Name: 使用等离子体纳米镊子监测单个未修饰蛋白质的构象动力学 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-03-21T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 33 s
Description: 了解等离子体纳米镊子技术，用于实时监测单个未修饰蛋白质的构象动力学变化。该方法无需荧光标记即可研究蛋白质结合与解组装动力学，为神经退行性疾病相关蛋白研究提供新工具。

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S.Z. 感谢生物技术和生物科学研究理事会博士培训项目（BBSRC DTP）（BB/T0083690/1）的支持。作者们感谢英国-印度教育与研究倡议（UKIERI）的资助。M.R. 感谢皇家学会和沃尔夫森基金会的支持。

<ol><li>Peter Lu, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sizing+up+single-molecule+enzymatic+conformational+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Sizing up single-molecule enzymatic conformational dynamics.</a> Chem Soc Rev. 43 (4), 1118-1143 (2014).</li>
<li>Mazal, H., Haran, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-molecule+FRET+methods+to+study+the+dynamics+of+proteins+at+work%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Biomed+Eng%22%5BJournal%5D)">Single-molecule FRET methods to study the dynamics of proteins at work.</a> Curr Opin Biomed Eng. 12, 8-17 (2019).</li>
<li>Ritchie, D. B., Woodside, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+the+structural+dynamics+of+proteins+and+nucleic+acids+with+optical+tweezers%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Str+Biol%22%5BJournal%5D)">Probing the structural dynamics of proteins and nucleic acids with optical tweezers.</a> Curr Opin Str Biol. 34, 43-51 (2015).</li>
<li>Neupane, K., Solanki, A., Sosova, I., Belov, M., Woodside, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diverse+metastable+structures+formed+by+small+oligomers+of+%CE%B1-Synuclein+probed+by+force+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Diverse metastable structures formed by small oligomers of α-Synuclein probed by force spectroscopy.</a> PLoS One. 9 (1), e86495(2014).</li>
<li>Hughes, M. L., Dougan, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+physics+of+pulling+polyproteins%3A+a+review+of+single+molecule+force+spectroscopy+using+the+AFM+to+study+protein+unfolding%5BTitle%5D)+AND+%22Rep+Prog+Phys%22%5BJournal%5D)">The physics of pulling polyproteins: a review of single molecule force spectroscopy using the AFM to study protein unfolding.</a> Rep Prog Phys. 79 (7), 076601-076601 (2016).</li>
<li>Young, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+mass+imaging+of+single+biological+macromolecules%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Quantitative mass imaging of single biological macromolecules.</a> Science. 360 (6387), 423-427 (2018).</li>
<li>Schmid, S., Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanopores%3A+a+versatile+tool+to+study+protein+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Essays+Biochem%22%5BJournal%5D)">Nanopores: a versatile tool to study protein dynamics.</a> Essays Biochem. 65 (1), 93-107 (2021).</li>
<li>Van Meervelt, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+conformational+changes+and+controlled+orientation+of+native+proteins+inside+a+protein+nanoreactor%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Real-time conformational changes and controlled orientation of native proteins inside a protein nanoreactor.</a> J Am Chem Soc. 139 (51), 18640-18646 (2017).</li>
<li>Awasthi, S., Ying, C., Li, J., Mayer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+determination+of+the+size+and+shape+of+single+%CE%B1-Synuclein+oligomers+in+solution%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Simultaneous determination of the size and shape of single α-Synuclein oligomers in solution.</a> ACS Nano. 17 (13), 12325-12335 (2023).</li>
<li>Sµnchez-Rico, C., Von Vithenberg, L., Warner, L., Lamb, D. C., Sattler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+fluorophore+attachment+on+protein+conformation+and+dynamics+studied+by+spFRET+and+NMR+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry%22%5BJournal%5D)">Effects of fluorophore attachment on protein conformation and dynamics studied by spFRET and NMR spectroscopy.</a> Chemistry. 23 (57), 14267-14277 (2017).</li>
<li>Yin, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+does+fluorescent+labeling+affect+the+binding+kinetics+of+proteins+with+intact+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Biosens+Bioelectr%22%5BJournal%5D)">How does fluorescent labeling affect the binding kinetics of proteins with intact cells.</a> Biosens Bioelectr. 66, 412-416 (2015).</li>
<li>Berkovich, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rate+limit+of+protein+elastic+response+is+tether+dependent%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci%22%5BJournal%5D)">Rate limit of protein elastic response is tether dependent.</a> Proc Natl Acad Sci. 109 (36), 14416-14421 (2012).</li>
<li>Dahmardeh, M., Mirzaalian Dastjerdi, H., Mazal, H., Köstler, H., Sandoghdar, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-supervised+machine+learning+pushes+the+sensitivity+limit+in+label-free+detection+of+single+proteins+below+10+kDa%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Meth%22%5BJournal%5D)">Self-supervised machine learning pushes the sensitivity limit in label-free detection of single proteins below 10 kDa.</a> Nat Meth. 20 (3), 442-447 (2023).</li>
<li>Becker, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+quantitative+description+for+optical+mass+measurement+of+single+biomolecules%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Photon%22%5BJournal%5D)">A quantitative description for optical mass measurement of single biomolecules.</a> ACS Photon. 10 (8), 2699-2710 (2023).</li>
<li>Houghtaling, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+of+shape%2C+volume%2C+and+dipole+moment+of+individual+proteins+freely+transiting+a+synthetic+nanopore%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Estimation of shape, volume, and dipole moment of individual proteins freely transiting a synthetic nanopore.</a> ACS Nano. 13 (5), 5231-5242 (2019).</li>
<li>Plesa, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+translocation+of+proteins+through+solid+state+nanopores%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Fast translocation of proteins through solid state nanopores.</a> Nano Lett. 13 (2), 658-663 (2013).</li>
<li>Schmid, S., Stömmer, P., Dietz, H., Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanopore+electro-osmotic+trap+for+the+label-free+study+of+single+proteins+and+their+conformations%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Nanopore electro-osmotic trap for the label-free study of single proteins and their conformations.</a> Nat Nanotechnol. 16 (11), 1244-1250 (2021).</li>
<li>Shi, X., Verschueren, D. V., Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Active+delivery+of+single+DNA+molecules+into+a+plasmonic+nanopore+for+label-free+optical+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Active delivery of single DNA molecules into a plasmonic nanopore for label-free optical sensing.</a> Nano Lett. 18 (12), 8003-8010 (2018).</li>
<li>Verschueren, D. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+optical+detection+of+DNA+translocations+through+plasmonic+nanopores%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Label-free optical detection of DNA translocations through plasmonic nanopores.</a> ACS Nano. 13 (1), 61-70 (2019).</li>
<li>Verschueren, D., Shi, X., Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nano-optical+tweezing+of+single+proteins+in+plasmonic+nanopores%5BTitle%5D)+AND+%22Small+Meth%22%5BJournal%5D)">Nano-optical tweezing of single proteins in plasmonic nanopores.</a> Small Meth. 3 (5), 1800465(2019).</li>
<li>Peri, S. S. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+low+affinity+binding+interactions+between+natural+killer+cell+inhibitory+receptors+and+targeting+ligands+with+a+self-induced+back-action+actuated+nanopore+electrophoresis+%28SANE%29+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Quantification of low affinity binding interactions between natural killer cell inhibitory receptors and targeting ligands with a self-induced back-action actuated nanopore electrophoresis (SANE) sensor.</a> Nanotechnology. 32 (4), 045501(2020).</li>
<li>Leong, I. W., Tsutsui, M., Yokota, K., Taniguchi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Salt+gradient+control+of+translocation+dynamics+in+a+solid-state+nanopore%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Salt gradient control of translocation dynamics in a solid-state nanopore.</a> Anal Chem. 93 (49), 16700-16708 (2021).</li>
<li>Juan, M. L., Righini, M., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmon+nano-optical+tweezers%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Photon%22%5BJournal%5D)">Plasmon nano-optical tweezers.</a> Nat Photon. 5 (6), 349-356 (2011).</li>
