[發明專利]成像磁鑷裝置及其與單分子熒光技術集成的系統和方法

無效

• 申請號: 201210232172.2
• 申請日: 2012-07-05
• 公開（公告）號: CN102749441A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 王爽;翟永亮;吳蘭生;李明
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G01N33/48
• 分類號: G01N33/48;G01N21/64
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 王藝

技術領域

本發明涉及生物大分子的單分子操縱與檢測領域，尤其涉及一種成像磁鑷裝置及其與單分子熒光技術集成的系統和方法。

背景技術

普通的單分子磁鑷操縱技術采取在光學顯微鏡裝置中安裝磁鐵及相應的電耦合器件的方法來實現單分子操縱，這種方法雖然簡單易行，但測量精度不高。單分子熒光技術能實現納米甚至亞納米水平的單分子探測，但是它無法進行可控的單分子力學測量。對生物大分子而言，我們既要測量分子間相互作用的后果，又要探測引起這些后果的原因，這就指引我們將力學操縱技術引入到單分子熒光技術中，應用單分子力學操縱技術來降低測量系統的布朗漲落，同時利用單分子熒光技術測量得到穩定性更高的熒光信號，從而實現單分子力學操縱和單分子熒光探測的有機結合。

具體的，在經典的單分子磁鑷操縱技術中，磁鐵和觀察物鏡分別位于平板樣品的兩側，并且磁鐵-樣品和物鏡-樣品之間的工作距離很小，這樣的空間布局下無法再引入其它器件進行整合，限制了普通磁鑷與其它單分子技術的集成應用。

發明內容

本發明針對現有技術無法實現單分子力學操縱和單分子熒光探測的有機結合的問題，提出一種成像磁鑷裝置及其與單分子熒光技術集成的系統和方法，能夠實現磁鑷與單分子熒光技術的集成以及亞納米精度的單分子力學操縱和測量。

為了解決上述問題，本發明提供一種成像磁鑷裝置，包括磁場梯度和磁場強度可調的磁性物鏡、照明光源和電耦合器件（CCD），所述磁性物鏡與照明光源和CCD組合，以實現對超順磁微球成像的同時進行單分子力學操縱。

優選地，上述裝置具有以下特點：

所述磁性物鏡包括物鏡和集成在物鏡頭部的磁場梯度和強度可調的環形磁鐵，所述環形磁鐵為磁鑷。

優選地，上述裝置具有以下特點：

所述集成在物鏡頭部的環形磁鐵包括兩塊環形磁鐵，分別為前端磁鐵和后端磁鐵，所述前端磁鐵作為所述物鏡的出瞳；所述后端磁鐵套在物鏡外圍，其磁場與前端磁鐵疊加，通過所述后端磁鐵前后滑動，可調節物鏡前焦面的磁場強度和磁場梯度。

優選地，上述裝置具有以下特點：

所述裝置還可包括顯微鏡，所述磁性物鏡安裝在所述顯微鏡上，所述顯微鏡分別與所述照明光源和電耦合器件相連。

為了解決上述問題，本發明提供一種成像磁鑷裝置與單分子熒光技術集成的系統，包括如上所述的成像磁鑷裝置、與所述CCD相連的中央處理系統、單分子熒光成像裝置和樣品，所述成像磁鑷裝置與單分子熒光成像裝置相對放置，位于樣品的兩側。

為了解決上述問題，本發明提供一種磁性物鏡，包括物鏡和集成在物鏡頭部的磁場梯度和強度可調的環形磁鐵，所述集成在物鏡頭部的環形磁鐵為磁鑷，包括兩塊環形磁鐵，分別為前端磁鐵和后端磁鐵，所述前端磁鐵作為所述物鏡的出瞳；所述后端磁鐵套在物鏡外圍，其磁場與前端磁鐵疊加，通過所述后端磁鐵前后滑動，可調節物鏡前焦面的磁場強度和磁場梯度。

為了解決上述問題，本發明提供一種采用如上所述的成像磁鑷裝置與單分子熒光技術集成的方法，包括：

通過在樣品池中進行“超順磁微球-連接手柄-熒光微球-待測生物大分子-玻璃表面”的單分子連接，并將成像磁鑷裝置與單分子熒光成像裝置相對放置，位于樣品的兩側，對準后聯合使用，以實現磁鑷與單分子熒光技術的集成以及亞納米精度的單分子力學操縱和測量。

優選地，上述方法具有以下特點：

所述的“超順磁微球-連接手柄-熒光微球-待測生物大分子-玻璃表面”的單分子連接是指：連接手柄的一端與超順磁微球連接，另一端與熒光微球連接，熒光微球與待測生物大分子的一端連接，待測生物大分子的另一端與玻璃表面連接。

優選地，上述方法具有以下特點：

所述將成像磁鑷裝置與單分子熒光成像裝置聯合使用包括：所述成像磁鑷裝置的磁性物鏡對樣品進行單分子力學操縱；所述單分子熒光成像裝置對生物分子進行熒光信號的觀測。

優選地，上述方法具有以下特點：

所述連接手柄為DNA或多肽等能夠做生化連接的生物分子。

本發明的有益效果是：

1、可以對生物單分子進行研究，包括蛋白質與核酸相互作用、生物大分子的折疊與組裝、生物分子馬達的動力學等；

2、把成像磁鑷裝置和單分子熒光技術集成，能夠測量生物大分子在可控外力操縱下的亞納米精度的形態變化，或者因為其他生物分子的結合/組裝引起的形態變化，或者分子馬達沿其軌道的運動以及它們引起的底物的構型變化；