專利名稱：一種監(jiān)測分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變的方法。
背景技術(shù)：
大分子包括各種合成高分子(如聚乙烯)和天然高分子(如DNA，蛋白質(zhì)，淀粉等)。大分子主鏈中存在著許多的單鍵。由于單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)，大分子可呈現(xiàn)不同的空間形態(tài)，即大分子構(gòu)象。當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時，大分子的構(gòu)象也會隨之發(fā)生相應(yīng)的改變(亦稱為大分子折疊)。例如，對溫敏型高分子，升溫或降溫會改變其構(gòu)象；對于蛋白質(zhì)分子，溫度，壓力，PH值等的變化都會使其構(gòu)象改變并導(dǎo)致其喪失原有的生理活性。大分子的構(gòu)象轉(zhuǎn)變既是高分子物理學(xué)中的一個重要問題，也是生命科學(xué)中的基本問題之一。
1960年Stockmayer(W H Stockmayer.Problems of the statisticalthermodynamics of dilute polymer solutions[J].Makromol.Chem.，1960，3554-74)首次從理論上預(yù)言對結(jié)構(gòu)比較簡單的線性均聚大分子(由相同的單體聚合而成的長鏈狀分子)，存在從無規(guī)線團(tuán)到塌縮小球的構(gòu)象轉(zhuǎn)變。此后，人們進(jìn)行了大量的研究。1995年Wu chi等人(Chi Wu，Shuiqin Zhou.Laser LightScattering Study of the Phase Transi-tion of Poly(N-isopropylacrylamide)in Water.1.Single Chain[J].Macromolecules 1995，288381-8387)運(yùn)用激光光散射方法(LLS)研究聚N-異丙基丙烯胺(Poly(N-isopropyl acrylamide)，PNIPAM)分子(圖1)在水溶液中的構(gòu)象轉(zhuǎn)變，第一次從實驗上觀察到了熱力學(xué)穩(wěn)定的塌陷小球構(gòu)象(圖2)，闡明了在自由溶液中，均聚物大分子鏈在線團(tuán)-小球和小球-線團(tuán)的構(gòu)象轉(zhuǎn)變過程中，存在著四個不同的構(gòu)象狀態(tài)，即，無規(guī)線團(tuán)，皺縮線團(tuán)，熔化球和完全塌陷的小球(Chi Wu，Xiaohui Wang.Globule-to-coilTransition of a single homopoly chain in solution.[J]Phy.Rev.Lett.1998，80，4092-4094)。近年來，很多研究者將PNIPAM大分子的一端吸附到固體表面形成高分子刷(de Gennes，P.G.Conformations of Polymers Attached to anIhterface[J].Macromolecules，1980.13.1069-1075)，運(yùn)用QCM(石英晶振天平)(Guangming Liu，Guangzhao Zhang.Collapse and swelling of thermallysensitive poly(N-isopropylacryl amide)brushes monitored with a quartzcrystal microbalance[J].J.Phys.Chem.B 2005，109743-747)，SPR(表面等離子共振)(Balamurugan S，Mendez S.et al Thermal Response ofPoly(N-isopropyl acrylamide)Brushes Probed by Surface Plasmon Resonance[J].Langmuir，2003，192545-2549)，AFM(原子力顯微鏡)(AFM Investigationsof Poly(N-isopropylacryl amide)Brushes Prepared by Surface-InitiatedPolymerizations.[J]Adv.Mater.2002，14，1130-1134)等方法對大分子的構(gòu)象轉(zhuǎn)變進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，高分子刷的塌陷與自由溶液中單鏈的塌陷不同，高分子刷的構(gòu)象轉(zhuǎn)變在比較寬的溫度范圍(20℃-40℃)內(nèi)連續(xù)發(fā)生。
