高时空分辨单颗粒光谱显微成像

【摘要】：由于贵金属纳米颗粒具有独特的局部表面等离子体共振性能,很容易将化学或物理刺激以高效率的方式转变成光信号。因此,结合光学显微成像技术所开发的高通量、非接触式无损探测手段,能够为详细探讨单细胞、单分子层面上的重要化学生物学过程提供强大的技术平台。基于等离子探针的光学成像方法的进一步发展和应用,将会在化学和生物界带来许多令人振奋的结果。 在前人研究工作的基础上,本文主要开展了以下工作： 1.我们利用高精度时间分辨单颗粒跟踪方法,探索反式转录激活蛋白(TAT)肽修饰的纳米载体在模型脂质双分子层上的非静电区域的吸附和热运动行为。我们发现了现有假说不能解释的现象：TAT肽修饰的纳米载体在中性脂质膜上的横向和旋转运动会受限。通过活化能半定量分析表明,纳米载体与脂质双分子层最初始的吸附过程中需要多个弱键结合。因此,纳米载体表面TAT肽的多个位点与脂质体相互作用会形成多肽-脂质体复合物(比如：脂质域)。这种复合物所形成的拉力会有效的限制纳米载体在流体膜上的热运动。这种现象无法通过单个多肽的随机空间和构象分布来实现。这些有趣的发现可以为人们更好的理解TAT肽修饰的纳米载体在细胞内的内在运输机制提供更深刻的见解,并且为药物和基因在细胞内特定位点的有效释放点燃了新的希望。 2.我们利用双波长暗场(DWVD)显微成像技术,探索TAT肽修饰的金纳米粒子(TGNPs)在HeLa细胞中的动力学过程。发现细胞摄取TGNPs的主要途径是能量依赖的内吞过程,且根据时间相关的动态空问分布信息并没有观察到主动的核靶向过程。我们还发现HeLa细胞代谢TGNPs的主要途径是通过有丝分裂将TGNPs遗传到子细胞中。对于活细胞的摄取机制和纳米载体在细胞内代谢过程的进一步认识,能为提高靶向给药的效率提供深入见解。 3.许多有趣的物理化学过程都发生在液-固界面。全内反射照明与单分子光谱一起为选择性研究接近这一界面的动力学过程提供了一个强大的平台。利用这种技术,我们证明可以通过光诱导的方式调节接近固液表层的罗丹明B分子的分布量,并且发现激光诱导下液固表面排斥力会形成一种长程能量势垒从而调节染料分子的分布。在几百纳米的液-固界面范围内,这个能量会限制单个分子的热运动。因此,该现象可能可被广泛应用于基于光调制技术的分离技术的发展,并且应用于筛选不同尺寸的纳米颗粒。