<li>Juan, M. L., Gordon, R., Pang, Y., Eftekhari, F., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-induced+back-action+optical+trapping+of+dielectric+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Phys%22%5BJournal%5D)">Self-induced back-action optical trapping of dielectric nanoparticles.</a> Nat Phys. 5 (12), 915-919 (2009).</li>
<li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+of+12+nm+dielectric+spheres+using+double-nanoholes+in+a+gold+film%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical trapping of 12 nm dielectric spheres using double-nanoholes in a gold film.</a> Nano Lett. 11 (9), 3763-3767 (2011).</li>
<li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+of+a+single+protein%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical trapping of a single protein.</a> Nano Lett. 12 (1), 402-406 (2012).</li>
<li>Kotnala, A., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+high-efficiency+trapping+of+nanoparticles+in+a+double+nanohole+optical+tweezer%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Quantification of high-efficiency trapping of nanoparticles in a double nanohole optical tweezer.</a> Nano Lett. 14 (2), 853-856 (2014).</li>
<li>Booth, L. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modelling+of+the+dynamic+polarizability+of+macromolecules+for+single-molecule+optical+biosensing%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Modelling of the dynamic polarizability of macromolecules for single-molecule optical biosensing.</a> Sci Rep. 12 (1), 1995(2022).</li>
<li>Yousefi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+monitoring+of+in+situ+Iron+loading+into+single%2C+native+ferritin+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical monitoring of in situ Iron loading into single, native ferritin proteins.</a> Nano Lett. 23 (8), 3251-3258 (2023).</li>
<li>Yousefi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+Flexibility+and+Disassembly+Kinetics+of+Single+Ferritin+Molecules+Using+Optical+Nanotweezers%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Structural Flexibility and Disassembly Kinetics of Single Ferritin Molecules Using Optical Nanotweezers.</a> ACS Nano. 18 (24), 15617-15626 (2024).</li>
<li>Peters, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy+landscape+of+conformational+changes+for+a+single+unmodified+protein%5BTitle%5D)+AND+%22NPJ+Biosens%22%5BJournal%5D)">Energy landscape of conformational changes for a single unmodified protein.</a> NPJ Biosens. 1 (1), 14-14 (2024).</li>
<li>Peters, M., McIntosh, D., Branzan Albu, A., Ying, C., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+tracking+of+proteins+through+plasmon-enhanced+interference%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nanosci+Au%22%5BJournal%5D)">Label-free tracking of proteins through plasmon-enhanced interference.</a> ACS Nanosci Au. 4 (1), 69-75 (2024).</li>
<li>Ying, C., et al. Watching single unmodified enzymes at work. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aYing%2C+C+%22arXiv%22">arXiv</a>. , (2021).</li>
<li>Yang-Schulz, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+observation+of+small+molecule+activator+binding+to+single+PR65+protein%5BTitle%5D)+AND+%22NPJ+Biosensing%22%5BJournal%5D)">Direct observation of small molecule activator binding to single PR65 protein.</a> NPJ Biosensing. 2 (1), 1-10 (2025).</li>
<li>Yang, W., van Dijk, M., Primavera, C., Dekker, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((FIB-milled+plasmonic+nanoapertures+allow+for+long+trapping+times+of+individual+proteins%5BTitle%5D)+AND+%22iScience%22%5BJournal%5D)">FIB-milled plasmonic nanoapertures allow for long trapping times of individual proteins.</a> iScience. 24 (11), 103237(2021).</li>
<li>Koya, A. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+plasmonic+nanocavities+for+optical+trapping-assisted+biosensing+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Optical+Mater%22%5BJournal%5D)">Novel plasmonic nanocavities for optical trapping-assisted biosensing applications.</a> Adv Optical Mater. 8 (7), 1901481(2020).</li>
<li>Goswami, A., Umashankar, R., Gupta, A. K., Aravindan, S., Rao, P. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+microstructured+surface+using+the+FIB%5BTitle%5D)+AND+%22J+Micromanufact%22%5BJournal%5D)">Development of a microstructured surface using the FIB.</a> J Micromanufact. 1 (1), 53-61 (2018).</li>
<li>Onuta, T. D., Waegele, M., DuFort, C. C., Schaich, W. L., Dragnea, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+field+enhancement+at+cusps+between+adjacent+nanoapertures%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical field enhancement at cusps between adjacent nanoapertures.</a> Nano Lett. 7 (3), 557-564 (2007).</li>
<li>Al-Ani, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+PEG-thiol+derivatives+on+controlling+cellular+and+bacterial+interactions+with+gold+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Surf+Sci%22%5BJournal%5D)">The influence of PEG-thiol derivatives on controlling cellular and bacterial interactions with gold surfaces.</a> Appl Surf Sci. 462, 980-990 (2018).</li>
<li>Schuler, B., Hofmann, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-molecule+spectroscopy+of+protein+folding+dynamics-expanding+scope+and+timescales%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Opin+Str+Biol%22%5BJournal%5D)">Single-molecule spectroscopy of protein folding dynamics-expanding scope and timescales.</a> Curr Opin Str Biol. 23 (1), 36-47 (2013).</li>
<li>Kopac, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protein+corona%2C+understanding+the+nanoparticle-protein+interactions+and+future+perspectives%3A+A+critical+review%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Biol+Macromol%22%5BJournal%5D)">Protein corona, understanding the nanoparticle-protein interactions and future perspectives: A critical review.</a> Int J Biol Macromol. 169, 290-301 (2021).</li>
<li>Li, X., Guo, W., Xu, R., Song, Z., Ni, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+interaction+mechanism+between+gold+nanoparticles+and+proteins%3A+Lysozyme%2C+trypsin%2C+pepsin%2C+%CE%B3-globulin%2C+and+hemoglobin%5BTitle%5D)+AND+%22Spectrochim+Acta+A+Mol+Biomol+Spectrosc%22%5BJournal%5D)">The interaction mechanism between gold nanoparticles and proteins: Lysozyme, trypsin, pepsin, γ-globulin, and hemoglobin.</a> Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc. 272, 120983(2022).</li>
<li>Emilsson, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strongly+stretched+protein+resistant+poly%28ethylene+glycol%29+brushes+prepared+by+grafting-To%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Appl+Mater+Inter%22%5BJournal%5D)">Strongly stretched protein resistant poly(ethylene glycol) brushes prepared by grafting-To.</a> ACS Appl Mater Inter. 7 (14), 7505-7515 (2015).</li>
<li>Theil, E. C., Liu, X. S., Tosha, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gated+pores+in+the+ferritin+protein+nanocage%5BTitle%5D)+AND+%22Inorg+Chim+Acta%22%5BJournal%5D)">Gated pores in the ferritin protein nanocage.</a> Inorg Chim Acta. 361 (4), 868-874 (2008).</li>
<li>Theil, E. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ferritin+iron+entry+and+exit+problem%5BTitle%5D)+AND+%22Inorg+Chim+Acta%22%5BJournal%5D)">The ferritin iron entry and exit problem.</a> Inorg Chim Acta. 297 (1), 242-251 (2000).</li>
<li>Takahashi, T., Kuyucak, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+properties+of+threefold+and+fourfold+channels+in+Ferritin+D%3Ddeduced+from+electrostatic+calculations%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys+J%22%5BJournal%5D)">Functional properties of threefold and fourfold channels in Ferritin D=deduced from electrostatic calculations.</a> Biophys J. 84 (4), 2256-2263 (2003).</li>
<li>Gemeinhardt, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+imaging+of+single+proteins+secreted+from+living+cells+via+iSCAT+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Label-free imaging of single proteins secreted from living cells via iSCAT microscopy.</a> J Vis Exp. (141), e58486(2018).</li>
<li>Piliarik, M., Sandoghdar, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+optical+sensing+of+single+unlabelled+proteins+and+super-resolution+imaging+of+their+binding+sites%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Comm%22%5BJournal%5D)">Direct optical sensing of single unlabelled proteins and super-resolution imaging of their binding sites.</a> Nat Comm. 5 (1), 4495(2014).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