蛋白質(zhì)構(gòu)象折疊問題是生物科學(xué)尚未解決的重大問題之一，也是當(dāng)前最為活躍的研究領(lǐng)域。蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的鏈狀生物大分子。氨基酸與氨基酸之間通過縮水而形成肽鍵，進(jìn)而形成所謂多肽鏈。多肽鏈由氨基酸表示即蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。二級結(jié)構(gòu)則意指蛋白質(zhì)的一些基本三維結(jié)構(gòu)，如α-螺旋，β-片，β發(fā)卡等。而三級結(jié)構(gòu)則是由一些二級結(jié)構(gòu)組成的三維構(gòu)型，它反映了多肽鏈各部分在三維空間中的具體構(gòu)型和協(xié)調(diào)，是多肽鏈的折疊結(jié)構(gòu)并具有生物功能。四級結(jié)構(gòu)的形成則是由于生物體中蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性和功能的需要，通常由多條多肽鏈組成并形成折疊結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)構(gòu)象折疊包含兩個方面1)變性的蛋白質(zhì)或多肽鏈的折疊；2)通過三聯(lián)密碼翻譯成的氨基酸序列鏈(新生肽鏈)的折疊。酶是活細(xì)胞產(chǎn)生并具有催化作用的一類特殊蛋白質(zhì)，生物體內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)，幾乎都是由酶催化的。研究它的構(gòu)象問題有著重要的意義。
目前蛋白質(zhì)折疊的監(jiān)測方法有核磁共振法，圓二色性光譜法，激光拉曼光譜法，熒光光譜法，紫外光譜法，同位素示蹤法等。其中核磁共振法可以測定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，但其僅限于分析長度不超過150個氨基酸殘基小蛋白。其他方法可以測定蛋白質(zhì)分子的局部構(gòu)象，但很難獲得蛋白質(zhì)分子完整的三維結(jié)構(gòu)，在應(yīng)用上存在局限性。以溶菌酶的構(gòu)象研究為例，已用熒光光譜法研究了其在脲和鹽酸胍作為變性劑時的構(gòu)象折疊過程，證實了其從無活性構(gòu)象(處于6M的鹽酸呱溶液或是8M的脲溶液中是的松散線團(tuán)構(gòu)象)轉(zhuǎn)變成自然構(gòu)象(處于磷酸鹽溶液中時的橢球狀構(gòu)象)以及中間的轉(zhuǎn)變過程在有無還原劑下的影響(脲和鹽酸胍誘導(dǎo)溶菌酶去折疊的熒光相圖法研究化學(xué)學(xué)報2003 61. 6 803～807)。
微懸臂梁傳感實驗技術(shù)是通過光杠桿方法(optical beam technique)檢測微懸臂上產(chǎn)生的彎曲變形的一種高靈敏度的實驗方法。它廣泛地使用在原子力顯微鏡(AFM)中，可探測到微梁端部亞納米量級的位移量。從圖3中可以看到，半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光束聚焦于微懸臂梁的自由端部。反射光束進(jìn)入光電位置敏感器(PSD)的探測靶面。微梁發(fā)生彎曲變形時，激光束隨之偏轉(zhuǎn)，PSD感知此信號并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出，此即可實現(xiàn)對梁變形的檢測。容器底部的熱電制冷器控制溶液溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種監(jiān)測分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變的方法。
本發(fā)明所提供的一種監(jiān)測分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變的方法，是將分子吸附(物理或化學(xué)吸附)在微懸臂梁單側(cè)表面上，檢測由分子引起的微懸臂梁位移變化，如所述由分子引起的微懸臂梁位移改變，則所述分子的構(gòu)象發(fā)生轉(zhuǎn)變。
