[发明专利]基于原子力显微镜的单粒子或单分子示踪装置及示踪方法

说明书

技术领域

本发明涉及微观粒子轨迹测量方法技术领域，具体涉及一种基于原子力显微镜的单粒子或单分子示踪装置及示踪方法。

背景技术

在单分子水平研究生物分子间相互作用的机制，对于深入了解生物分子的特异性识别、生化过程以及分子结构与功能的关系具有极其重要的意义，并已经成为目前生物、化学、物理交叉领域的一个前沿方向（[1]陈宜张，林其谁，生命科学中的单分子行为及细胞内实时检测，1，北京：科学出版社，2005，1-11。[2]M.J.J.A.Dvorak，The application of atomic force microscopy to the study of living vertebrate cells in culture，Methods，2003(29)：86-96）。

AFM单分子力谱法以其独特的优越性在生物单分子间相互作用的研究中发挥着十分重要的作用。现有的AFM单分子力谱法具有如下的步骤：

首先使压电陶瓷扫描器和样本表面保持一定距离，AFM探针与样本表面没有接触，微悬臂不发生偏转；压电陶瓷扫描器开始伸长，AFM探针和样本表面接触，微悬臂发生偏转；当压电陶瓷扫描器伸长到用户定义最大范围时，压电陶瓷扫描头开始回缩，AFM探针远离样本表面。

上述的AFM单分子力谱法在研究单粒子与细胞的相互作用方面存在着一定的缺陷，在实验过程中，AFM探针受压电陶瓷扫描器的驱动沿Z方向向细胞表面运动，细胞表面上的动态过程，如内吞、转运等也是在Z方向上的运动，如图1所示，这样使得检测到的力信号容易被认为是AFM探针本身运动产生的而不是细胞表面上的动态过程产生的，因而不能直接客观的研究细胞表面上的动态过程。

发明内容

针对现有技术的AFM单分子力谱法检测到的力信号容易被认为是AFM探针本身运动产生的而不是细胞表面上的动态过程的技术问题，本发明提供一种基于原子力显微镜的单粒子或单分子示踪装置及示踪方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

基于原子力显微镜的单粒子或单分子示踪装置，包括：

控制器、扫描器、微悬臂、原子力显微镜探针及激光检测器；

所述扫描器可在所述控制器的控制下按照特定方向伸缩；所述微悬臂的一端安装在所述扫描器上，另一端安装有所述原子力显微镜探针。

所述的基于原子力显微镜的单粒子或单分子示踪装置的示踪方法，包括以下步骤：

步骤一、在进行单粒子或单分子示踪测量前对原子力显微镜探针针尖进行检测物的修饰；示踪测量过程中，原子力显微镜探针以恒定的力与被测物表面接触；当检测物与被测物有相互作用时微悬臂发生偏转，扫描器的压电陶瓷的伸缩距离发生变化；

步骤二、利用数据采集卡采集微悬臂偏转随时间变化的关系以及压电陶瓷的伸缩距离随时间变化关系，实现对于单粒子或单分子的示踪。

上述技术方案中，检测物包括：单个单分子、多个单分子、单个病毒或单个纳米粒子。

上述技术方案中，被测物包括：细胞膜、人工磷脂膜、人工纳米孔、能内吞或转运单个分子及颗粒的体系。

上述技术方案中，原子力显微镜探针与被测物表面以小于10pN恒定的力接触。

本发明具有以下的有益效果：

本发明的基于原子力显微镜的单粒子或单分子示踪装置，压电陶瓷随时间变化关系能直接反映单个粒子或单分子随时间的位移关系。

本发明的原子力显微镜的单粒子或单分子示踪方法能用于研究细胞内吞病毒、纳米粒子等粒子的动态过程，同时也适用于研究葡萄糖、氨基酸等生物小分子在细胞膜上的转运过程。

本发明的原子力显微镜的单粒子或单分子示踪方法能测量纳米级的运动，同时也适合研究纳米粒子和细胞膜、纳米粒子和人工纳米孔、纳米粒子和人工磷脂膜、分子和细胞膜、分子和人工纳米孔、分子和人工磷脂膜之间的相互作用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为现有技术的AFM单分子力谱法测量的力-距离曲线图；

图2为本发明的原子力显微镜的单粒子或单分子示踪方法电路原理图；

图3中左边的图3A为病毒粒子进入细胞膜之前扫描器压电陶瓷的位置，右边的图3B为病毒进入细胞膜后扫描器压电陶瓷的位置；

图4中上部的图4A为利用原子力显微镜单粒子或单分子示踪方法得到压电陶瓷伸缩随时间变化关系图；下部的图4B为利用原子力显微镜单粒子或单分子示踪方法得到微悬臂偏转随时间变化关系图。