该实验方案中的一个关键步骤是确保流动池在安装到载物台上之前不发生泄漏，应在安装前以高流速在载物台外进行测试。样品安装后若发生泄漏，可能会损坏光学元件，特别是底部物镜。
在实验过程中，由于等离子体纳米镊子具有较高的灵敏度，其对准位置可能会随时间推移发生漂移，从而导致信号波动。一旦发生这种情况，应使用压电控制重新对准，使透射率达到最大，基线标准差最小，因为噪声较大的基线会降低数据质量。应仔细记录每次对准的时间，以避免将人为干预误认为是捕获事件。如果出现显著漂移，应轻柔地调整载物台，以尽量降低蛋白质释放的风险，并记录调整时间。
可根据具体的实验需求对本方法进行修改和调整。例如，可使用温度控制载物台按需冷却或加热样品，而无需采用激光加热来升高温度31,33。其他技术，如干涉散射显微成像（iSCAT），可实现蛋白质在DNA纳米孔（DNH）散射场中的干涉，获得与蛋白质极化率成正比的额外信号，而极化率与颗粒尺寸相关47,48。
等离子体纳米镊子是一种纯粹的时间域传感技术，数据由APD（单像素探测器）记录。该技术无法提供关于蛋白质结构变化的直接信息，例如蛋白质中哪些区域参与了构象变化，或配体或其他蛋白质可能与该蛋白质结合的位点。此外，该技术的时间范围也受限于 &gt;由于数据采集卡的采样速率为1 MHz，时间分辨率为1 µs。根据奈奎斯特频率，在理想条件下，最高可分辨的时间范围为采样率的一半，即2 µs。
在本实验方案中，我们描述了构建等离激元纳米镊子实验以捕获单个蛋白质并实时监测其构象动力学变化的过程。该技术可在任何自行搭建或商用的显微镜系统上实现。与基于荧光或连接分子的方法（如单分子荧光共振能量转移和光镊）不同，该技术无需标记或连接分子即可捕获蛋白质，同时仍能达到单分子灵敏度。利用微流控系统，可在蛋白质被捕获的同时改变溶液条件，从而实时监测不同溶液环境对蛋白质的影响。这些特点使等离激元纳米镊子成为生物物理学和生物传感领域中极具前景的工具，尤其适用于那些传统技术难以在其天然状态下进行研究的蛋白质。未来的研究应用将聚焦于解析更为动态的蛋白质的构象动力学，例如内在无序蛋白质、含有内在无序区域的蛋白质以及膜蛋白，这些蛋白质的动力学行为甚至结构目前仍难以被现有技术捕捉。