所述由分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變引起的微懸臂梁位移為在引起構(gòu)象轉(zhuǎn)變的相同的環(huán)境條件下，已吸附所述分子的微懸臂梁位移與未吸附所述分子的微懸臂梁位移之差。
所述環(huán)境條件包括溫度、壓力、光線照射、外加電磁場改變等物理因素，和有機(jī)溶劑、脲、胍、以及pH值、離子濃度等化學(xué)因素。
所述微懸臂梁的厚度可為0.1-2μm，長度可為40-1000μm，寬度大于等于20μm。
制作微懸臂梁的材料可以是SiNx、SiO2等。
所述分子包括各種合成大分子(如聚乙烯)和天然大分子(如DNA，蛋白質(zhì)，淀粉等)。
所述合成大分子具體可為聚N-異丙基丙烯酰胺。所述天然大分子具體可為溶菌酶。
本發(fā)明通過分子自組裝的方法把熱敏性的PNIPAM分子鏈吸附到微懸臂梁單側(cè)表面上，利用激光三角法檢測PNIPAM分子水溶液溫度在20℃-40℃之間變化時，由PNIPAM分子鏈的構(gòu)象轉(zhuǎn)變所引起的微梁的彎曲變形；通過微梁的變形來獲取大分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變的信息。實驗結(jié)果顯示在升溫過程中由于PNIPAM分子鏈發(fā)生了從伸展構(gòu)象到塌縮構(gòu)象的轉(zhuǎn)變(圖2)，導(dǎo)致微梁的表面應(yīng)力發(fā)生了變化，使微梁產(chǎn)生了彎曲變形(圖3)。在降溫過程中微梁發(fā)生反方向的彎曲變形，對應(yīng)著PNIPAM分子鏈從塌縮構(gòu)象恢復(fù)到伸展構(gòu)象的過程。與LLS(檢測大分子線團(tuán)的半徑變化)、QCM(檢測附加質(zhì)量)和SPR(檢測單分子膜的厚度折射率)等檢測技術(shù)不同，本方法檢測的是分子間相互作用力，可檢測的分子量范圍很寬(102～107g/mol)。本發(fā)明還將溶菌酶分子吸附到微懸臂梁單側(cè)表面，檢測到在溶劑性質(zhì)發(fā)生改變(從磷酸鹽溶液PBS到鹽酸呱溶液)時，由于溶菌酶的構(gòu)象從自然折疊態(tài)(橢球狀構(gòu)象)到去折疊態(tài)(松散線團(tuán))構(gòu)象變化所導(dǎo)致的微懸臂梁產(chǎn)生的彎曲變形(圖10)。
本發(fā)明基于探測分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變過程中的力學(xué)信號，創(chuàng)造性地利用微懸臂梁傳感實驗技術(shù)檢測分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變，給出了觀察分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變過程的一個新的視角。本發(fā)明對于從微觀上認(rèn)識分子的構(gòu)象轉(zhuǎn)變具有重要意義。


圖1為PNIPAM分子結(jié)構(gòu)圖2為PNIPAM分子的構(gòu)象轉(zhuǎn)變示意3為微懸臂梁傳感實驗系統(tǒng)簡4為PNIPAM分子的構(gòu)象變化引起微梁變形示意5為未吸附PNIPAM的微梁隨溫度的變形曲線圖6為吸附有PNIPAM的微梁隨溫度的變形曲線圖7為僅由PNIPAM分子的折疊構(gòu)象隨溫度的變化而轉(zhuǎn)變所引起的微梁變形曲線圖8為PNIPAM分子的折疊構(gòu)象轉(zhuǎn)變引起的微梁表面應(yīng)力隨溫度的變化曲線圖9為PNIPAM構(gòu)象轉(zhuǎn)變過程示意10為溶菌酶的構(gòu)象變化引起微梁變形示意11為溶菌酶的微梁變形--時間實驗圖具體實施方式
下述實施例中的實驗方法，如無特別說明，均為常規(guī)方法。
實施例1利用微懸臂梁傳感實驗技術(shù)檢測PNIPAM分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變實驗系統(tǒng)如圖3所示。半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光束聚焦于微懸臂梁的自由端部。反射光束進(jìn)入光電位置敏感器(PSD)的探測靶面。微梁固定于玻璃蓋封頂?shù)牟讳P鋼壁的小容器中(1ml)，微梁長200um，寬20um，厚1um。溶液進(jìn)出通過微流量蠕動泵控制。通過容器底部的電熱制冷器控制溶液溫度，其溫度穩(wěn)定度為±0.01K，控溫范圍18℃-42℃。當(dāng)微梁發(fā)生彎曲變形時，激光束隨之偏轉(zhuǎn)，PSD將此信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出，由此即可實現(xiàn)對梁變形的檢測。實驗系統(tǒng)中微梁自由端部的最小可分辨位移為0.1nm。
