电场驱动微悬臂生物传感器及对DNA 的快速、高灵敏度检测

微悬臂列阵传感器在生物检测方面具有快速、痕量和非标记的特性. 我们以镀金并在其上固定了 DNA 探针的微悬臂为正极,在靶杂交液槽内引入另一电极作为负极,构成电场驱动微悬臂 DNA 生物传感器. 对该传感器系统施加静电场,驱动 DNA 分子朝正极迁移,使溶液中的 DNA 分子富集在微悬臂上,促进 DNA 分子的杂交. 结果表明： a. DNA 在微悬臂上的杂交时间仅需 3 min,加快了微悬臂生物传感器对 DNA 分子的检测速度; b. 提高了微悬臂生物传感器的灵敏度,可以检测到皮克级的 DNA 分子.     

噬菌体phi29 DNA包装马达磷脂膜嵌合体在单分子检测及纳米医学领域的应用

生命系统包含了具有不同功能的纳米机器和高度有序的大分子结构。所有的双链线性DNA病毒使用由ATP驱动的纳米分子马达将其基因包装在蛋白质外壳内。噬菌体phi29 DNA包装马达的核心组成部分连接器已被成功嵌入到脂双层中,极为稳定且可用于离子和DNA转运的精确测量。它在包装DNA时具有单向通行的阀门机制,同时其关闭和打开可由人工控制。这对于详细研究分子马达的操作机制及未来医药应用中DNA的包装、测序、采样和投递都具有重要意义。     

生物体内的纳米机器——分子马达

分子马达是生物体内具有马达功能的一类蛋白质大分子纳米机器,可以执行完成生命体内的一切活动,包括肌肉的收缩、细胞内部物质的运输、遗传物质(DNA)的复制、细胞的分裂等等。按照分子马达的不同种类,介绍了各类线性分子马达(如驱动蛋白、动力蛋白和肌球蛋白)的结构、运动方式、主要功能等生物特征,并介绍了旋转分子马达(如ATP合酶)的生物特征,最后进行总结,展望未来。     

单分子纳米生物技术

生物分子需要相互协调组成各种分子机器,例如：分子马达、细胞信号处理器、DNA转录机、蛋白质合成器等,来实现他们负责的各种生理功能。一方面,这些分子机器的功能对于环境改变有着很强的适应性,这种适应性对于生物体和生物系统的稳定来说是必须的。另一方面,由于分子机器的大小只有几纳米并且结构具有可变性,它们的运转倾向于受到热扰动的影响具有随机性,此外,分子机器所利用的输入能量的水平与平均热运动能量kBT近似,分子机器可以高效地将热噪声的能量转化利用于行使其功能,对于这些能量的利用效率也很高,这与人造机器运转所需能量远远高于热运动能量相比有着十分显著的差别。因此,分子机器的潜在机理比人造机器复杂了许多。近些年来,随着单分子探测技术和纳米技术在生命科学的各个领域的广泛应用,使得生物分子的动力学性质,以及以往被隐藏在系综平均结果后的单个分子机器运转规律逐渐被揭示。我们研究的目标是希望通过揭示分子机器的独特运转规律进而能够了解、掌握具有适应性的生物系统中包含的工程学原理。本文综述了我们所作的一些关于分子马达、酶促反应、蛋白质动力学和细胞信号转导的单分子探测试验,并且讨论了热涨落（噪声）是怎样在具有独特的运转规律的生物分子机器中起到正效应,进而允许生物系统具有可变性和适应性的。     

ATPase旋转催化运动的随机跃迁动力学研究

ATP合酶既可在跨膜质子势的推动下催化合成ATP,也可以利用水解ATP释放的化学能而充当质子泵,把质子从线粒体基质中输送到内膜外侧,其能量转化效率却高得惊人,几乎达到100%。在旋转分子马达ATP合酶结构为基础上,结合随机主方程方法,提出了描述旋转分子马达ATPase合酶四态随机跃迁不等距旋转催化运动的理论模型;得到其角速度、扩散系数与ATP浓度之间的变化关系,并且得出了符合旋转分子马达生物机理的结果,定性半定量地解释了其动力学行为。     