目前用于研究蛋白质构象动力学的单分子技术包括基于标记的方法，如荧光共振能量转移（FRET）1,2基于锚定的方法，例如光镊3,4以及原子力显微镜（AFM）5基于干涉的技术，例如干涉散射显微镜技术（iSCAT）6或基于纳米流体技术的方法，例如纳米孔7,8,9尽管这些方法具有诸多优势，但一些关键的局限性使其无法提供关于未修饰蛋白质构象动力学的数据。FRET 和光镊技术需要对蛋白质进行荧光标记或将其固定在表面，这可能影响蛋白质的生物物理特性。10,11,12. iSCAT 虽然在技术上属于无标记方法，但仍需蛋白质与表面相互作用以观测两者之间产生的干涉信号，这可能影响蛋白质的性质。此外，由于其信噪比有限，iSCAT 仅能检测蛋白质 &#62;40 kDa，由于设备噪声和斑点状背景波动所致13尽管机器学习可在一定程度上缓解这一尺寸限制，但缓冲液组分仍受限，因其可能影响光学性质，导致数据噪声增加13,14纳米孔中蛋白质通过孔道的易位时间极短（通常在5 µs以内），因此无法检测较慢的构象动力学变化15,16，尽管已有研究致力于缓解这些局限性，例如在纳米孔电渗捕获技术中使用DNA折纸结构17 或等离激元的掺入18,19,20,21此外，高盐浓度（通常约为 1 M）可能会降低数据的适用性 体内 工作15,22理想的单分子技术应用于蛋白质表征时，应能够在无需对蛋白质进行修饰或使用非天然溶液条件的情况下，实时监测蛋白质并捕捉其长时间尺度（即毫秒级）的构象动态。
等离子体纳米镊子与传统的光镊类似，都是利用光来捕获物质。然而，等离子体纳米镊子利用局域表面等离子体共振（LSPR）将电场增强数个数量级，从而产生足够强的梯度力以捕获单个纳米颗粒23。此外，被捕获的粒子本身在增强捕获强度方面起着主动作用，这种现象被称为自感应反作用（SIBA）捕获，常见于纳米孔结构24。该SIBA捕获机制使得仅需较低的激光功率（即毫瓦级）即可捕获直径仅为几纳米的微小粒子，例如蛋白质25,26,27。单个蛋白质分子被限制在热点区域时，会引起局部折射率的变化（nprotein &#62; nwater），进而根据分子的极化率改变光散射特性；而极化率受蛋白质的体积、形状各向异性和折射率的影响28。随后，雪崩光电二极管（APD）检测这些信息，以实时监测光散射的变化。此外，等离子体纳米镊子能够在长时间（即数分钟至数小时）内无需标记、连接物或苛刻溶液条件的情况下实时监测被捕获的蛋白质29，满足理想蛋白质单分子技术的各项标准。利用双纳米孔（DNH）结构，等离子体纳米镊子已成功捕获多种蛋白质，并从中获取关键信息，包括构象转变29、解离动力学30、能量景观31、扩散追踪32以及配体结合行为33,34。除DNH结构外，其他结构几何构型也被证实可用于捕获小尺寸粒子35,36。本实验方案介绍了搭建并运行集成微流控系统的等离子体纳米镊子装置的基本步骤。我们希望本方案能够帮助研究人员，特别是结构生物学和生物物理学领域的研究者，更便捷地掌握和理解等离子体纳米镊子技术。

