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。