评述与进展

    荧光相关光谱及其在单分子检测中的应用进展

    张普敦 任吉存

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    (上海交通大学化学化工学院,环境科学与工程学院,上海200240)

    摘 要 单分子检测在生命科学、化学、物理学等领域具有重要的意义。荧光相关光谱是单分子检测的新技

    术,在生命科学领域有巨大的应用潜力。综述了荧光相关光谱单分子检测的原理、实验技术以及在生物分子

    相互作用、活细胞、核酸、疾病诊断、高通量筛选以及与毛细管电泳联用等领域的研究,并展望了其发展前景。

    关键词 单分子检测,荧光相关光谱,评述

    2004202212收稿; 2004208231接受

    本文系国家自然科学基金(No. 20271033, 20335020) ,上海市自然科学基金(No. 02ZA14057) ,中国博士后科学基金(No. 200303264)资

    助项目

    1 引 言

    生命科学的发展对分析检测技术的灵敏度要求越来越高,人们希望在单分子水平上了解物质之间

    的相互作用以及生命的过程。激光诱导荧光(L IF)是目前最灵敏的检测方法, 可用于单分子的研究。

    影响激光诱导荧光检测灵敏度的主要因素来自瑞利和拉曼散射。荧光相关光谱( FCS)利用激光共焦技

    术减少样品照射体积,抑制散射光影响从而实现单分子检测的新方法。该方法是通过测定溶液中微区

    内(通常< 10- 15L)发光粒子由于布朗运动或化学反应而产生的荧光涨落现象(荧光强度的明暗变化) ,并对荧光强度随时间变化函数作分析,从而获得粒子的浓度、化学动力学参数等相关信息。虽然荧光相

    关光谱概念在上世纪70年代提出[ 1～3 ] ,但直到90年代随着计算机技术、激光共焦技术以及光学检测技

    术的发展才使其得到实质性进展,实现了单分子检测。荧光相关光谱单分子检测技术在生物学和化学

    领域有广泛的用途。除了进行扩散常数、化学动力学参数等研究外, FCS技术现已应用于生物分子相互

    作用研究、活细胞分析、核酸分析、肿瘤早期诊断以及高通量药物筛选等。本文对近年来荧光相关光谱

    单分子检测技术的研究进展,特别是在生命科学领域的研究进展进行评述并展望了其发展前景。

    2 工作原理[ 2, 4～7 ]

    某一物质的荧光强度与其浓度成正比。同样,在开放微区内平衡时记录的荧光信号强度也与其中

    的荧光分子数成正比。由于荧光分子的扩散(或由于化学反应)导致进入或离开微区的分子数目总是 ......