基于原子力显微术的生物分子纳米机械性能的研究

摘要

生物分子力学性质的研究已经引起了人们广泛的关注，在过去的几十年中，一直是生物物理学领域的热点问题之一。现如今，随着先进纳米测量手段（光镍技术、磁镍技术、原子力显微镜（AFM））的快速发展，定量测量生物分子的力学性质已经成为可能，展示出了生物分子力学性质与其状态的紧密相关性，为生物分子结构和功能研究提供了新手段。AFM是在纳米尺度上定量测量生物分子力学性能的先进技术之一，其可以实现液相中成像和测量的特性，为生物分子研究提供了有利的条件。
　　本论文的主要研究内容有以下两点：
　　第一，以DNA折纸为模型，利用原子力显微镜的force volume技术（FV）和peak force技术（PF-QNM）测量DNA分子的纳米力学性能（主要为弹性杨氏模量），研究其弹性性质。结果表明，当峰值力控制在80?100 pN时，峰值力成像稳定，获得的杨氏模量维持在约10 MPa。与Force volume mapping相比较，在小力区(<100 pN)，两种方法符合性较好。峰值力定量纳米力学模式为DNA分子定量力学性质研究提供了一种简便而有效的研究方法。
　　第二，利用DNA折纸可定位的特点，将其作为测量平台，将需要测量的生物分子通过分子识别手段结合在折纸表面，再利用原子力显微镜的纳米定量测量技术，精确测量生物分子的力学信息。这种利用DNA折纸作为测试平台的方法，克有效减少了固体基底对样品真实力学信息的影响。实验中，我们将SA和IgG两种目标蛋白质分子通过特异性结合固定在DNA折纸上面，获得了这两种蛋白分子不同的形貌特征和杨氏模量值。实验结果表明，SA蛋白比IgG和DNA折纸硬，杨氏模量值相比较为SA蛋白>DNA orgami>IgG蛋白。此外发现，云母、DNA折纸、IgG和SA间的黏着力差别不大。此实验结果说明，不同种蛋白质分子，具有不同的力学性质。这种性质有可能反映了蛋白分子的不同结构以及生物功能。

目录

声明

引言

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2当前的研究进展

1.3研究生物分子纳米机械性能的方法

1.4原子力显微镜简介

1.5 DNA折纸技术简介

1.6关于本论文

2基于原子力显微术的DNA折纸纳米机械性能的测量

2.1引言

2.2材料与方法

2.3实验步骤

2.4实验结果与讨论

2.5结语

3利用DNA折纸术测量蛋白分子的纳米机械性能的研究

3.1引言

3.2实验材料与仪器

3.3实验步骤

3.4实验一: 测量在DNA折纸上多个蛋白分子密集排布的纳米机械性能

3.5实验二：测量单个和多个蛋白分子线状排布的纳米机械性能的研究

3.6实验三：测量单个SA和IgG蛋白分子的纳米机械性能的研究

3.7单个蛋白分子的统计数值

3.8结语

4总结与展望

4.1工作总结

4.2进一步工作

参考文献

在校研究成果

致谢