<table><tbody><tr><td>100倍物镜（NA = 1.25）</td><td>Olympus</td><td>PLN100XO</td><td>仅使用镜头清洁纸单向擦拭油镜</td></tr><tr><td>12-1 旋转双向微流控阀</td><td>Elveflow</td><td></td><td></td></tr><tr><td>3/2 通电磁阀</td><td>Elveflow</td><td></td><td></td></tr><tr><td>4倍物镜（NA = 0.1）</td><td>Olympus</td><td>PLN4XP</td><td></td></tr><tr><td>气枪</td><td>RS Components</td><td>666-6772</td><td></td></tr><tr><td>雪崩光电二极管（APD）</td><td>Thorlabs</td><td>APD120A/M</td><td>避免过饱和，带宽50 MHz，对静电敏感</td></tr><tr><td>蝶形激光二极管</td><td>Thorlabs</td><td>FPL852S</td><td></td></tr><tr><td>电荷耦合器件（相机）</td><td>Hikrobot</td><td>MV-CE200-10UC</td><td></td></tr><tr><td>结晶皿</td><td>VWR</td><td>216-0065</td><td></td></tr><tr><td>数据采集卡&amp;nbsp;</td><td>国家仪器公司</td><td>USB-6361</td><td>采样速率为2 MHz</td></tr><tr><td>双面胶带</td><td>Adhesive Research Inc</td><td>ARcare92712</td><td>使用激光切割机切割成适合流体池的形状</td></tr><tr><td>乙醇</td><td></td><td></td><td>仅在通风橱中使用，佩戴手套</td></tr><tr><td>光纤准直器</td><td>Thorlabs</td><td>PAF2-A7B</td><td></td></tr><tr><td>玻璃显微镜盖玻片（厚度0.17 mm）</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>半波片</td><td>Thorlabs</td><td>AHWP10M-980</td><td></td></tr><tr><td>Ideal-tek 120 mm不锈钢直头镊子</td><td>RS Components</td><td>282-7472</td><td>用于夹持样品和剥离双面胶</td></tr><tr><td>异丙醇（IPA）</td><td></td><td></td><td>仅在通风橱中使用，佩戴手套</td></tr><tr><td>镜头清洁纸</td><td>Thorlabs</td><td>MC-5</td><td></td></tr><tr><td>Metrosil快速复制硅胶组分A和B</td><td>Metrodent</td><td>MSILR/1&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>显微镜载玻片（75 mm × 26 mm）</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>模块化光镊系统</td><td>Thorlabs</td><td>OTKB/M-CUSTOM</td><td></td></tr><tr><td>物镜油</td><td>Olympus</td><td></td><td>佩戴手套，储存温度为2&lt;sup&gt;o&lt;/sup&gt;C–8&lt;sup&gt;o&lt;/sup&gt;C</td></tr><tr><td>光电二极管激光器安装座</td><td>Thorlabs</td><td>CLD1015</td><td></td></tr><tr><td>压电控制器</td><td>Thorlabs</td><td>MDT693B</td><td></td></tr><tr><td>压电位移台</td><td>Thorlabs</td><td>Nanomax 300</td><td></td></tr><tr><td>平凹透镜（&lt;em&gt;f&lt;/em&gt; = -50 mm）</td><td>Thorlabs</td><td>LC1715-B</td><td></td></tr><tr><td>平凸透镜（&lt;em&gt;f&lt;/em&gt; = 150 mm）</td><td>Thorlabs</td><td>LA1433-B</td><td></td></tr><tr><td>平凸透镜（&lt;em&gt;f&lt;/em&gt; = 60 mm）</td><td>Thorlabs</td><td>LA1134-B</td><td></td></tr><tr><td>聚乙二醇甲醚硫醇（PEG-硫醇），分子量800</td><td>Sigma Aldrich</td><td>729108</td><td>储存温度为2&lt;sup&gt;o&lt;/sup&gt;C–8&lt;sup&gt;o&lt;/sup&gt;C</td></tr><tr><td>PTFE管（内径：0.18 mm）</td><td>Vici Jour</td><td>JR-T-6805-M25</td><td></td></tr><tr><td>PTFE管（内径：0.8 mm）</td><td>Cole-Parmer</td><td>WZ-21942-72</td><td></td></tr><tr><td>扫描电镜-聚焦离子束系统（SEM-FIB）</td><td>Zeiss</td><td>Crossbeam 550</td><td>镓离子源</td></tr><tr><td>805 nm短通二向色镜</td><td>Thorlabs</td><td>DMSP805</td><td></td></tr><tr><td>银镜</td><td>Thorlabs</td><td>PF-10-03-P01</td><td></td></tr><tr><td>注射泵</td><td>Harvard Apparatus</td><td>70-4511</td><td></td></tr><tr><td>Weller Erem 120 mm不锈钢扁头圆头镊子</td><td>RS Components</td><td>176-1150</td><td>用于夹持玻璃盖玻片和剥离流体池中的胶</td></tr></tbody></table>

利用等离激元纳米镊子监测单个未修饰蛋白质的构象动力学

Monitoring Conformational Dynamics of Single Unmodified Proteins using Plasmonic Nanotweezers

目前用于表征蛋白质的单分子技术通常需要标记物、连接物或使用非天然的溶液条件。这些改变可能影响蛋白质的生物物理特性，从而降低所获取数据的可靠性。等离激元纳米镊子技术利用金纳米结构上的局域表面等离激元共振（LSPR），在受限的热点区域内增强电场。这种场增强效应使得该技术能够使用较低的激光功率捕获远小于传统光镊所能捕获的单个纳米颗粒，其尺寸可小至几纳米，例如单个蛋白质分子。当单个蛋白质分子被捕获在热点区域内时，会引起局部折射率的变化（n蛋白 &#62; n水），从而改变光散射特性；这种变化与分子的极化率相关，而极化率又受分子体积、形状各向异性和折射率的影响。雪崩光电二极管（APD）用于收集光散射的相应变化。这些变化可被进一步分析，以确定被捕获分子的尺寸、整体构象以及随时间发生的构象动态变化。系统中集成的微流控装置可实现对环境条件的精确调控，并实时监测这些环境变化对分子的影响。在本实验方案中，我们将演示如何利用等离激元纳米镊子系统捕获单个蛋白质分子、改变其溶液环境条件，并监测其相应的构象变化。