為了觀察PNIPAM分子構(gòu)象隨溫度的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。需要在微梁的單側(cè)表面上修飾以PNIPAM分子(圖4)，其過程如下首先，在SiNx微梁的一側(cè)表面上蒸鍍20～50納米厚的Au，然后利用巰基與Au的結(jié)合，將一端吸附有巰基(-HS)的PNIPAM分子吸附到微梁的鍍金側(cè)面，并通過self-assemble(自組裝)過程最終形成分子刷(Milner，S.T.Science 1991，251，905)。本實施例中使用的PNIPAM分子量為Mw＝1.5×105g/mol，分子量分布Mw/Mn＝1.16。
通過恒溫控制器控制溶液溫度在20℃到40C之間變化，并監(jiān)測在此過程中微梁的變形便可得到PNIPAM分子在此溫度范圍內(nèi)的構(gòu)象轉(zhuǎn)變信息。溫度變化方式如下以1℃為間隔，從20℃開始升溫直至40℃。之后以同樣的方式控制溫度從40℃降溫至20℃。由于SiNx和Au兩種材料的熱膨脹系數(shù)不同，溫度變化時微梁自身也會產(chǎn)生變形--雙材料溫變效應(yīng)。為了得到僅由PNIPAM分子的變化信息，在吸附PNIPAM分子之前和之后分別進(jìn)行了兩次溫度的循環(huán)實驗。兩者相減后便可除去雙材料溫變效應(yīng)。以下的分析中以微梁朝其鍍金的一側(cè)彎曲為變形的正向。
圖5顯示的是吸附PNIPAM分子之前SiNx-Au微懸臂梁自由端部位移Δz隨溫度變化ΔT的變化情況。這種變形是由于SiNx和Au的熱膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致的。在實驗溫度范圍內(nèi)，由線彈性小變形理論有Δz＝3Kl2ΔT。其中K為常數(shù)，l為微懸臂梁長度。圖5表明微懸臂梁自由端的離面位移變化Δz與溫度變化ΔT呈線性關(guān)系。在微梁的鍍金表面吸附了PNIPAM分子之后，溫度變化引起的微梁變形的實驗測量結(jié)果如圖6所示。這其中除了PNIPAM分子構(gòu)象變化的影響外還耦合了前面提到的雙材料的熱變形效應(yīng)。用吸附了PNIPAM分子之后梁的變形曲線減去吸附前梁的變形曲線，便可得出僅由PNIPAM分子構(gòu)象變化所引起的微梁變形(圖7)?？捎蛇@種變形計算出微梁的表面應(yīng)力變化，它們二者之間的關(guān)系由Stoney’s公式(G.G.Stoney.The tension of metallic films deposited by electrolysis[J].Proc.R.Soc.London.Ser.A，1909，82172-175)給出1R=61-vEt2(Δσ1-Δσ2),]]>其中R為微梁彎曲變形的曲率半徑，E，v，t為微梁的楊氏模量，泊松比和厚度，Δσ1，Δσ2對應(yīng)微梁上下表面的表面應(yīng)力變化值。表達(dá)為與梁自由端的橫向位移Δz的關(guān)系Δz=3(1-v)L2Et2(Δσ1-Δσ2),]]>L為微梁長度。對于微梁上沒有吸附PNIPAM分子的那一側(cè)，其表面狀態(tài)在整個過程中保持不變。(Δσ1-Δσ2)實際上反映的就是吸附有PNIPAM分子那一側(cè)表面的表面應(yīng)力變化值。簡稱之為表面應(yīng)力，計算結(jié)果如圖8所示。
分析水溶液中自由的PNIPAM分子隨溫度變化的折疊過程(Giuseppe Graziano.On the temperature-induced coil to globule transition of poly-N-isopropylacrylamide in dilute aqueous solutions[J].Journal of BiologicalMacromoleculers，2000，2789-97)以低臨界溶解溫度(LCST)為界，高于這個溫度時PNIPAM分子呈現(xiàn)疏水性，為減少與水分子的接觸面積，PNIPAM分子鏈折疊收縮，最后形成塌縮的小球狀構(gòu)象。