生態(tài)環(huán)境中心在毛細(xì)管電泳-單分子成像分析方面取得進(jìn)展

*生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室汪海林課題組在高靈敏分析的基礎(chǔ)研究方面取得重要進(jìn)展。他們利用*的單分子成像技術(shù)研究并揭示了*的等速電泳聚焦和分離的機(jī)理，其有關(guān)“DNA單分子不連續(xù)運(yùn)動(dòng)成像揭示場(chǎng)強(qiáng)變化的等速電泳動(dòng)力學(xué)”的研究發(fā)表在化學(xué)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4644 - 4647)上。

帶電組分在均一和非均一電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是電泳應(yīng)用于化學(xué)、物理學(xué)、生命科學(xué)以及新興的納米科技領(lǐng)域的基礎(chǔ)。目前，人們對(duì)帶電組分在均一電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)已經(jīng)有了充分的認(rèn)識(shí)，而對(duì)其在非均一電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的了解卻有限。事實(shí)上，通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)非均一電場(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)其它技術(shù)難以分離的超大DNA分子(80 kb) 的分離和多種分析物的高倍濃縮(可達(dá)百萬(wàn)倍)。因而，認(rèn)識(shí)非均一電場(chǎng)中帶電組分的運(yùn)動(dòng)機(jī)制對(duì)發(fā)展高靈敏的生物分子分析技術(shù)和方法具有特殊意義。盡管非均一電場(chǎng)的使用已有百年歷史，但對(duì)于其形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)由于存在技術(shù)瓶頸而躑躅不前。

為了解決這一學(xué)科難題，汪海林課題組通過(guò)改造全內(nèi)反射熒光顯微成像儀器，首先實(shí)現(xiàn)了毛細(xì)管電泳-單分子熒光成像分析。在此基礎(chǔ)上，以毛細(xì)管等速電泳(cITP)作為非均一電場(chǎng)模型，對(duì)流經(jīng)毛細(xì)管檢測(cè)窗口處單個(gè)DNA分子實(shí)時(shí)成像。由于每一幅像記錄了單個(gè)DNA分子在50 毫秒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，因此可以計(jì)算出每一時(shí)間點(diǎn)DNA單分子的運(yùn)動(dòng)速度。而DNA運(yùn)動(dòng)速度的大小直接與電場(chǎng)強(qiáng)度相關(guān)，從而可獲得毛細(xì)管中電場(chǎng)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)分布信息。通過(guò)研究電場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)時(shí)變化，揭示了電滲流存在下等速電泳的動(dòng)力學(xué)，并提出了三區(qū)帶模型，突破了傳統(tǒng)二區(qū)帶模型的局限。利用這一研究成果，他們發(fā)展一種新穎的DNA單分子聚焦方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)極低濃度下隨機(jī)分布的、難以檢測(cè)的單分子成像，可檢測(cè)出4´10-17mol/L DNA分子。

在這項(xiàng)研究工作中，汪海林課題組創(chuàng)造性地利用單分子成像技術(shù)測(cè)定電場(chǎng)強(qiáng)度的分布，提供了一種全新的非均一電場(chǎng)研究方法，這對(duì)發(fā)展基于電泳分離的高靈敏生物分析技術(shù)和方法具有重要意義。

該工作得到了國(guó)家杰出青年基金、國(guó)家973計(jì)劃、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等的支持。