一种基于光学原子磁力仪的原位力谱方法技术

本发明专利技术公开了一种基于光学原子磁力仪的原位力谱方法。该原位力谱方法包括如下步骤：将磁探针标记的分子对固定于微流控芯片的微流体通道内，并连接于微流控芯片的基底上，磁探针经磁铁磁化；将经上述处理的微流控芯片安装于样品台上，启动线性扫描装置进行扫描，即得到磁探针标记的所述分子对的磁场强度；启动所述光学原子磁力仪，控制微流控芯片内流体流速和光学原子磁力仪的磁力仪检测系统，得到不同流体流速时的磁场强度变化量，根据流体力学即得到力与磁场强度变化量之间的变化曲线，进而实现分子对的分子间非共价相互作用力的检测。本发明专利技术完全避免了样品在施力过程和测量过程的反复转移，减少了相应的实验误差，提高了力谱测量的工作效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于光学原子磁力仪的原位力谱方法，属于生物力谱

技术介绍
蛋白质、DNA等生物大分子之间的相互作用在生物体中处处存在，这种相互作用对维持所有细胞的生存和正常活动必不可少。研究蛋白质-DNA相互作用的分子机制，对人们了解DNA转录调控和基因表达机制、揭示各种生命活动现象具有极其重要的指导作用。伴随纳米科技的进步，人们已经发展了多种单分子力谱方法来直接检测生物大分子之间的相互作用，其中的超低场力谱技术是在超低场磁成像基础上发展起来的全新形态，利用磁标记法来探测分子间相互作用力。作为分子探针的磁性粒子会产生一个强磁场信号，进而粒子的磁场强度被高灵敏度的磁力仪所探测。在有足够强的外界微扰力借助磁性粒子作用于非共价键合分子对时，物理吸附或者结合力较弱的分子首先发生解离，并随之进行布朗运动，扰乱了粒子的磁偶极。最终导致这些解离分子将不会产生信号，仅有与目标分子特异性结合的较强分子对才能被探测。相比于目前已经发展成熟的多种力谱方法，超低场力谱技术能够将大量的单分子事件同时测量，克服了单一事件的随机性；同时计算作用力所需的参数都能精确得到，而无须额外的校准；采用分子间特异的相互作用力来探测识别多种不同的生物分子和细胞，因此也不需要繁琐的物理分离，广泛应用于分子间(抗体-抗原、受体-配体、DNA、蛋白质)的相互作用力测量。然而，目前超低场生物力谱技术采用离心力方法来施加外界微扰力，很难实现施力过程和测量过程的一体化，样品需要在离心机和原子磁力仪两个独立装置间反复转移，才能获得力-磁场强度曲线。这就使得整个力谱检测过程费时费力，效率不高，并且还会增加测量的误差。鉴于此，建立一种原位超低场力谱方法，实现与磁力仪的一体化，将提高超低场力谱的测量效率和精准性，具有更大的应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于光学原子磁力仪的原位力谱方法，本专利技术原子力谱方法解决了现有技术的超低场力谱方法不能与磁力仪一体化而费时费力、测量效率低，且样品反复转移容易增加实验误差的问题，为一种新型的超低场原位力谱技术。本专利技术首先提供一种适用于原位力谱检测的系统，它包括光学原子磁力仪、线性扫描装置和微流控芯片；所述线性扫描装置安装于所述光学原子磁力仪的样品通道中；所述线性扫描装置的样品台固定于其扫描通道的进出口轴线上；所述微流控芯片设于所述样品台上，并随所述样品台沿所述扫描通道移动；所述微流控芯片的微流体通道用于固定待测分子，所述微流体通道内的流体循环流动以对待测分子施加流体曳力。所述的系统中，所述线性扫描装置还包括线性马达和原子气池传感器，所述线性马达驱动所述样品台沿所述扫描通道运动，所述原子气池传感器设于所述样品通道的一侧，当所述磁探针最接近所述原子气池传感器的时候，所述原子气池传感器测量的磁信号达到最强点，在样品的磁场曲线(扫描距离—磁场强度)上，谱峰的高度对应于样品的磁场强度。所述的系统中，所述通过在所述微流体通道的两端连接一回路实现对所述微流体通道内流体的循环流动，在所述回路上设置阀门，通过控制阀门的开度大小实现对流体流速的控制。所述的系统中，所述微流控芯片包括PDMS薄片和贴附于其上表面和下表面的所述基底，所述PDMS薄片内设有所述微流体通道；所述基底上修饰有能与所述分子对连接的官能团；所述微流控芯片采用无磁材料，所述基底采用玻璃或者石英片。所述的系统中，所述官能团可为-OH、-NH2、-SH或-COOH。所述的系统中，利用Labview软件控制所述微流控芯片内流体流速(控制回路上的阀门)和所述光学原子磁力仪的磁力仪检测系统，，可实现微扰力的原位施加和磁信号的原位检测，有利于提高力谱测量的精准性和工作效率。本专利技术进一步提供利用所述系统进行原位力谱检测的方法，包括如下步骤：(1)将磁探针标记的分子对固定于所述微流控芯片的微流体通道内，并连接于所述微流控芯片的基底上，所述磁探针经磁铁磁化；(2)将经步骤(1)处理的所述微流控芯片安装于所述样品台上，启动所述线性扫描装置进行扫描，即得到所述磁探针标记的所述分子对的磁场强度；(3)启动所述光学原子磁力仪，控制所述微流控芯片内流体流速和所述光学原子磁力仪的磁力仪检测系统，得到不同流体流速时的磁场强度变化量，根据流体力学即得到力与磁场强度变化量之间的变化曲线，进而实现所述分子对的分子间非共价相互作用力的检测。上述的方法中，所述线性扫描装置的扫描速度为0.1～10mm/s，扫描长度为0～300mm。上述的方法中，所述磁探针的尺寸(即半径)为10nm～10μm；所述分子对可为蛋白质、双链DNA、抗体-抗原或受体-配体；可采用stop-flow微流控控制的方法固定所述分子对。上述的方法中，步骤(2)中，扫描过程中，当所述磁探针与所述线性扫描装置的原子气池传感器之间的距离最短时，此时测量得到的磁信号即为所述磁探针标记的所述分子对的磁场强度。上述的方法中，步骤(3)中，所述微流控芯片内的流体流速为0～1000rpm。上述的方法中，步骤(3)中，根据式(1)所示微流体曳力公式得到不同流体流速下所对应的外力：F＝-6πηrv(1)式(1)中，η表示流体的粘滞系数，r表示所述磁探针的半径，v表示流体的运动速度；根据不同流速下测量得到的磁场强度变化量，得到流速-磁场强度变化量之间的变化曲线，当磁场强度变化量最大时所对应的力即为分子对发生解离所需作用力，根据流速和公式(1)即可获得该作用力的大小。与现有技术相比，本专利技术具有的优点和积极效果是：本专利技术的目的是测得分子对间的非共价相互作用力的大小，是通过力与磁场强度变化量之间的关系得到，当磁场强度变化量最大时对应的力即为分子对间的相互作用力；磁场强度变化量为光学原子磁力仪的测定值与分子对的磁场强度的差值，分子对的磁场强度由线性扫描装置测定得到。待研究的分子对直接固定于微流控芯片上，并内置于超低场磁力仪的检测区。通过Labview软件控制可以同时实现微流控芯片内微扰力的施加和磁力仪内样品信号的检测，提供一种新型的超低场原位力谱。这样完全避免了样品在施力过程和测量过程的反复转移，减少了相应的实验误差，提高了力谱测量的工作效率。原位力谱技术可以直接反映微流控芯片内生物大分子间相互作用的动态过程。附图说明图1为本专利技术适用于原位力谱检测的系统的结构示意图。图2为本专利技术安装线性扫描装置的超低场原子磁力仪的灵敏度。图3为微流控芯片内作为分子探针的磁性颗粒物的磁场曲线。图4为利用本专利技术原位力谱方法测量得到的双链DNA(15bp)的力-磁场强度曲线。图5为利用本专利技术原位力谱方法测量得到的双链DNA(16bp)的力-磁场强度曲线。具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。如图1所示，本专利技术适用于原位力谱检测的系统的示意图，其组装和使用过程如下：步骤一、首先，在光学原子磁力仪的样品通道中安装线性扫描装置，样品台可以稳定固定在扫描通道的进出口轴线上。样品台采用无磁材料，包括塑料、玻璃、硅片等，扫描速度0.1～10mm/s，扫描长度0～300mm。其中，线性扫描装置还包括线性马达和原子气池传感器(图中(B(b)所示))，该线性马达驱动样品台沿扫描通道运动，原子气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于原位力谱检测的系统，它包括光学原子磁力仪、线性扫描装置和微流控芯片；所述线性扫描装置安装于所述光学原子磁力仪的样品通道中；所述线性扫描装置的样品台固定于其扫描通道的进出口轴线上；所述微流控芯片设于所述样品台上，并随所述样品台沿所述扫描通道移动；所述微流控芯片的微流体通道用于固定待测分子，所述微流体通道内的流体循环流动以对待测分子施加流体曳力。

