生物分子的拴系態(tài)是單分子物理、單分子測(cè)序等研究的重點(diǎn)。拴系態(tài)分子作為一種中間態(tài)，一端具有游離態(tài)自由擴(kuò)散的部分屬性，另一端則受到分子錨點(diǎn)的嚴(yán)格限制，近似于固定態(tài)。然而，它的分子擴(kuò)散、介電泳及分子伸展過(guò)程涉及的電動(dòng)力學(xué)尚不清楚。探討拴系態(tài)對(duì)于揭示該類分子在溶液中的運(yùn)動(dòng)模型與分子屬性具有科學(xué)意義。

近日，中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院與武漢大學(xué)、長(zhǎng)春理工大學(xué)、芬蘭奧盧大學(xué)等合作，在ACS Nano上發(fā)表了題為Directly Characterizing the Capture Radius of Tethered Double-stranded DNA by Single-Molecule Nanopipette Manipulation的研究論文。這一成果被遴選為當(dāng)期封面。

該研究開(kāi)發(fā)了基于納米毛細(xì)管的單分子操控、識(shí)別及長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)（SMILE）?？蒲腥藛T利用SMILE對(duì)拴系態(tài)雙鏈DNA分子進(jìn)行捕獲與拉伸操控。該研究發(fā)現(xiàn)了圍繞拴系DNA錨點(diǎn)存在的特征捕獲半徑和拉伸半徑。研究發(fā)現(xiàn)，在不同的捕獲電壓下觀察到針對(duì)不同長(zhǎng)度DNA的特征捕獲半徑的比例是一致的，且這個(gè)比例與它們的回旋半徑比例接近。而對(duì)于拉伸半徑，它的比例與輪廓長(zhǎng)度的比例一致，且拉伸比例隨著電壓的增加從70%增加到90%。進(jìn)而，研究通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算確定了特征捕獲和拉伸半徑的起源，即它們分別受到由熵彈性主導(dǎo)的捕獲勢(shì)壘和電場(chǎng)主導(dǎo)的逃逸勢(shì)壘的影響。

該研究揭示了拴系態(tài)分子被納米孔捕獲的特征長(zhǎng)度分布模式。研究表明，拴系態(tài)分子的回旋半徑近似于捕獲半徑的低電壓極限狀態(tài)，為揭示拴系分子的內(nèi)在物理特性奠定了實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。同時(shí)，該成果為生物物理學(xué)、基因測(cè)序以及包括RNA、蛋白質(zhì)等帶電分子的分子診斷等領(lǐng)域引入了新的測(cè)量方法和研究視角。

研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金及重慶市自然科學(xué)基金的支持。

論文鏈接

SMILE單分子操控系統(tǒng)