DNA双链断裂修复的过程中扮演重要的角色.     

ArF准分子激光作用超螺旋PUC18 DNA的AFM研究

激光对DNA作用的机理研究,国内外尚无定论,有待进一步深入.龚立三等用YGA四倍频激光(265nm,30ps,50mJ)和准分子激光(KrF的248nm,Laser Roman的512nm)处理λ-DNA和λ-DNA/HindⅢ,用紫外分光光度计和琼脂糖凝胶电泳检测,增色效应和拖尾的出现表明DNA的结构键被激光脉冲切断.作者用YAGQ开关二倍频激光(532nm,1.5mJ,20ns)照射λ-DNA/HindⅢ、鱼精 DNA、小牛胸腺DNA和酵母RNA,测定了DNA的UV谱,并讨论了激光辐照导致DNA链断裂的分子机制.到目前为止,尚没见到采用扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)为手段研究激光对DNA作用机理的报道. 我们在文献中报道了AFM观察CO_2激光作用后的质粒DNA和小牛胸腺DNA样品的结果.本文中用ArF准分子激光(193nm,单脉冲能量为220mJ,20ns)作用超螺旋PUC18 DNA,并用AFM获得了它们的结构图象,讨论了激光和DNA的可能作用机理.     

基于原子力显微镜抬高模式的DNA分子高度测量

在传统的轻敲模式原子力显微镜基础上利用抬高模式对DNA分子的高度进行了测量研究. 通过不断抬高针尖高度, 逐步减小针尖对样品的作用力, 以测量软样品的形变量, 并通过记录针尖的抬高高度来计算DNA分子的高度. 实验中利用抬高模式测得的DNA分子高度为1.5±0.2 nm, 而传统轻敲模式下测得的DNA分子的高度为0.8±0.2 nm, 表明针尖对DNA的作用力是导致传统轻敲模式测得DNA分子高度较低的重要因素. 同时本文采取的方法也适用于测量其他软样品的高度.     

水稻质体发育过程中DNA分子动态变化的初步研究

有关高等植物质体发育过程中DNA分子的动态变化,迄今仅在小麦中有报道。本文报道我们应用DNA专一荧光染料DAPI(4′,6-diamidino-2-phenylindole)同质体DNA的结合,对水稻质体发育过程中质体DNA的动     

退火时间对二维DNA晶体自组装的影响

DNA自组装的过程,不仅需要合适的缓冲液,还需要适当的退火时间.本文利用DNA自组装技术,以反向平行双交叉(double-crossover,DX)DNA分子瓦(DNAtile)作为建筑模块,带有互补黏性末端(sticky-ends)的分子瓦依据Watson-Crick碱基互补配对原则配对连接,成功制备出二维晶体结构.比较不同退火时间下形成的DNA分子瓦结构,采用非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳(non-denaturing PAGE)表征.结果表明,退火时间为2.5h时形成的分子瓦的结构较稳定.等量混合此条件下形成的不同分子瓦,分别从50,37和25℃退火至室温,利用原子力显微镜(AFM)对退火后的结构进行表征,结果表明,起始退火温度为37℃时得到的DNA二维晶体较平整.     

基于Con A门控分子的甘露糖响应型介孔二氧化硅纳米控制释放体系

选择凝集素伴刀豆球蛋白A(Con A)作为门控分子,利用甘露糖和葡萄糖与Con A竞争性结合的特性,构建了一种新型的Con A封堵介孔二氧化硅(MSN)的甘露糖刺激响应型控制释放体系.在该体系中,氨基葡萄糖首先与氰酰基修饰的MSN交联合成表面葡萄糖功能化的MSN,然后通过葡萄糖与Con A的多价结合作用使Con A固定到MSN表面,封堵介孔,形成Con A封堵MSN的甘露糖刺激响应型控制释放体系(MSN-Glc-Con A).利用电子显微镜、热重分析、X射线衍射、红外光谱和比表面积分析等手段表征了该纳米控制释放体系的制备过程,并且以联钌吡啶染料分子作为模式客体分子,研究了模式客体分子在该体系中的包裹及甘露糖调控下的刺激响应释放行为.实验结果表明,该体系具有较高的包载量(89.90±7.73μmol/g SiO2)和良好的甘露糖刺激响应释放行为.在没有甘露糖存在时,Con A能有效封堵介孔,使包载的染料分子几乎无释放;在甘露糖存在的条件下,甘露糖与Con A发生竞争性结合,Con A从MSN表面脱离,介孔打开,染料分子释放.染料分子的释放率呈浓度依赖性和时间依赖性,在40 mmol/L甘露糖的条件下,340 min内染料分子释放率超过90%.该体系是一种理想的糖刺激响应控制释放载体,有望实现在药物运输领域的应用.     

