单个DNA分子反应实时原位纳米检测表征新方法研究

生物单分子研究属于新兴的、多学科交叉的前沿研究领域，实时动态的单个生物分子反应研究是揭示生命现象本质和规律最重要的方面之一，发展多种方法和技术对单分子研究具有极大的重要性和挑战性。本项目拟将基于原子力显微术的纳米操纵技术和高分辨的纳米检测技术相结合，以DNA与蛋白质的相互作用为实验体系，研究单个DNA分子在DNA酶作用下的酶解反应动态变化过程，建立一种独特的空气氛围中纳米级实时原位的单个DNA分子酶解反应检测表征新方法，探讨界面上DNA酶解反应机制以及各种因素对酶解反应的影响，提供一种研究分子动态行为和动力学过程的手段，希望能够有助于在纳米层次上对生物分子作用机制的理解。

实时动态的单个生物分子反应研究是揭示生命现象本质和规律最重要的方面之一.本项目采用基于原子力显微术(AFM)为基础的纳米成像和操纵技术，系统研究了DNA分子在不同功能化修饰的云母表面的行为，实验结果表明：环境的相对湿度对界面上DNA的形貌、DNA的AFM成像和操纵皆具有显著的影响。随后,建立了单个DNA分子酶切反应表征方法，在纳米金颗粒修饰的云母表面上，实现了对单个DNA分子酶切反应的实时动态的检测，获得了单条lambda DNA分子的酶解断裂过程的实时原位跟踪图像，记录了DNA分子随时间变化的特点，反映了DNA断裂过程中DNA的形貌变化，DNA片段逐渐变小的动态过程。此外，建立了一种基于DNA折纸为界面的单分子反应实时原位表征方法，在此研究基础上发现了“DNA分子穿越”现象。以上方法为单分子水平上研究分子动态行为和动力学过程提供了新途径。