基因转运载体的原子力显微镜研究

通过原子力显微镜观测阳离子脂质体及其与DNA复合物的结构。将一定量的阳离子脂质体以及阳离子脂质体／DAN复合物滴加到新解理的云母片上,干燥后用原子力显微镜观测。结果表明,阳离子脂质体在云母片上形成的颗粒为球形或椭圆形,粒径分布较为均匀;阳离子脂质体／DNA复合物在云母片上的颗粒形状不规则,粒径分布不均且比空白脂质体的粒径大。通过原子力显微镜可以快速有效地观测脂质体以及脂质体／DNA复合物的粒径、表面形态等,为分析脂质体的物理化学性质与基因转运效率的关系提供了一种研究方法。     

DNA分子在云母表面拉直技术的研究

对DNA分子的生物、物理和化学性质的很多研究,都要求对单个DNA分子的性质进行深入探索,实现DNA分子在基底表面上的拉直是对其深入研究的物理基础。文章在APS溶液处理过的云母片表面,通过不同的方法完成了对DNA分子的拉直操作,利用原予力显微镜对拉直后的DNA分子进行了表征,获得了DNA分子拉直后的形貌,并对每种拉直方法进行了比较和讨论。     

用AFM对质粒DNA在云母表面的自组装研究

通过原子力显微镜(AFM)对在云母表面上自然挥干的不同质量浓度的质粒DNA分子进行扫描，原子力显微镜图像显示：当质量浓度为0．1μg／mL时，DNA分子呈现出线性结构，随着质量浓度加大至1μg／mL，DNA分子相互缠绕为网状结构，质量浓度为10μg/mL时，呈现出具有典型的聚合形态，当质量浓度进一步加大到100μg／mL，则呈现出明显的树状脉络结构．通过原子力显微镜对质粒DNA分子的形态表征，可以看出质粒DNA分子具有典型的自组装的特性．     

壳聚糖与DNA相互作用的单分子方法研究

利用原子力显微镜与磁镊技术研究不同浓度的壳聚糖与多种DNA分子的作用,对其凝聚形态及力谱曲线进行观察。在恒力情况下,壳聚糖与DNA的电荷比k分别为3和4时,从DNA的力谱曲线上可以看见0.2~0.5μm左右的跳跃阶梯及线性增长区域,原因可能是壳聚糖-DNA聚合物中出现了环状、棒状及球状结构;利用原子力显微镜观察壳聚糖与λ-DNA及bpr322-DNA作用后的凝聚形态,发现随着壳聚糖与DNA电荷比k的增加,球状与棒状聚合物的比例明显减小,而且凝聚物的尺寸也整体减小。最后根据实验结果,建立了壳聚糖导致DNA构象变化的直观模型。     

Si基底上DNA分子的自组装

利用自组装方法将DNA分子吸附于Si基底表面, 并通过原子力显微镜（AFM）观察不同质量浓度的DNA溶液在Si基底表面进行自组装后的结构： 当DNA溶液的质量浓度较低时, Si基底表面会吸附单个、 拉伸、 环状的分子; 当DNA溶液的质量浓度为60~160 ng/μL时, 在Si基底表面会形成网状结构; 当DNA溶液的质量浓度超过200 ng/μL时, 仅形成DNA薄膜. 实验结果表明, 可以利用该方法制作基于Si材料的DNA分子器件.     

云母片表面锌卟啉纳米岛的荧光增强效应

利用真空热蒸发的方法,在云母片上制备分子层数可控的锌卟啉(ZnTPP)分子薄膜.随着分子层数的增多,ZnTPP薄膜的光致荧光(Photoluminescence,PL)光谱从单体特征渐变为二聚体特征;原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)的图像中,ZnTPP分子团簇成纳米尺度的岛状结构,非真空环境导致纳米岛进一步聚集,从而使二聚体特征峰荧光强度激增;样品荧光寿命表明在非真空环境下分子的二聚体衰减通道比例显著增加.     

原子力显微镜研究糖对脂质体的稳定作用

应用原子力显微镜研究了糖类对脂质体的稳定作用,以及对形成完整磷脂双层的作用机制,获得了沉积在云母片上的干燥脂质体再水化的形貌图,证实了糖具有保持脂质体结构的功能,进一步证明了多羟基化合物有利于提高干态脂质体的物理稳定性.     

AFM对壳聚糖富集银离子的分形学研究

利用原子力显微镜(AFM)对壳聚糖吸附银离子进行研究，从形貌学的角度探测壳聚糖络合银离子的机理特性．主要方法是将溶液滴加在新解离的云母片上，应用原子力显微镜对自然风干后的样品在非接触模式下成像．AFM图像显示：壳聚糖分子和加过金属银离子的壳聚糖分子在聚集生长过程呈现为传统的具有分形特征的正态分布和奇异分布；由单一的壳聚糖分子形成的分形结构为“星”形结构，而加过银离子的壳聚糖分子形成的结构为“圆”形．产生这些图形差别的根本原因是由于生长界面的表面张力及其各向异性起了重要作用．这两种结构都具有典型的自相似性，且实验结果与计算机模拟的分形模式拟合得很好．     

不同价态的阴离子在DNA凝聚效应中的抑制作用

为了定量地研究阴离子对DNA凝聚和电荷中和过程的抑制作用,利用动态光散射和原子力显微镜研究了不同价态阴离子对阳离子介导的DNA凝聚效应的影响。在动态光散射实验中,阴离子可以使阳离子作用后的DNA的电泳迁移率变小,即对DNA的电荷中和有抑制作用,而且阴离子价态越高,对电泳迁移率的抑制作用越强。改变阳离子种类但控制相同的阳离子浓度,发现阴离子对DNA的电荷中和有同样的抑制作用及趋势,同时用原子力显微镜观察DNA的凝聚形态变化也得出一致的结果。在相同阳离子浓度下,高价阴离子相对低价态阴离子,对DNA凝聚的抑制作用更强,使DNA的凝聚形态变得更加松散,进一步证实了阴离子对阳离子导致的DNA凝聚有减弱作用。     