石斛内生炭角菌DNA提取方法优化及分子鉴定

本文对石斛内生炭角菌DNA提取方法进行优化,并基于ITS序列及其ITS2二级结构对其进行分子鉴定。比较试剂盒法及不同浓度（2%、3%、4%）CTAB法的DNA提取效果并对CTAB法进行优化;进行ITS序列的扩增及ITS2二级结构的预测。结果表明：4%的CTAB提取效果最佳,优化的CTAB法大大缩短了DNA提取时间;ITS序列与炭角菌属3个种的相似度均为99%,ITS2二级结构仅与Xylaria arbuscula的二级结构100%相似。本研究所优化的CTAB法能为后续相关研究提供便利;结合ITS序列及ITS2二级结构能对石斛内生炭角菌进行准确的分子鉴定。     

DNA特殊二级结构及其应用进展

核酸在生命遗传过程中发挥着重要作用,其特殊的DNA二级结构不仅包含遗传信息,还可在体内发挥特定的生理功能、在体外被用作生物传感器的组成元件。目前,DNA特殊二级结构主要包括发卡(hairpin)、十字形(cruciform)、双螺旋(double helix)、三螺旋(triplex)、G-四联体(G-quadruplex)、G-三联体(G-triplex)和i-motif等。DNA特殊二级结构无论是在体外还是在体内均已被广泛研究,因此,基于已有的研究成果,概括总结了DNA特殊二级结构中G-quadruplex、G-triplex、i-motif的发展史、结构组成、特殊功能以及在生物传感、纳米材料、体内检测等方面的应用,最后剖析了目前在DNA特殊二级结构的研究中存在的问题与不足,并对其今后的研究方向做出了展望,以期为DNA特殊二级结构在生物传感、分子医学等领域的应用提供理论支持。     

DNA光修复酶修复紫外损伤的DNA

DNA光修复酶在蓝光驱动下,利用黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）分子的黄素酶作为催化辅助因子,来修复紫外线诱导的环丁烷嘧啶二聚体（CPD）和嘧啶（6-4）嘧啶酮的DNA损伤产物。通过无根发育树,综述了DNA光修复酶/隐花色素家族的分类;详细地阐述两种DNA光修复酶的结构、光损伤后产生的嘧啶二聚体的结构及光修复过程;最后回顾了DNA光修复酶的研究现状并展望该领域的发展前景。     

单分子层次上相互作用自动检测

任何生命过程都与分子间相互作用有关。这些相互作用决定了生物分子间的＂交流＂方式,组成了生物过程的基本语言。Müller教授研究组发展了一种全自动＂机器人＂（一种全自动原子力显微镜）,可以通过检测细胞上的＂分子机器＂分析分子间相互作用。为了实现这样的目标,该仪器需要将不同的空间尺度联系起来：宏观尺度的悬臂利用其微观尺度的针尖与纳米尺度的蛋白质相接触,进而在亚纳米的尺度上定位与检测分子间相互作用。这项技术能够帮助人们以亚纳米尺度的分辨率定位细胞内分子机器的相互作用位置,并且观察分子间相互作用如何驱动这些分子机器行使功能。在药物筛选研究领域,该技术可以被用来检测配体以及抑制剂与蛋白质结合的位点和强度,还可以检测受体的不同功能状态。     

He—Ne激光引起DNA突变的量子模式

根据Lǒwdin提出,在DNA分子中,碱基对之间的氢键体系X—H…y中存在一个对称的双势阱。本文研究了DNA分子受He-Ne激光影响后,使质子在双势阱小的隧道效应极大增加,从而引起了对于激光育种有实用意义的DNA突变。并且提出了He-Ne激光促使DNA突变的量子模式。