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零模波导中Alexa染料间的长程单分子F?rster共振能量转移
摘要： 在金属薄膜中加工的零模波导（ZMW）纳米孔被提出用于提高福斯特共振能量转移（FRET）效率，实现突破10纳米限制的单分子FRET检测，从而克服均匀介质中衍射极限检测的制约。然而早期ZMW实验仅限于Atto 550-Atto 647N荧光染料对，这引发了对FRET增强现象是否与该特定荧光染料组合相关的质疑。本研究采用Alexa Fluor 546和Alexa Fluor 647，在ZMW内超过10纳米的大供体-受体间距条件下研究单分子FRET。这些Alexa荧光染料在化学结构、表面电荷和疏水性方面与其Atto对应物存在显著差异。我们对Alexa 546-Alexa 647的单分子数据表明，在超过10纳米的大间距下FRET效率仍能增强，扩展了FRET适用的空间范围并验证了先前结论。通过证明ZMW内的FRET增强效应不依赖于特定荧光染料组合，本报告为确立ZMW在扩展FRET灵敏度和检测范围中的重要性提供了关键依据，同时保持了其对常规荧光染料对的适用能力。
关键词： 单分子、纳米光子学、荧光共振能量转移（FRET）、Alexa Fluor染料、零模波导
更新于2025-09-23 15:19:57
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零模波导纳米结构的表面钝化：协议基准测试与荧光标记
摘要： 零模波导（ZMW）纳米孔能将光高效约束至纳米尺度，突破单分子荧光分析中的衍射极限。然而荧光分子在ZMW表面的非特异性吸附会严重干扰实验，因此需要对ZMW进行适当的表面钝化处理。但目前既缺乏对吸附现象本质的认知，也缺少不同钝化方案优化的参考依据。本研究通过监测荧光染料（Alexa Fluor 546和647、Atto 550和647N）对双链DNA分子非特异性吸附的影响发现：DNA双链与ZMW表面的非特异性吸附直接受所用有机荧光染料介导——Atto 550和Atto 647N表现出显著的ZMW表面黏附倾向，而Alexa Fluor 546和647则完全不存在该效应。尽管荧光标记分子尺寸微小，但染料的表面电荷与疏水性在增强DNA与ZMW表面亲和力方面起关键作用。随后通过荧光相关光谱法定量评估了不同表面钝化方法（牛血清白蛋白BSA、聚乙二醇PEG、聚乙烯基膦酸PVPA）的效果，确定出预防Atto 647N标记DNA吸附的最优方案：采用PVPA及1000道尔顿分子量的PEG-硅烷钝化处理能显著抑制ZMW内的非特异性吸附。优化荧光染料选择与表面钝化方案对拓展ZMW在单分子荧光应用中的使用具有重要意义。
关键词： 荧光染料、零模波导、单分子荧光、DNA黏附、表面钝化
更新于2025-09-19 17:13:59
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零模波导中的单分子操控
摘要： 通过同步测量力响应与荧光信号，可揭示受体-配体相互作用的机械生物学特性及力诱导的酶促周转过程。在生理相关的高标记底物浓度条件下开展研究，需采用全内反射荧光显微镜或零模波导（ZMWs）技术，但这些方法难以与原子力显微镜（AFM）联用。本研究建立了全自动工作流程，通过非侵入式悬臂梁尖端定位实现ZMWs内单分子的自主操控。我们引入了一个蛋白质模型系统——由生物素标记配体封闭的链霉亲和素受体-配体对。AFM悬臂梁将配体从链霉亲和素上拉离后，受体空位可被自由扩散的荧光标记生物素重新占据，该再结合过程可通过单分子荧光同步检测来研究其速率。这项工作展示了这两种强大单分子技术无缝融合的潜力。
关键词： 力激活、零模波导、单分子荧光、机械感应
更新于2025-09-16 10:30:52
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零模波导中单蛋白自发荧光的深紫外等离激元增强效应
摘要： 单分子检测能提供关于分子结构和功能的详细信息，但通常需要荧光标记物，这可能干扰目标分子的活性或使样品制备复杂化。利用蛋白质自身的紫外自发荧光进行单分子检测是一种避免所有荧光标记相关问题的有效方法。然而，单个蛋白质的紫外自发荧光信号通常极其微弱。本研究采用铝等离子体激元技术增强紫外波段内单个蛋白质的色氨酸自发荧光发射。零模波导纳米孔道技术使我们能够观测到亮度提升、微秒级通过时间且可在微摩尔浓度下运行的无标记β-半乳糖苷酶单蛋白紫外荧光。我们通过不同直径的零模波导，实现了对无标记蛋白质局部浓度、扩散系数和流体力学半径的定量测量。虽然等离子体荧光增强技术在可见光及近红外波段已引发广泛关注，但本研究将等离子体增强的单分子检测极限拓展至紫外波段，标志着我们在生理浓度下原位研究单蛋白质能力的重要突破。
关键词： 等离子体激元学、紫外线（UV）、单分子荧光、纳米光子学、零模波导、色氨酸自发荧光
更新于2025-09-11 14:15:04