研究单分子蛋白质荧光问题的新方法

生物单分子荧光探测为一个新兴且具有发展潜力的研究领域。然而传统上制备蛋白质单分子观测样品的方法大幅限制了此种手段在工业化和自动化方面的发展。本项目将探索在不干扰蛋白质原生结构和功能的前提下，将单个蛋白分子固定牵制成为一组纳米尺度阵列的方法。此方法能够奠定蛋白质单分子实验全自动化的基础。更进一步，利用表面等离子体荧光增强的原理，配合着已经成熟的纳米制程技术，可以将特定形状的纳米金属结构以及待测蛋白分子置于最优荧光增强的位点。这种技术可以大幅提升单分子荧光实验的讯号强度，从而突破目前单分子实验的时间解析度。在此实验基础上，我们可以探索结合生物分子与表面等离子体光子学的应用潜力。

单分子研究手段可以帮助我们得到原本湮没在多体信号系综平均的动态过程中变化等细节。但是单分子实验有一个明显的弊端，即单个分子荧光信号较弱，难以检测。在本项研究中，我们采用纳米金属天线受激后的表面等离激元共振产生局域场增强效应，进一步增强目标分子的荧光信号。项目内容包含金纳米结构阵列的制作过程、目标荧光蛋白分子与金表面的连接策略、通过全内反射荧光显微镜技术观测荧光增强效应等。截至目前，我们已经探究得到了有效可用的荧光蛋白分子改造方法及连接条件；利用多分子聚合物或单层石墨烯屏蔽非特异性荧光信号的方法；利用纳米金结构阵列；以及特殊设计过的荧光蛋白分子IPF1.4，我们，通过全内反射荧光显微镜观测到了6 ~7倍荧光信号增强效应。