不同价态的阴离子在DNA凝聚效应中的抑制作用

为了定量地研究阴离子对DNA凝聚和电荷中和过程的抑制作用，利用动态光散射和原子力显微镜研究了不同价态阴离子对阳离子介导的DNA凝聚效应的影响。在动态光散射实验中，阴离子可以使阳离子作用后的DNA的电泳迁移率变小，即对DNA的电荷中和有抑制作用，而且阴离子价态越高，对电泳迁移率的抑制作用越强。改变阳离子种类但控制相同的阳离子浓度，发现阴离子对DNA的电荷中和有同样的抑制作用及趋势，同时用原子力显微镜观察DNA的凝聚形态变化也得出一致的结果。在相同阳离子浓度下，高价阴离子相对低价态阴离子，对DNA凝聚的抑制作用更强，使DNA的凝聚形态变得更加松散，进一步证实了阴离子对阳离子导致的DNA凝聚有减弱作用。     

Observation and Analysis of in vitro Expression of Mouse Heart Nuclear DNA Fragments by AFM

Using AFM,we observed linear chain-like complexes formed by some specific proteins and the multi-mRNAs during the in vitro expression of some active genes on the DNA fragments. The LDH mRNA in the multi-mRNA complex can in vitro translate LDH. Via AFM, we also discovered that nmRNA prepared from heart muscles, along with some specific proteins can form linear chain-like nmRNA complexes in which LDH mRNA can also translate LDH in vitro. Our work shows the prospective application of AFM in the research of the biological reaction of the active genes on the DNA fragments.     

用AFM观察小白鼠心肌核DNA片段的基因体外表达和垃圾DNA的相互作用

用AFM直接现场观察、体外表达等实验技术组合,观察到小白鼠（Balb/c）心肌核DNA片段的基因在体外表达过程中形成的n mRNA（n=9）线型链状复合体,处于垃圾DNA片段的特定的“翻译平台”上,其每种mRNA两端非共价键分别结合自己编码蛋白质（即分子开关）,中间的编码序列均非共价结合完全可解离的翻译活性因子等多种蛋白质：这些蛋白质可能均由垃圾DNA片段的极复杂的立体结构所形成的、匹配协同的、专一性蛋白质通路所调控,该通路对蛋白质按顺序分别进行特异性双向调控.核内n mRNA线型链状复合体在体外可翻译出LDH等蛋白质,并显示n mRNA翻译的“群体效应”.用AFM还观察到胞质制取的n mRNA（n=12）线型链状复合体（无垃圾DNA存在）,体外翻译出少量LDH等蛋白质,并显示n mRNA翻译的＂群体效应＂.本工作展示了未来运用AFM观察体外表达等生物学反应,研究基因表达与调控机制及其与垃圾DNA相互作用的前景.     

Height measurement of DNA molecules with lift mode AFM

Atomic force microscopy (AFM) can be used to im-age and study the local properties of the sample surfacethrough tip/sample interactions. There are three operationmodes: contact mode, non-contact mode and tappingmode. Mostly, the measured heights of dsDNA were only0.7—0.8 nm[1—8] in air by tapping mode atomic force mi-croscopy (TMAFM), which were much less than the gen-erally accepted diameter of 2.0—2.2 nm[9]. In TMAFM, stable imaging is available when the tip is closer to sample surf…     

The hybridization between peptide nucleic acid containing azobenzene and DNA labeled nanoparticle on chip surfaces studied by atomic force microscopy

Peptide nucleic acid containing azobenzene （N-PNA） was covalently bound on chip surfaces. Complementary DNA probes labeled by gold nanoparticles hybridizated with PNA on chip surfaces, The hybridization was successfully detected with AFM by the microscopy mothed. The influences of the position and the cis-trans isomerization of azobenzene unit on hybridization were investigated with AFM.     

Aligning DNA on Si surface and cutting off by tips of atomic force microscope

DNA is a kind of promising molecule as nano-lead to build or connect nano-devices due to its stable linear structure and certain conductivity. Many methods have been applied to constructing nano-patterns by using DNA molecule. In this report it is presented that λ-DNA was aligned on Si substrate by using the free-flowing method and then imaged by an atomic force microscope (AFM). After the second liquid flow, a catenary-like pattern and a crossed network of λ-DNA were formed. In addition, the aligned λ-DNA was successfully cut off by tips of AFM.     

Spermidine-induced two-dimensional DNA condensations on mica surfaces: A different pathway from condensations in solution

With atomic force microscopy （AFM） we systematically studied the DNA condensations on mica surfaces induced by multivalent cation spermidine. The pattern of the DNA condensates is a flat single layer, with a core in the centre and DNA wrapping around it at high density. We assume this to be a two-dimensional condensation of free coiled DNA onto negatively charged mica surfaces by the multivalent cation. The DNA molecules condense on mica surfaces via a pathway different from the formation of toroids, rods or globules in bulk solutions. We give an explanation to why toroid structures are difficult to be observed by AFM, and further discuss the relationship between DNA condensations in solutions and on mica surfaces. The present work will be helpful for understanding the behaviors of DNA on charged surfaces, which might be significantly different from that in solutions.