本文报道了一种基于纳米技术的酶功能化云母表面研究方法。作者利用原子力显微镜（AFM）测定固定化在云母芯片表面的含血红素细胞色素P450 CYP102A1（CYP102A1）单分子的催化活性。在液相近天然条件下，采用曲率半径10–20 nm的AFM悬臂探针测量单个酶分子的高度波动。研究发现，在催化过程中，单个酶分子高度波动的平均幅度比...
本研究对用于生物传感器的加工石墨烯芯片质量进行了评估，采用原子力显微镜（AFM）、拉曼光谱和低频噪声测量等方法，对由热分解法在 4H-SiC 衬底上生长并经光刻图形化的石墨烯芯片进行表征。结果表明，光刻过程中光刻胶与石墨烯相互作用会在石墨烯表面形成局部光刻胶残留（LRR），导致同一膜上不同芯片的电阻分散达 1–10 kΩ，AFM 均...
癌细胞分泌的细胞外囊泡（Extracellular Vesicles, EVs）表面覆盖透明质酸（Hyaluronan, HA），其片段长度与肿瘤恶性进展相关。本文利用单分子力谱（Single-Molecule Force Spectroscopy, SMFS）解析单个癌细胞来源 EV 表面 HA 的轮廓长度，揭示存在低分子量 HA...
本研究测试并优化了用于捕获尿外泌体（uEVs）的硅表面功能化流程，考察硅烷类型（APTES 或 GOPS）和蛋白浓度对 uEVs 结合效率的影响。以人乳粘蛋白（LACT）作为识别元件捕获 uEVs。采用椭偏仪、原子力显微镜和飞行时间二次离子质谱对每一步功能化后的生物传感器表面进行表征。uEVs 经低真空过滤法纯化并超速离心浓缩，利用...
智能纳米器件的自下而上设计在很大程度上取决于能否用预测方法准确功能化设计每个固有纳米组分。本文报道了一种理性设计的自组装纳米芯片，可通过预选结合位点捕获目标蛋白。传感元件为计算进化肽，靶向 β2-微球蛋白（β2m）表面任意选择的结合位点；β2m 是缺乏明确口袋的球形蛋白。纳米图案表面通过基于原子力显微镜（AFM）的针尖力驱动纳米光刻...
理解探针功能化磁性纳米颗粒（MNPs）与 DNA 靶标或其扩增产物之间的结合机制，是优化用于 DNA 检测的磁性生物传感器的关键。本研究考察 DNA 功能化 MNPs 与滚环扩增产物（DNA-coils）杂交形成 DNA-MNP 杂交结构的分子相互作用。作者采用液相原子力显微镜（AFM）对杂交结构进行形貌表征，并利用磁性生物传感器测...
本研究测定了一种新型光纤布拉格光栅（FBG）光电微压头用于关节软骨生物力学测试的灵敏度与检测限，并将其结果与压痕型原子力显微镜（IT-AFM）及组织学染色进行比较。以牛关节软骨为样品，体外用不同浓度胶原酶（5、50、100和500 µg/mL）消化5分钟，模拟早期骨关节炎（OA）中细胞外基质的轻度退化。偏振光下Picrosirius...
增强分子相互作用对于提高蛋白质在 TiO2 表面的固定化与稳定性至关重要。本研究以不同孔几何结构的介孔 TiO2 材料为基底，用苯基磷酸（PPA）进行表面修饰，再经热处理获得化学非均相 C−TiO2 样品，在不改变其几何形貌和晶体结构的前提下保留碳与 TiO2 的双重优势。利用原子力显微镜（AFM）从总粘附力中分解得到蛋白质与表面之...
将传感器分子（如抗体）连接至原子力显微镜（AFM）探针，可将其转化为生物传感器，用于在样品表面检测并定位单个靶分子（如抗原）。若将纯化靶分子固定于云母或氮化硅等超平基底，还可利用力谱研究分子间相互作用机制。采用6–10 nm聚乙二醇（PEG）柔性连接链连接探针与传感器分子，可显著提高结合位点快速成像和力谱研究的效率。本章系统介绍将多...
毛细管区带电泳（CZE）是快速分离无机离子、肽段和蛋白等分析物的重要技术，但其电泳分辨率高度依赖毛细管内壁涂层。成功多重离子聚合物层（SMIL）涂层可通过交替沉积带相反电荷的聚合物形成稳定、表面电荷可切换的界面，从而改善分离性能并稳定电渗流。然而，毛细管内壁涂层本身的形貌与功能表征仍具挑战。原子力显微镜（AFM）可在缓冲液环境中以纳...
