基于光镊技术的抗原/抗体特异性结合的力学行为研究

摘要

近些年，在随着分子生物学不断发展的同时，人们对于癌症病理和病因的认识也在不断的加深，尤其是肿瘤标志物的发现，对癌症早期的诊断、检测和治疗评价以及对高危人群随访等都具有极大的使用价值。肿瘤标志物是指恶性肿瘤细胞分泌、脱落在体液或组织中的物质，能够反映肿瘤存在的化学类物质，它们或不存在于正常成人组织而仅见于胚胎组织，或在肿瘤组织中的含量大大超过在正常组织里的含量。由于肿瘤标志物是以数值的形式反应体内肿瘤细胞的数量，所以对肿瘤的监控可通过肿瘤标志物的检测来完成，从而为肿瘤的诊断、分类、预后判断以及治疗指导提供信息支持。在二十世纪八十年代， A.Ashkin等研究员率先提出单光束激光光镊技术并通过实验验证该技术的可行性。他通过强聚焦的激光产生的高斯光束来提供足够强的梯度力，从而完成了光对微粒的操控。这一研究成果为探索微小物体的结构和性质提供了技术支持，也开启了人们对生物分子领域研究的新时代，这对于了解肿瘤标志物的生物特性和癌症治疗等方面具有重要意义。
　　我们首先采用 St?ber法和种子法制备表面光滑、大小均一的微米尺度的SiO2微球作为链接抗原或抗体的载体。之后，通过脱水缩合反应在 SiO2微球表面修饰氨基，增强 SiO2微球表面的生物偶联性；再通过氨基与蛋白质（即抗原和抗体）羧基的反应，使抗原或抗体与不同尺寸的 SiO2微球链接。其次，我们利用层流原理将自制的多通道层流平台与双光束光镊系统相结合，对连接有不同抗原和抗体的微球进行相互作用力的测量，以此得到前列腺特异性抗原（PSA）和甲胎蛋白（AFP）与它们相对应的抗体之间的特异性结合力的力谱。实验结果表明，AFP/抗AFP抗体和PSA/抗PSA抗体之间的结合力是特异性的，大小分别为47.23±1pN和69.38±1 pN，其差别源于抗原分子的抗原决定簇和抗体分子的亲和常数的不同。最后，我们研究了生理环境对抗原和抗体特异性结合的影响。结果表明，在不同的电解质和 pH值生理环境中 AFP/抗 AFP抗体和 PSA/抗PSA抗体这两种抗原/抗体的结合力呈现相同的变化趋势，并对此进行了机理分析。这不仅有利于深入了解肿瘤标志物（抗原）的性质，也在临床医学领域具有潜在应用。
　　本论文由五个章节组成。第一章主要对光镊技术产生的背景、发展历程、研究现状及其在生物学中的应用进行了概述，并且介绍了论文的选题意义和研究内容。第二章重点阐述了光镊技术的基本原理，定性分析了光的辐射压力及其梯度力和散射力的产生，光俘获颗粒的运动理论并给出了光阱的束缚条件。第三章则详细介绍了微米级 SiO2微球的制备和表面修饰氨基以链接抗原或抗体的过程，同时介绍了利用自制的多通道层流池与光镊系统的结合进行抗原/抗体特异性结合力的测量过程，并分析了AFP/抗AFP抗体和PSA/抗PSA抗体结合力的力学特性。第四章研究不同生理环境（即电解质环境和 pH环境）对抗原/抗体特异性结合力的影响。第五章对研究工作进行了总结和展望。

目录

引言

1.1绪论

1.2光镊技术的产生

1.3光镊技术的应用及研究现状

1.4本论文的主要研究内容

2光镊技术理论

2.1引言

2.2光镊技术的理论基础

2.3光阱力的计算

2.4小结

3抗原和抗体特异性结合力的测量及其特性分析

3.1引 言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4小结

4生理环境对抗原和抗体间特异性结合的影响

4.1引言

4.2实验方法

4.3结果与讨论

4.4小结

5总结与展望

5.1总结

5.2 展望

参考文献

在学研究成果

致谢