溫度低于LCST時，PNIPAM分子呈現(xiàn)親水性，即要和水分子結(jié)合，PNIPAM分子伸展開來，擴(kuò)大自身與水分子的接觸面積，成為溶脹的無規(guī)線團(tuán)狀構(gòu)象。自由溶液中這種從無規(guī)線團(tuán)到塌縮小球的構(gòu)象轉(zhuǎn)變是在LCST附近較窄范圍內(nèi)(1℃～2℃)完成的。當(dāng)PNIPAM分子一端被限制于固體表面上形成分子刷時，理論預(yù)測這種構(gòu)象轉(zhuǎn)變將在較寬的溫度區(qū)間里連續(xù)的進(jìn)行(E.B.Zhulina，O.V.Borisov，V.A.Pryamitsyn，T.M.Birshtein.Coil-globule type transitions in polymers.1.Collapse of layers of graftedpolymer chains[J].Macromolecules，1991；24(1)140-149)。SPR的研究(Balamurugan S，Mendez S.Thermal Response of Poly(N-isopropylacrylamide)Brushes Probed by Surface Plasmon Resonance[J].Langmuir，2003，192545-2549)顯示從20℃到40℃之間PNIPAM分子刷的厚度連續(xù)的減小，QCM的實驗(Guangming Liu，Guangzhao Zhang.Collapse and swelling of thermallysensitive poly(N-isopropylacrylamide)brushes monitored with a quartzcrystal microbalance[J].J.Phys.Chem.B 2005，109743-747)表明PNIPAM分子刷中的含水量隨溫度的升高而連續(xù)的減少。
在本實驗中，扣除了微梁本身的雙材料效應(yīng)后，它的變形表現(xiàn)的就只是PNIPAM分子刷影響的結(jié)果，即對溫變過程中PNIPAM分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變過程的反映。按圖7所示，梁的變形在20℃～40℃內(nèi)連續(xù)的發(fā)生，這對應(yīng)著PNIPAM分子的構(gòu)象在這其間也是連續(xù)變化的——與上一段提到的結(jié)果一致。當(dāng)溫度從20℃開始升高，分子刷中的PNIPAM分子由親水性逐漸向疏水性轉(zhuǎn)變，原先相互排斥伸展開的分子鏈(圖9中a)開始慢慢收縮，鏈段之間距離減小，相鄰的PNIPAM分子之間還有可能貫穿，纏結(jié)(圖9中b)。這種收縮對微梁來說，相當(dāng)于一種使表面收緊的表面應(yīng)力，致使微梁朝鍍Au一側(cè)(即PNIPAM分子刷一側(cè))發(fā)生彎曲變形，直到升溫終點。在降溫過程，相反地過程就發(fā)生了，即PNIPAM分子鏈隨著溫度的降低伸展開來，微梁朝反方向彎曲變形。
如圖7和8所示，當(dāng)溫度降至20℃時，梁的變形仍未能完全恢復(fù)，即有殘余的變形或說殘余表面應(yīng)力存在。就整個過程來說，存在著明顯的遲滯效應(yīng)，是一種不可逆過程。在自由溶液(Xiaohui Wang，Xingping Qiu，Chi Wu.Comparisonof the Coil-to-Globule and the 6lobule-to-Coil transition of a singlePoly(N-isopropylacrylamide)homopolymer chain in water[J].Macromolecules，1998；312972-2976)以及在QCM(Guangming Liu，GuangzhaoZhang.Collapse and swelling of thermally sensitive poly(N-isopropylacrylamide)brushes monitored with a quartz crystalmicrobalance[J].J.Phys.Chem.B 2005，109743-747)，SPR(Balamurugan S，Mendez S.Thermal Response of Poly(N-isopropylacrylamide)Brushes Probedby Surface Plasmon Resonance[J].Langmuir，2003，192545-2549)的實驗研究中也觀察到了類似的現(xiàn)象。