数据采集完成后，可使用 MATLAB 代码对原始数据进行分析，以生成由 APD 采集的原始数据所对应的信号轨迹。 图3 展示了一条典型的捕获轨迹，包括捕获前的基线，以及发生显著透射变化的捕获事件ΔT/T0）以及标准差，在激光关闭约5秒后重新打开前进行观察。标准差显著降低且透射率恢复至接近基线水平，表明蛋白质已释放。使用MATLAB函数detrend.m去除轨迹中的线性漂移，然后将数据的均值重新加回到去趋势后的轨迹中。由于实验装置随时间发生漂移，导致透射率呈线性下降（见灰色轨迹），因此偶尔需要对轨迹进行去趋势处理。 图3）。捕获前后基线轨迹的微小变化是由于对载物台进行了调整，以优化基线并使其标准偏差最小化，如图所示。 图 4A有时可在轨迹中观察到未被捕获的蛋白质分子，称为“路过的蛋白质”。路过的蛋白质表现为透射信号的急剧变化，类似于典型的捕获事件图4B，但持续时间显著缩短，如图所示 图 4A功率谱密度（PSD）提供了另一种分析方法，通过在不同频率下提供信号强度来确认蛋白质的捕获。蛋白质构象运动通常表现在 &gt;1 µs 通过单分子光谱学方法测定范围40. 图 4C 表明与基线相比，捕获蛋白质可导致信号强度更高，至少在10 kHz范围内是如此（&gt; 100 µs同时强调了将基线调整至优化状态的重要性，因为不良的基线会增加50–500 Hz频率范围内的噪声，而该频率范围与蛋白质构象运动相重叠。
<img alt="显示在多个频率下经信号滤波和去趋势处理后的蛋白质释放的APD电压图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68093/68093fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图3"> 
图3：单个蛋白质的完整捕获轨迹。 代表性轨迹，包含基线、捕获蛋白质以及蛋白质释放的全过程。捕获前后轨迹中的跳跃由对齐引起。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68093/68093fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="通过纳米孔传感器进行蛋白质检测的过程；电压信号图和频率分析图。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68093/68093fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 4"> 
图 4：常见信号轨迹事件。（A） 从基线较差到基线良好，以及蛋白质靠近热点区域通过的对齐示例。（B） 捕获轨迹，显示从 DNH 热点空置时的基线状态到蛋白质被捕获的过程。（C） 功率谱密度（PSD）图，比较了 （A） 中所示的优良与不良基线以及 （B） 中被捕获蛋白质的信号。较高的 PSD 值表示在特定频率下存在更大的噪声。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68093/68093fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
大多数捕获事件遵循与轨迹相同的总体模式 图3，尽管在实验过程中偶尔可能会出现问题。对于大多数实验，应在完成所需实验后通过关闭激光手动释放蛋白质。然而，在某些情况下，蛋白质可能在无干预的情况下自行离开捕获区域，如图所示 图5A相反，有时即使关闭激光后，蛋白质仍可能停留在捕获位点，这可能是由于蛋白质粘附在样品上的缘故。这种粘附会导致在激光开关过程中产生噪声信号（参见 图5B）。这种现象发生的可能性取决于蛋白质的种类，因为某些蛋白质更容易发生表面吸附41,42使用诸如PEG-硫醇之类的涂层可降低蛋白质粘附的可能性39,43除非有特定研究需求（例如研究蛋白质-蛋白质相互作用），否则另一个问题是双重捕获，即在第一个蛋白质被捕获后，又发生第二个蛋白质的捕获。其特征是透射信号再次出现类似首次捕获的急剧上升，以及标准差的变化（参见 图 5C). 
<img alt="蛋白质捕获实验的电压-时间图；过滤后的信号表示蛋白质动态。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68093/68093fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图 5"> 
图 5：不理想的捕获事件示例。（A） 蛋白质从 DNH 热点意外释放。（B） 蛋白质滞留在 DNH 热点的样品表面示例。（C） 当第二个蛋白质被捕获时，第一个蛋白质仍停留在 DNH 热点中，导致信号轨迹跳跃。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68093/68093fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
一项在代表性实验中进行的操作 原位 将铁加载至脱铁铁蛋白分子展示了利用等离激元纳米镊子作为研究蛋白质构象动态的工具29铁蛋白是一种铁转运蛋白，存在两种状态：不含铁的脱铁铁蛋白（apo-ferritin）和含铁的全铁蛋白（holo-ferritin）。44,45二价铁通过三重通道进入蛋白质，在其中被氧化为三价铁，并储存在蛋白质核心中46. 图6A 展示了在蛋白质被捕获期间，持续灌注亚铁溶液超过 20 分钟的载脂铁蛋白典型捕获轨迹。沿整个轨迹在 b–e 点处采集的 20 秒片段揭示了蛋白质随时间发生的变化。在 图6B，脱铁铁蛋白被固定在标准PBS缓冲液中，且在图谱中未观察到显著变化。 图6C，D 显示了轨迹中标准差（S.D.）的波动，这是由于铁通过蛋白质的三重通道进入所致，导致一种更动态的状态（脱铁态，apo-），此时通道处于开放状态，以及一种更紧凑的状态（全铁态，holo-），此时通道关闭。当铁蛋白分子被铁填满后，便转变为全铁形式（holoform），从而产生稳定的捕获轨迹，如图所示 图6E概率密度函数（PDF）在 图6B-E 进一步展示该蛋白在不同溶液条件下随时间推移所经历的结构变化。
<img alt="电压-时间图显示铁加载过程；实验数据在100 Hz、1 kHz PDF下滤波。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/68093/68093fig06.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="图6"> 
图6: 原位 将铁加载到被捕获的脱铁铁蛋白中。 （A） 捕获载有脱铁铁蛋白分子的DNA纳米孔后，完整记录其全传输轨迹，随后向捕获位点注入亚铁溶液，以观察铁蛋白在铁装载过程中相关的构象变化。 （B） 载铁蛋白在亚铁溶液到达热点前被捕获的20秒捕获轨迹。 （C，D） 暴露于亚铁溶液后脱铁铁蛋白分子的20秒捕获轨迹。蓝色和紫色片段分别标记轨迹中较高的和较低的标准差，指示铁蛋白的柔性与刚性构象。 (E) 暴露于亚铁溶液后载铁蛋白的20秒捕获轨迹 &gt;20分钟。右侧的概率密度函数（PDF）图显示了透射率的分布情况，并以蓝色和紫色段落进行颜色编码。本图改编自29. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68093/68093fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处以查看此图的放大版本。</a>
补充图1：固定在3D打印流动池中的金DNH样品。 将样品置入一个专用插槽中，并使用双面PET胶带将其粘附在流动池上。本研究流动池设计的关键参数及相关测量值均已标注。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68093/SI-1%20Sample%20mounted%20in%20flow%20cell_amended.tif" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充图2：流动池背面，已安装金DNH样品并标记内壁。 样品使用复制用硅胶密封在流动池中。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68093/SI-2%20Inner%20wall%20of%20hole%20in%20flow%20cell.tif" target="_blank">请点击此处下载该文件。</a>
补充图3：带有金DNH的流动池示意图，标注了进液口和出液口。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/68093/SI-3%20Intake%20and%20outtake%20holes.tif" target="_blank">请点击此处下载此文件。</a>

