[發明專利]基于磁場力的平行大通量單分子力譜方法

有效

• 申請號: 201110301093.8
• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN102507724A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 邵志峰;沈軼;丹尼爾·恰可夫;李小衛;孫潔林;胡鈞
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N27/72
• 分類號: G01N27/72
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及單分子力譜測量領域，且特別涉及一種基于磁場力的平行大通量單分子力譜方法。

背景技術

單分子力譜裝置主要包括：光鑷、磁鑷以及原子力顯微鏡等。其中磁鑷(Magnetic?tweezers)主要分為兩類：永磁體磁鑷和電磁鐵磁鑷。永磁體磁鑷通過永磁鐵產生磁場梯度，從而對磁珠產生作用力，該作用力相對較大，噪音和漂移較小。通過調節磁鐵與磁珠的相對位置改變產生的作用力；而電磁鐵磁鑷使用電磁線圈產生磁場，通過控制電磁鐵線圈中的電流變化來控制電磁場的變化，從而更快更容易的控制對磁珠產生的力。

磁鑷可以對單個分子產生一恒定作用力，該分子也會隨之伸展形變。這類形變通常可以通過顯微鏡觀測到，通過相機追蹤記錄。但是磁鑷以及其它研究單分子作用力的技術與手段通常只能一次測量一個分子，獲得具有統計意義的實驗結果十分耗時耗力。

在已有磁鑷基礎上改造的可以同時對多個磁珠施加力并探測這些磁珠的運動軌跡的方法均是使用永磁體作為磁場源。該方法雖然可以對一定范圍內的分子產生基本相同的作用力，但是由于使用永磁體，只能通過調節磁鐵與磁珠間的相對位置來控制對磁珠產生的力，因此很難在短時間內快速控制力的變化。

發明內容

本發明提出一種基于磁場力的平行大通量單分子力譜方法，解決單分子力譜特別是磁鑷測量中每次只能測量一個分子，以及不能快速施加恒定外力的問題，使得數據采集更快速，測量更為精確。

為了達到上述目的，本發明提出一種基于磁場力的平行大通量單分子力譜方法，包括下列步驟：

通過直流升壓電路對電容充電，然后使電容對電磁線圈放電，電磁線圈中電流上升；

當電磁線圈電流上升至設定水平后，直流穩壓電源開始穩定對電磁線圈供電，從而在電磁線圈外部產生一個穩定磁場；

將磁珠連接于分子一端，將分子另一端連接與基底表面，或者在基底表面連接另一類分子，兩類分子通過特定相互作用連接；

將包括磁珠與基底的樣品置于電磁線圈附近，通過開啟控制電磁線圈電流來控制磁場的開啟與大小，進而控制磁珠所受磁場力的大小；

使用倒置顯微鏡和相機追蹤記錄磁珠位置，從而獲得分子形變以及相互作用信息。

進一步的，該方法通過快速驅動電磁線圈產生磁場，對磁珠產生作用力，進而對連接于磁珠上的分子施加一個恒定或可控變化的力，起到拉伸作用，根據控制線圈中電流的大小得到不同大小的作用力。

進一步的，磁珠在倒置明場顯微鏡下，其衍射斑紋隨磁珠與物鏡距離變化而改變，記錄磁珠衍射斑紋與磁珠物鏡距離的變化規律，獲得磁珠在受到磁場力前后與物鏡間的距離變化，從而獲得連接于磁珠與基底間的分子受到磁場力后的形變，或者兩類分子之間的相互作用的變化。

進一步的，通過使用連接于倒置顯微鏡之上的相機間隔設定時間成像，得到成像區域內多個分子在受到特定外力下隨時間的形變過程以及兩類分子之間的相互作用距離隨時間的變化。

進一步的，所述樣品為通過聚合酶鏈式反應制備的DNA樣品。

進一步的，所述基底為玻片。

進一步的，所述通過直流升壓電路對電容充電，然后使電容對電磁線圈放電步驟為使用直流升壓電路對100微法電容充電至500V，再使電容對電磁線圈放電。

進一步的，所述直流穩壓電源開始穩定對電磁線圈供電，從而在電磁線圈外部產生一個穩定磁場步驟為使用直流穩壓電源提供8A電流，在5ms內使得電磁線圈產生穩定磁場，對所述磁珠產生20pN作用力。

本發明提出的基于磁場力的平行大通量單分子力譜方法，由于使用了電磁線圈，可以更準確、更方便的控制磁場大小，由于使用了初始高電壓電容放電，使得電磁線圈產生的磁場可以在很短時間內達到預定值，從而大大提高了測量過程的時間分辨率。同時所設計的磁場在一定范圍內比較均勻，對磁珠產生的作用力基本相同，而且主要為垂直于基底方向作用力，其它方向較小。因此本方法可以快速準確，同時分別對多個單根分子產生基本相同的恒定作用力；也可以通過控制線圈形狀或電流變化分別對特定區域內的多個單根分子產生特定不同的恒定作用力或隨時間特定變化的作用力。因此，可以在一次實驗中同時進行多次單分子力譜測量，節省了時間與實驗材料。

附圖說明

圖1所示為本發明較佳實施例的基于磁場力的平行大通量單分子力譜方法流程圖。

具體實施方式

請參考圖1，圖1所示為本發明較佳實施例的基于磁場力的平行大通量單分子力譜方法流程圖。