這是由于在PNIPAM分子塌縮成小球構(gòu)象時，小球內(nèi)形成了分子內(nèi)的相互作用力(通常認(rèn)為是氫鍵)，在降溫時這種較強(qiáng)的作用繼續(xù)維持著小球的塌縮狀態(tài)，直到更低的溫度時PNIPAN分子才能克服它而伸展開來，所以在同一溫度點上降溫時的變形總是比升溫時要大(遲滯)。另一方面，升溫的過程中PNIPAM分子鏈之間可能發(fā)生的纏結(jié)，在降溫過程中需要較長的時間才能夠解開，這也同時意味著微梁在降溫過程中變形的遲滯。圖9給出了整個構(gòu)象轉(zhuǎn)變過程的示意圖。圖4給出了PNIPAM分子的構(gòu)象變化引起微梁變形示意圖。
本發(fā)明提出了基于微懸臂梁傳感技術(shù)研究分子折疊/構(gòu)象變化的一種新方法。通過檢測單側(cè)表面上吸附有PNIPAM分子的微懸臂梁隨溫度變化時的變形，觀察了PNIPAM分子構(gòu)象隨溫度的轉(zhuǎn)變，發(fā)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變過程在20℃～40℃范圍內(nèi)連續(xù)的發(fā)生。整個過程是不可逆的并有明顯的遲滯性應(yīng)。另一方面，微懸臂梁表面應(yīng)力的變化，反映的是分子間相互作用的信息，這對認(rèn)識分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變的微觀機(jī)理是很有意義的。
實施例2、利用微懸臂梁傳感實驗技術(shù)檢測溶菌酶分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變實驗系統(tǒng)如圖3所示。半導(dǎo)體激光器(6328nm，2mW)發(fā)出的激光束聚焦于微懸三臂梁的自由端部。反射光束進(jìn)入光電位置敏感器(PSD)的探測靶面。微梁固定于玻璃蓋封頂?shù)牟讳P鋼壁的小容器中(1ml)，微梁長200um，寬20um，厚1um。溶液進(jìn)出通過微流量蠕動泵控制。通過容器底部的電熱制冷器控制溶液溫度，其溫度穩(wěn)定度為±0.01K，實驗溫度是20℃。當(dāng)微梁發(fā)生彎曲變形時，激光束隨之偏轉(zhuǎn)，PSD將此信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號輸出，由此即可實現(xiàn)對梁變形的檢測。實驗系統(tǒng)中微梁自由端部的最小可分辨位移為0.1nm。
為了觀察溶菌酶分子構(gòu)象隨溫度的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，先將溶菌酶修飾到SiNx微梁的鍍Au一側(cè)表面上(圖10)，具體方法如下通過Au-巰基相互作用先把11mua(SH(CH2)11COOH)連接到Au面上，而后通過溶菌酶中的氨基(NH2)和11mua的羧基(COOH)形成酰胺鍵而把溶菌酶與11mua連接，從而完成溶菌酶的修飾過程。整個過程中微梁的另一側(cè)面不會發(fā)生反應(yīng)。以下分析中以微梁朝其鍍金一側(cè)的彎曲為變形的正向。
通過改變周圍溶劑的性質(zhì)(從磷酸鹽溶液PBS到鹽酸呱溶液)觀察溶菌酶構(gòu)象的轉(zhuǎn)變開始時微梁處于pH為7.4的PBS溶液中(流速0.25ml/min)此時微梁處于穩(wěn)定狀態(tài)。600s時注入濃度為6M的鹽酸呱溶液。由于鹽酸呱中的呱基團(tuán)可與溶菌酶肽鏈相互作用使得溶菌酶中本來內(nèi)含的疏水基團(tuán)外露，最終導(dǎo)致了溶菌酶的變性，即從原來的橢球狀自然構(gòu)象(折疊態(tài))轉(zhuǎn)變?yōu)樗缮⒌木€團(tuán)狀構(gòu)象(去折疊態(tài))。從圖11中可以看出，流入鹽酸呱之后位移迅速的上升，此變形過程即對應(yīng)著溶菌酶構(gòu)象折疊的變形過程。經(jīng)過約1000s之后達(dá)到一個穩(wěn)定的平臺，這說明此時的溶菌酶已經(jīng)完全的變性(去折疊)了。穩(wěn)定600s后，將流動停止，位移開始迅速下落，經(jīng)過2500s后逐漸的減緩，之后一直緩慢的下落，這種變化可能是由于溶液的流動/停止引起。在約12500s時再次以0.25ml/min注入濃度為6M的鹽酸呱溶液，位移再次迅速的上升。達(dá)到一個穩(wěn)定平臺后將流速從0.25ml/min逐漸降為零。圖11中顯示的臺階就是這種逐漸降落的反應(yīng)。