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摘要:原子力显微术(Atomic force microscopy,AFM)的力学成像模式可在高分辨成像的同时,定量测量材料的力学性质.然而,对尺度小、质地薄而软的生物分子的弹性模量的测量仍然是一个挑战.本文以脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid,DNA)折纸为检测样品,将峰值力定量纳米力学模式(Peak Force Quantitative Nanomechanical Mapping,PF-QNM)作为测量手段研究了DNA分子的力学性质,探索不同作用力对DNA折纸弹性模量的影响.结果表明,当峰值力控制在80?100 pN时,峰值力成像稳定,获得的杨氏模量维持在约10MPa.与传统力曲线阵列模式(Force volume mapping,FV)相比较,在小力区(<100 pN),两种方法符合性较好.这种峰值力定量纳米力学模式为DNA分子定量力学性质研究提供了一种简便而有效的研究方法....
[硕士论文] 虞国凯
固体电子物理 宁波大学 2017(学位年度)
摘要:生物分子力学性质的研究已经引起了人们广泛的关注,在过去的几十年中,一直是生物物理学领域的热点问题之一。现如今,随着先进纳米测量手段(光镍技术、磁镍技术、原子力显微镜(AFM))的快速发展,定量测量生物分子的力学性质已经成为可能,展示出了生物分子力学性质与其状态的紧密相关性,为生物分子结构和功能研究提供了新手段。AFM是在纳米尺度上定量测量生物分子力学性能的先进技术之一,其可以实现液相中成像和测量的特性,为生物分子研究提供了有利的条件。
  本论文的主要研究内容有以下两点:
  第一,以DNA折纸为模型,利用原子力显微镜的force volume技术(FV)和peak force技术(PF-QNM)测量DNA分子的纳米力学性能(主要为弹性杨氏模量),研究其弹性性质。结果表明,当峰值力控制在80?100 pN时,峰值力成像稳定,获得的杨氏模量维持在约10 MPa。与Force volume mapping相比较,在小力区(<100 pN),两种方法符合性较好。峰值力定量纳米力学模式为DNA分子定量力学性质研究提供了一种简便而有效的研究方法。
  第二,利用DNA折纸可定位的特点,将其作为测量平台,将需要测量的生物分子通过分子识别手段结合在折纸表面,再利用原子力显微镜的纳米定量测量技术,精确测量生物分子的力学信息。这种利用DNA折纸作为测试平台的方法,克有效减少了固体基底对样品真实力学信息的影响。实验中,我们将SA和IgG两种目标蛋白质分子通过特异性结合固定在DNA折纸上面,获得了这两种蛋白分子不同的形貌特征和杨氏模量值。实验结果表明,SA蛋白比IgG和DNA折纸硬,杨氏模量值相比较为SA蛋白>DNA orgami>IgG蛋白。此外发现,云母、DNA折纸、IgG和SA间的黏着力差别不大。此实验结果说明,不同种蛋白质分子,具有不同的力学性质。这种性质有可能反映了蛋白分子的不同结构以及生物功能。
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