【摘 要】
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生物分子和细胞器的结构和形态通常会因机械拉伸或刺激而发生变化,这些变化和反应会进一步触发机械化学耦合或信号转导。捕捉这些细微变化和反应对于揭示生物反应机制具有重要意义。近年来,单分子技术已经成为研究单个生物分子力学性质和分子间相互作用机制的有力工具之一。单分子成像技术能够通过操纵单个分子来观察其结构和形态的变化,然而现阶段的技术大多需要一些复杂的样品前处理方法或处理设备。本论文开发了一种操作简单且
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生物分子和细胞器的结构和形态通常会因机械拉伸或刺激而发生变化,这些变化和反应会进一步触发机械化学耦合或信号转导。捕捉这些细微变化和反应对于揭示生物反应机制具有重要意义。近年来,单分子技术已经成为研究单个生物分子力学性质和分子间相互作用机制的有力工具之一。单分子成像技术能够通过操纵单个分子来观察其结构和形态的变化,然而现阶段的技术大多需要一些复杂的样品前处理方法或处理设备。本论文开发了一种操作简单且无需荧光标记的方法,用于观察拉伸后的单分子精细结构。论文主要分两个部分,第一部分是对DNA分子拉伸和成像的实验:首先构建底板-DNA分子-磁珠的拉伸体系,在磁场中通过磁珠拉伸DNA;经过样品前处理,再用扫描电子显微镜（SEM）观察样品。使用磁镊设备优化单分子连接条件,使用三种不同粒径的磁珠研究磁珠粒径和拉伸DNA可见长度的相关性。第二部分是对细胞上的丝状伪足拉伸和成像的实验:首先在磁珠表面孵育GRGDNP多肽,让磁珠与Jurkat细胞孵育结合形成玫瑰花结;在玻璃底板孵育相同的多肽使细胞粘附在基底上,通过细胞与磁珠上多肽的结合,移动永磁铁操控磁珠从细胞上膜基部拉出微米级别的丝状伪足,并在SEM下观察。使用微管吮吸技术确认多肽GRGDNP与Jurkat细胞之间的有效结合作用,并初步研究不同实验条件（磁力、多肽浓度、磁珠-细胞数量比）下伪足的生长情况。根据SEM的拍摄结果显示,拉伸后的DNA分子沿磁场方向排列成近似直线状,拉伸后的DNA长度与磁珠粒径大小相关,磁珠粒径越大,DNA可见长度也越长,建立磁珠粒径与DNA可见长度的关系式。细胞实验中,使用微管吮吸技术得到一定时间内GRGDNP多肽与Jurkat细胞上的粘附率,相比对照组得出多肽与Jurkat细胞之间的有效结合,该结合可用于构建底板-细胞-磁珠的拉伸体系。随着拉伸时间延长丝状伪足逐渐被拉长成直线状细丝,最长甚至可达41.3μm,并且在一定条件下随着GRGDNP多肽浓度、磁力、磁珠-细胞数量比的增大,丝状伪足的长度也初步显示出随之增长的趋势。该方法无需构建复杂的功能化表面,可用可控的磁力拉伸或扭转单分子后,以纳米级别的分辨率显示长达数百微米的分子结构。同时,该方法可帮助研究生物分子的结构与功能关系,对于在无法使用衍射的情况下的相关机械生物学和细胞生物学的研究给予一些启示。
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