图像配准和时间平均在DNA单分子AFM探测中的应用

增强单分子成像的信噪比(SNR)对单分子精细结构的识别和分辨率的提高具有重要意义. 目前单纯依靠硬件技术的改善无法突破固有限制, 众多研究表明, 图像处理技术是进一步提高单分子成像SNR的重要方法. 原子力显微镜(AFM)的单分子成像具有独特优势, 至今还未有利用图像处理方法改进低信噪比单分子图像的报道. 本文以单个DNA分子为典型样品, 针对操纵及弹性研究等方面的独特研究基础, 以时间平均法替代电子显微镜等技术中针对可重复形态制样的单分子的分类平均法, 对单个DNA分子的AFM时间序列图像采用图像配准和时间平均方法, 有效改善了图像的信噪比, 能够恢复背景中与噪声量级相当的信号. 结合其他技术, 本方法可实现图像精细结构的进一步解析和识别应用, 有望在AFM单分子操纵中起到重要作用. 本文描述的基于图像配准和信噪比评估的方法具有普适性, 可应用于AFM成像质量及状态的定量评估表征中.     

半导体光谱增感过程中超氧自由基的产生

自Vogel发现染料可以扩展卤化银的感光范围以来,有关染料在卤化银照像中的应用和光谱增感理论均取得了长足进展.Gilman和Kuhn等提出了光谱增感中的电子转移和能量传递理论.随着现代谱学手段的出现,为人们了解光谱增感的初级过程提供了条件.如Tani在光照吸附了菁染料的卤化银粉末(或乳剂)时,观测到ESR单峰,认为这是起源染料与卤化银价带正空穴作用产生的染料正空穴自由基.Honda等根据光照吸附eosine的ZnO粉末时测出的ESR单峰,推断它是电子从~1eosine~*注入到ZnO之导带尔后再转移至O_2所形     

运行于磁珠表面的可编程DNA计算机

后基因组时代涌现出DNA操作技术一系列新的应用, 其中包括建立在DNA分子基础上的生物计算机. 至今还没有在固体表面实现基于自动机原理的DNA计算的相关报道. 本文描述了一种可编程的DNA计算装置——具有图灵机部分功能的有限自动机, 并且将计算过程转移到了固体表面. DNA计算机主要由DNA分子(输入分子, 输出状态检测分子和充当软件的状态转移分子等)、DNA限制性内切酶及连接酶和所需的缓冲液组成, 可以自动地解决计算问题. 将荧光标记在输入分子的5′端, 以便于动态跟踪监测反应过程中的各种中间产物. 这些工作具有如下的特点: (1) 成功地在磁珠表面实现了可编程的DNA计算机——有限状态自动机. (2) 通过毛细管电泳直接监测所有的DNA计算中间产物. DNA计算机的超大并行计算能力具有通过自动控制来得以实现的可行性, 为在不久的将来把大规模的DNA计算和功能基因组研究结合起来奠定了基础.     

白由基与医学

近年来生物医学的研究已从细胞水平,分子水平进入到量子水平.在有机化学反应(包括生物体内的化学反应)过程中,由于分子中共价键分裂的方式不同,可分为离子型反应和自由基反应.过去,一般对离子型反应比较熟悉,而对自由基反应了解得较少.近年来,随着自由基测定技术的进步,自由基在生物体系中的作用已成为一个非常活跃的研究领域,诸如生物氧化、光合作用,细胞作用、细胞增殖、机体衰老、炎症、肿瘤、动脉粥样硬化、辐射损伤以及环境污染等方面,均涉及自由基反应.现已发现,在病理情况下,自由基具有强大的破坏作用,可使核酸主键断裂、碱基降解和氢键破坏;使蛋白质或多肽链断     

新型药物的研制

新型抗菌素——喹诺酮使用青霉素及其有关药物的日子可能屈指可数了.由于病菌对普通抗体的抗性日益增长,一些制药公司正在研制新型的抗菌素——喹诺酮.该药物的作用是拉直细菌细胞的DNA,它能干扰一种保证将一长串细菌DNA配入细菌细胞内的酶.现已     

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.     

脱氧核酶在生物检测及基因治疗中的研究进展

脱氧核酶(DNA zyme)是通过体外筛选技术获得的有酶活性的单链DNA分子.随着越来越多的脱氧核酶被筛选出来,科学家对其功能性质的研究也逐渐深入.其中,RNA切割作用作为脱氧核酶最重要的一种特性,是目前研究热点.而脱氧核酶发挥RNA切割作用需要辅因子(金属离子、中性分子、细菌等),因此,基于此特性,DNAzyme不仅被广泛用于金属离子和生物分子检测,而且被应用于特异性切割mRNA阻断蛋白的翻译,从而用于多类临床疾病的治疗.本文系统总结了DNAzyme在金属离子和生物分子检测以及在基因治疗方面的研究进展,并对其在动物体内对目标分子的高灵敏度、低浓度特异性检测及发挥切割活性进而达到疾病治疗做出了展望.