在19300s時注入pH為7.4的PBS溶液，位移先向上，而后迅速的下落。向上的位移是由于流速引起的，而之后的迅速下落對應(yīng)著從鹽酸呱溶液回到PBS時溶菌酶構(gòu)象的恢復(fù)，也就是溶菌酶構(gòu)象從去折疊態(tài)恢復(fù)折疊態(tài)的構(gòu)象轉(zhuǎn)變的表現(xiàn)。整個過程與已有的研究結(jié)果一致溶菌酶處于PBS中時，呈現(xiàn)出橢球狀構(gòu)象；而把PBS換成鹽酸呱之后，呈現(xiàn)散開的線團(tuán)，在置換回PBS時構(gòu)象恢復(fù)。從該構(gòu)象轉(zhuǎn)變過程中力學(xué)信號看，該實驗結(jié)果表明吸附有溶菌酶的微梁處于PBS中時，橢球狀的構(gòu)象使得分子之間相互的排斥。當(dāng)溶液換為鹽酸呱時，橢球狀的構(gòu)象散開。這使分子間的相互斥力減弱，使得微懸臂梁發(fā)生正向的彎曲變形。而當(dāng)將溶液從鹽酸呱重新?lián)Q成PBS時，溶菌酶的構(gòu)象恢復(fù)橢球狀。這樣梁產(chǎn)生了負(fù)向的彎曲變形。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)測分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變的方法，是將分子吸附在微懸臂梁單側(cè)表面上，檢測由分子引起的微懸臂梁位移變化，如所述由分子引起的微懸臂梁位移改變，則所述分子的構(gòu)象發(fā)生轉(zhuǎn)變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述由分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變引起的微懸臂梁位移為在引起構(gòu)象轉(zhuǎn)變的相同環(huán)境條件下，已吸附所述分子的微懸臂梁位移與未吸附所述分子的微懸臂梁位移之差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述環(huán)境條件包括溫度、壓力、光線照射、外加電磁場改變、有機(jī)溶劑、脲、胍以及pH值和離子濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述微懸臂梁的厚度為0.1-2μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述微懸臂梁的長為40-1000μm，寬至少為20μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述分子包括合成大分子和天然大分子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述合成大分子為聚N-異丙基丙烯酰胺。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述天然大分子為溶菌酶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種監(jiān)測分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變的方法。該監(jiān)測分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變的方法，是將分子吸附在微懸臂梁單側(cè)表面上，檢測由分子引起的微懸臂梁位移變化，如所述由分子引起的微懸臂梁位移改變，則所述分子的構(gòu)象發(fā)生轉(zhuǎn)變。本發(fā)明基于探測分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變過程中的力學(xué)信號，創(chuàng)造性地利用微懸臂梁傳感實驗技術(shù)檢測分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變，給出了觀察分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變過程的一個新的視角。
文檔編號G01B11/16GK1804625SQ20051013467
公開日2006年7月19日 申請日期2005年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者張青川, 李凱, 伍小平 申請人:張青川