原子力显微镜用于核酸相互作用的研究

【摘要】：从原子或分子水平上,研究物质的结构和性质,一直是科学家不懈努力追求的目标。科学研究的发展不仅需要正确的理论指导,而且要有合适的研究工具,扫描探针显微镜的发明为人们从纳米尺度、分子水平上认识微观世界提供了机遇。作为扫描探针显微镜家族重要成员的原子力显微镜,以其独特的优势已经被广泛应用在各个学科。尤其是在生命科学的研究中成为了一种重要的研究工具。因为原子力显微镜不仅能够在纳米尺度、分子水平上获得生物分子的表面形貌信息,而且可以在近生理条件下研究生物分子相互作用。 本论文应用原子力显微镜,从一个新的视角来研究核酸的杂交及核酸连接等重要生命活动过程中的核酸相互作用。从微观力学的角度,探讨分子信标识别目标核酸的高特异性,从力学上进一步证实了分子信标相对于线性DNA探针的高度特异性识别能力。建立了利用间接力测定在流通体系中连续考察分子信标与目标核酸相互作用的方法,获得连续、实时的核酸相互作用信息。在此技术平台上,在流通体系中实时、连续考察了反应介质对分子信标与目标核酸相互作用的影响。将胶体金标记技术与原子力显微镜成像技术相结合,使得纳米尺度上的核酸杂交和DNA连接等重要的生命活动通过图像直观地展现。 本论文的主要研究内容和研究结果可归纳为以下几个方面: 一、首次应用原子力显微镜力测定,从微观力学的角度,探讨分子信标相对于线性DNA探针识别目标核酸的高特异性。实验结果表明,分子信标与不同目标核酸间相互作用力的差异明显大于线性DNA探针与不同目标核酸分子间作用力的差异。这些结果说明分子信标比线性DNA探针识别目标核酸单碱基突变的能力强。由此从力学上进一步证实了分子信标相对于线性DNA探针的高特异性识别能力。且基于分子信标与不同目标核酸作用力的差异,可以用于分子信标性能的考察,筛选设计合理的分子信标。 二、建立了在流通体系中实时研究分子信标与目标核酸相互作用的方法。将原子力显微镜力测定技术与流动注射技术相结合,基于分子信标与目标核酸杂交后,修饰探针表面电荷量的改变所导致的修饰探针与基底间粘附力的变化,首次建立了在流通体系中实现在线、连续研究分子信标与目标核酸相互作用的方法,且能够检测单碱基突变。所有溶液在线更换,具有操作简便、结果可比性强的优势,并应用此方法连续、实时地考察了反应介质对分子信标与目标核酸相互作用的影响,对于应用AFM实时调控、检测各种生化过程是一种有益的探索。 三、利用胶体金作为形貌标记的信号放大作用,通过AFM成像,研究固定