研究报告

    荧光相关光谱单分子检测系统的研究

    张普敦1, 2 任吉存

    3 2

    (上海交通大学化学化工学院1 ,环境科学与工程学院2 , 上海200240)

    摘 要 基于激光共焦构型,构建了一套高灵敏度和高稳定性的荧光相关光谱单分子检测系统。采用高数值

    孔径物镜使激光束高度聚焦,并用同一物镜收集样品的荧光,单光子计数器用于实时记录荧光信号。优化系

    统保持物镜焦点、针孔以及单光子计数器光敏区高度同轴。采用60 ×1. 2 (NA)的水浸物镜及直径为160μm

    的针孔得到的检测系统结构参数为ω0 和z0 分别为0. 42μm和1. 33μm,照射微区的体积为1. 3 fL。单个

    Rhodamine Green分子可获得13倍的信噪比。用该系统获得了小分子和生物大分子(DNA片段和蛋白质)的

    高质量荧光相关图谱,成功实现了单个分子的检测。

    关键词 荧光相关光谱,单分子检测,分子扩散

    2004208222收稿; 2004201217接受

    本文系国家自然科学基金(No. 20271033 ) 、国家自然科学基金重点项目(No. 20335020, 90408014 ) 、上海市自然科学基金(No.

    02ZA4057)以及中国博士后科学基金资助项目

    1 引 言

    单分子检测( single molecule detection, SMD)达到分子探测的极限,是人们长期以来追求的目标。

    与传统的分析方法相比,单分子检测法研究体系处于非平衡状态下的个体行为,或平衡状态下的波动行

    为,因此特别适合研究化学及生化反应动力学、生物分子的相互作用、结构与功能信息、重大疾病早期诊

    断、病理研究以及高通量药物筛选等。激光诱导荧光检测技术由于具有无可比拟的灵敏度而成为单分

    子检测的首选手段。荧光相关光谱( fluorescence correlation spectroscopy, FCS)是一种新兴的单分子检测

    技术,通过测定溶液中微区内( ≤10- 15L)发光粒子因布朗运动或化学反应而产生的荧光涨落现象,分析

    荧光涨落的相关函数而获得单个粒子(如分子)的浓度、化学动力学参数等信息。其概念于上世纪

    70年代提出[ 1 ] ,但直到90年代中期才得到快速发展[ 2 ] 。目前荧光相关光谱单分子检测技术正深入到

    多个领域,特别是一些重大疾病[ 3, 4 ]和活细胞内生物分子[ 5, 6 ]的研究中 ......