【技术特征摘要】
1.一种适用于原位力谱检测的系统，它包括光学原子磁力仪、线性扫描装置和微流控芯片；所述线性扫描装置安装于所述光学原子磁力仪的样品通道中；所述线性扫描装置的样品台固定于其扫描通道的进出口轴线上；所述微流控芯片设于所述样品台上，并随所述样品台沿所述扫描通道移动；所述微流控芯片的微流体通道用于固定待测分子，所述微流体通道内的流体循环流动以对待测分子施加流体曳力。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述微流控芯片包括PDMS薄片和贴附于其上表面和下表面的所述基底，所述PDMS薄片内设有所述微流体通道；所述基底上修饰有能与所述分子对连接的官能团。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述官能团为-OH、-NH2、-SH或-COOH。4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于：利用Labview软件控制所述微流控芯片内流体流速和所述光学原子磁力仪的磁力仪检测系统。5.利用权利要求1-4中任一项所述系统进行原位力谱检测的方法，包括如下步骤：(1)将磁探针标记的分子对固定于所述微流控芯片的微流体通道内，并连接于所述微流控芯片的基底上，所述磁探针经磁铁磁化；(2)将经步骤(1)处理的所述微流控芯片安装于所述样品台上，启动所述线性扫描装置进行扫...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚立，于婵婵，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11