细胞特异性适配体的固定策略对研究细胞与其适配体相互作用至关重要，但由于活细胞研究困难，固定策略对固定化适配体结合靶细胞能力的影响尚缺乏系统报道。原子力显微镜（AFM）既可在生理条件下研究活细胞，又能获取反映单个分子固有性质的信息。本文以人肝癌细胞 Bel-7404 及其特异性适配体为模型，采用 AFM 单分子力谱系统评价不同固定策略...
生物分子相互作用的定量测量在分子生物学中具有重要意义。原子力显微镜（AFM）已证明可作为生物传感器，用于测定目标生物分子之间的亲和力。然而，其检测方案在开发紧凑型生物传感器方面存在一定局限。近年来，压电石英音叉（QTF）已被用作 AFM 的无激光检测传感器。然而，沿此方向的研究中，考虑软生物样品的较少，构成定量分子识别实验的更少。本...
他克莫司（Tacrolimus，FK506）是一种强效免疫抑制剂，移植后需持续监测血药浓度。现有参考方法为液相色谱-串联质谱，临床常用ELISA虽快速，但相对质谱存在轻微且一致的高估。本文报道一种基于原子力显微镜（AFM）的无标记定量方法，用于全血中他克莫司的分析。该生物传感器利用药物内源受体FKBP12进行识别：先在云母表面固定抗...
本文提出并实现了一种基于微尖端增强拉曼散射光谱（μ-TERS）的倏逝场诱导化学成像分析平台。该技术通过增大无孔“激发源”的尺寸，降低尖端附近光场高度集中对干燥生物样品造成的热分解，从而在保持足够拉曼信号的同时减少光损伤。μ-TERS 与基于传播表面等离子体共振（SPR）的经典生物传感器系统类似，但其敏感元件尺寸为数微米，可靶向感兴趣...
砷化镓（GaAs）是广泛应用于微电子和光电子领域的III-V族晶体，其压电性质以及裸表面可直接生物功能化的特点，使其有望将高灵敏换能器与特异性生物界面结合，构成生物传感器的两个核心部分。为优化生物识别界面，需要控制蛋白质覆盖密度及蛋白层与GaAs表面的结合亲和力。本文研究了由不同链长硫醇分子组成的化学界面，其中羟基端基分子为11-巯...
本文报道了一种基于DNA折纸的单分子纳米传感器，用于检测人O6-烷基鸟嘌呤-DNA烷基转移酶（hAGT）的DNA修复活性。作者将血栓素结合适配体TBA1和TBA2插入DNA折纸的短链中，形成从折纸表面突出的双适配体阵列。TBA1可形成G-四联体结构并特异性结合α-凝血酶；当TBA1中心鸟嘌呤发生O6-甲基化时，G-四联体结构被破坏，...
提高DNA杂交检测灵敏度是微阵列和生物传感器领域的重要问题。本文证明，通过精细调节杂交缓冲液组成，可使松散吸附在云母表面的互补单链DNA（ssDNA）分子发生杂交。在云母表面上，自由扩散的互补ssDNA链相遇后，单分子DNA杂交仅需数分钟即可完成。值得注意的是，即使存在大量无关DNA，互补ssDNA之间的特异性杂交也不受影响。单分子...
本文报道了一种基于原子力显微镜（AFM）的细菌细胞碎片特异性识别与传感方法。作者以新鲜解理云母为基底，经辉光放电活化后依次吸附蛋白G（protein G）和抗大肠杆菌单克隆抗体（anti-E. coli IgG），构建具有定向抗体识别功能的生物功能表面。随后将超声破碎的大肠杆菌或枯草芽孢杆菌细胞碎片悬液暴露于该表面，并通过AFM接触...
在硅基生物传感器中，氨基有机硅烷修饰表面上生物识别蛋白层的组成与结构决定器件的灵敏度和特异性。本研究采用多种光谱与显微方法，系统表征了在SiO2或Si3N4基底上构建的模型生物传感器表面：先用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）修饰，再物理吸附兔γ-球蛋白（IgG），用牛血清白蛋白（BSA）封闭，并特异性结合抗兔IgG抗体；同时制...
本文采用原子力显微镜（AFM）和光子相关光谱（PCS）监测无磷脂条件下细胞色素CYP11A1在溶液中的单体化过程。结果表明，100 μM CYP11A1与12% Emulgen 913在50 mM KP、pH 7.4中22°C孵育10 min，可使血红素蛋白聚集体解离为单体，单体化程度为(82±4)%，且单体化后CYP11A1仍保持...