非平衡軟物質(zhì)特集: 看見單條DNA與鎖鏈

物質(zhì)由原子與分子所組成的概念是近代科學(xué)最重要的發(fā)展之一, 但是因為分子尺度的大小遠(yuǎn)小于光學(xué)解晰度, 希望能看到單個分子的運動在二十年前還是奢侈的夢想. 近幾年因為螢光顯微技術(shù)的發(fā)展, 目前幾乎可以對任何生物分子進(jìn)行標(biāo)定, 可以在螢光顯微鏡下看到所標(biāo)定分子的運動, 也因為這樣, 觀測單分子運動就變成一種新的研究方式, 用來得到一些量測巨觀整體性質(zhì)所得不到的資訊. 

DNA是生命最重要的分子, 由長鏈的核酸分子構(gòu)成, 雖然DNA的結(jié)構(gòu)資訊已經(jīng)可以從結(jié)晶結(jié)構(gòu)得到, 但是如果能看到單條DNA怎么運動, 怎么對外力有所反應(yīng)(例如流體的剪切力或是電場等)不僅得能到關(guān)于DNA分子的資訊, 也可以協(xié)助例如發(fā)展分離DNA等實際的應(yīng)用. 下面的影片是一個特殊的嘗試, 希望能看清楚DNA是怎么運動的. 

有一類的螢光染劑在跟DNA分子結(jié)合的時候才會發(fā)出強烈的螢光, 所以只要在DNA溶液里加入一點這種染劑, 不需要額外的分離洗淨(jìng)染劑程序就可以看到DNA分子的螢光影像. 一般的DNA影像因為DNA處在3維的空間, 并不容易觀測, 一些研究人員利用很小的空間來侷限D(zhuǎn)NA在一個平面或是小通道來研究DNA的動態(tài). 不過那樣的實驗因為要設(shè)計容器, 所以并不容易. 在影片中DNA都在一個表面上, 表面有用某些化學(xué)處理讓表面帶有正電荷, 因為DNA帶有負(fù)電荷, 所以只要表面電荷的強度控制的好, 就可以讓DNA類似附著在表面上可以又還可以活動. 利用這種方式DNA的動態(tài)就可以清楚的展示出來. 影片中可以看到DNA分子雖然長, 可是不像繩子而是像鎖鏈一樣. 每一段之間都異常柔軟好像可以獨立運動那樣. 因為水分子的隨機撞擊, DNA這種高分子的布朗運動就變成了這種模樣.