等离激元纳米镊子利用金纳米结构中的局域表面等离激元共振，在纳米尺度的光场中捕获单个纳米颗粒，包括蛋白质。散射信号的变化可揭示蛋白质的存在及其构象动态，从而实现无需荧光标记或表面固定的实时监测。

目前用于表征蛋白质的单分子技术通常需要标记物、连接物，或使用非天然的溶液条件。这些改变……

本研究旨在实时、无标记地在单分子水平上深入探究蛋白质，特别关注那些利用现有技术难以研究或与疾病相关的蛋白质。等离激元纳米镊子最近已展现出其在单分子水平上监测蛋白质与小分子结合后的构象动态、检测解离动力学以及阐明自由能 landscape 的能力。目前，尚无成熟的蛋白质表征技术能够用于研究无标记单分子蛋白质的构象动态。人们认为，等离激元纳米镊子有望在该领域内填补这一空白。这一独特优势有助于我们研究蛋白质构象变化与其生物学功能之间的关系，以及其在疾病发展中的意义。未来的研究将聚焦于内在无序蛋白和膜蛋白，因为这些蛋白中的许多都与阿尔茨海默病、帕金森病以及多种癌症等疾病相关。首先，使用直头镊子将PEG-巯基包被的样品放入3D打印的流动池中，确保金层朝上。剥去透明PET双面胶带一侧的保护膜，小心地将胶带覆盖在样品和流动游戏副本上，注意保持流动池中的纳米结构以及进液/出液孔不被遮挡。使用圆头镊子轻轻按压胶带边缘，使其牢固粘附在流动池和样品上。撕去胶带另一侧的背衬，然后将盖玻片轻轻覆盖在样品上。使用圆头镊子按压盖玻片边缘，使其牢固粘附。该过程在流动池内形成一个高度为50微米、体积为3.5微升的液体通道。使用小型移液枪头，在载玻片上按1:1比例或按照制造商说明，将复制型硅胶溶液A与溶液B等量混合。用混合好的复制型硅胶填充盖玻片与流动池之间的间隙，并轻轻将其推入盖玻片下方。将流动池倒置，小心地在孔的内壁周围涂抹复制用硅胶。轻轻地将硅胶涂抹至样品底部熔融石英可见的边缘处，使样品的金层朝上放置直至干燥，直到复制用硅胶完全固化。确认所有组件均已正确连接后，在计算机上加载微流控系统用户界面。单击 MUX 分配器和导线旁边的播放图标，它们分别控制 12 选 1 旋转阀和 3 通 2 位阀，以打开相应的接口。为绕过 3 通 2 位阀，请打开导线的 1 号端口。将流动池安装到等离激元纳米镊子时，需将入口和出口管路连接至流动池的相应部位。将流动池放置在洁净的纸巾上，金层朝上。以约 0.3 毫升/分钟的高流速向流动池中注入缓冲液。检查液体是否流经流动池内的样品，并确保流动池外部或底部无液体渗出。在100倍物镜上滴加一至两滴浸油。将流动池放置于等离激元纳米镊子载物台上，使金层朝下。使用金属夹固定在磁铁上方，锁紧载物台以确保其位置固定。打开白光光源。启动相机软件，并调节曝光时间和增益，直至纳米结构可见。开启激光器至相对较高的功率，并手动调节Z轴，直至观察到激光光斑。打开压电控制器，并为通信端口和最大电压选择适当的设置。将X、Y和Z轴的值设置为最大电压的一半，以便在所有方向上实现更佳的载物台对准。使用主载物台的X、Y和Z轴控制旋钮，将激光光斑与其中一个双纳米孔（DNH）结构对准。确保雪崩光电二极管（APD）已开启。轻轻关闭等离激元纳米镊子的外壳。打开与APD记录相关的软件，例如自制的LabVIEW用户界面。编辑文件名，并将截止频率设置为1千赫兹。然后指定文件将要保存的目标路径。关闭白光光源，并重新打开激光器。将激光功率调节至适当水平后，使用压电控制器调节X、Y和Z轴，直至APD信号达到最强。避免APD饱和，并尽量减少轨迹的标准偏差。接下来，关闭激光器以延长纳米结构的使用寿命。运行注射泵控制单元和分配器用户界面，设置阀门并抽取所需量的蛋白质。使用微流控装置界面，以与抽出速率相近的流速注入蛋白质溶液。以该流速持续注入，直至蛋白质溶液到达流式池。然后将流速设定为适合捕获的适当值，并等待信号稳定。确认注射泵上的体积和时间与预期值一致。为记录APD信号数据，根据需要使用压电控制器用户界面调节X、Y和Z轴。当观察到透射率及其标准差发生显著变化时，记录下该事件发生的时间，以便后续数据分类。如果实验需要释放蛋白质，关闭激光器约五秒钟，然后重新开启。曲线应显示出透射率的显著变化以及明显降低的标准偏差，表明已回到基线状态。实验完成后，关闭激光器，从三轴平台上取下流动池，并断开微流控系统的管路连接。将流动池放置在洁净的纸巾上，金层朝上。使用手术刀，在玻璃盖片下方的胶水处小心切割，然后轻轻取下并丢弃盖片。将流动池倾斜持握，保持金层朝上，用圆头镊子小心地从流动池底部去除胶水，以释放样品。使用直头镊子夹取样品，并用异丙醇彻底冲洗。使用气枪将样品吹干。一项在去铁铁蛋白分子上进行原位铁负载的代表性实验，展示了等离激元纳米镊子作为研究蛋白质构象动力学工具的应用。载脂铁蛋白在 PBS 溶液中被捕获时，其透射轨迹保持稳定，表明未发生显著的构象变化。当暴露于亚铁溶液后，轨迹的标准差波动增大，表明伴随铁的加载发生了动态的结构变化。经过 20 分钟的铁暴露后，透射轨迹趋于稳定，表明载脂铁蛋白已由脱铁形式转变为全铁形式。概率密度函数图显示，铁负荷后电压分布发生偏移，进一步支持了脱铁铁蛋白向全铁铁蛋白的构象转变。

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科研

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工程

使用等离子体纳米镊子监测单个未修饰蛋白质的构象动力学

等离激元镊子和光子晶体纳米结构可有效提高光学捕获微纳米粒子的效率并实现取向控制。...

利用等离激元与光子晶体纳米结构增强微米和纳米粒子操控

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使用磁镊进行多重单分子力促蛋白水解测量

本文介绍了检测单个荧光标记的蛋白质分子与悬浮在两个光镊微球之间的单个DNA分子相互作用的仪器设备和方法。...

结合单分子操控与成像技术研究蛋白质-DNA相互作用

光镊技术已被用于通过从单个RNA分子的5’和3’端进行拉伸来研究RNA折叠。本文描述了用于光镊实验的RNA分子合成、仪器校准以及操纵单个分子的常用方法。...

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本文介绍了一种集成等离子体激元镊子的微芯片制备工艺。该微芯片能够对捕获的粒子进行成像，以测量其最大捕获力。...

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我们描述了使用原子力显微镜测量单个蛋白质分子力学性质及其机械解折叠路径的详细步骤与策略。同时，我们展示了代表性结果，以作为筛选和判断高质量单个蛋白质分子记录的参考依据。...

使用原子力显微镜对单个蛋白质分子进行力谱分析

我们描述了红外纳米光谱学和高分辨率原子力显微镜在可视化蛋白质自组装形成寡聚体聚集体和淀粉样纤维过程中的应用，该过程与多种人类神经退行性疾病的发病和发展密切相关。...

利用红外纳米光谱与原子力显微镜表征单个蛋白质聚集体

本方案介绍了一种利用光镊研究RNA-蛋白质相互作用的完整实验流程。文中概述了多种可能的实验装置，包括光镊与共聚焦显微镜联用的设置。...

利用光镊研究翻译调控中的RNA-蛋白质相互作用

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利用时间分辨的蛋白质诱导荧光增强技术逐个识别单个α-突触核蛋白单体的稳定局部构象

本方案描述了一种将光镊技术与表面增强拉曼光谱（SERS）相结合的便捷方法，用于操控等离激元纳米粒子以实现对分子的高灵敏度检测。在无需聚集剂的情况下，利用捕获激光将等离激元纳米粒子组装起来，从而增强目标分析物的SERS信号 原位...

等离子体纳米粒子的光镊捕获 原位 表面增强拉曼光谱表征

本文介绍了一种高速磁镊装置，可在最高达 1.2 kHz 的采样速率下对受力敏感的生物分子进行纳米力学测量。我们以 DNA 发夹结构和 SNARE...

高速磁镊技术用于力敏感元件的纳米力学测量

了解等离子体纳米镊子技术，用于实时监测单个未修饰蛋白质的构象动力学变化。该方法无需荧光标记即可研究蛋白质结合与解组装动力学，为神经退行性疾病相关蛋白研究提供新工具。

利用等离激元纳米镊子监测单个未修饰蛋白质的构象动力学

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