單分子檢測技術(shù)課件

單分子檢測SingleMoleculesDetection

高等分析化學(xué)與實(shí)驗(yàn)

OutlineofmypresentationIntroduction Historyandbackground SingleMoleculesDetection(SMD)SMDinmodernchemistryElectrochemicalDetectionFluorescenceSpectroscopyLocalizedSurfacePlasmonResonance(LSPR)Application223Pushyourresearchintoextremes!Extremelysmallspace(submicrometertonanometer)Extremelylowconcentration(picomolar,femtomolar10-15,attomolar)Dynamicenvironment(binding,conformationchanging,diffusion)SingleMoleculesDetection3背景

我們?yōu)槭裁葱枰獑畏肿訖z測？

對超靈敏度檢測技術(shù)的需求！??！

例：AIDS的研究未檢出≠不存在523光學(xué)方法,包括表面增強(qiáng)拉曼光譜、共聚焦熒光顯微法等掃描探針顯微方法,包括掃描隧道顯微鏡等研究方法

1化學(xué)方法,包括電化學(xué)檢測，化學(xué)發(fā)光檢測等6

共同特征123單分子檢測的研究方法

高空間分辨能力；單分子性質(zhì)和行為的捕獲能力；能收集微弱信號(hào)并放大檢測,并做相應(yīng)的分析處理以獲取可信的信息。7單分子電化學(xué)檢測

溶液中分子在兩個(gè)電極間進(jìn)行反復(fù)循環(huán)氧化還原反應(yīng),形成回路和可測量的電流,據(jù)此可進(jìn)行SMD.通過使用特制的納米微電極，將少量待測電活性分子捕獲在納米微電極與基底之間；在擴(kuò)散作用下，分子穿梭于微電極與基底之間，從而形成電流，通過檢測形成的電流從而實(shí)現(xiàn)單分子的檢測?？梢源_定半反應(yīng)電勢自由能及反應(yīng)動(dòng)力學(xué).8單分子電化學(xué)檢測檢測分子：三甲銨甲基二茂鐵

(Cp2FeTMA+)電解質(zhì)：NaNO3電極：Pt-Ir微電極，包裹在納米級(jí)厚度的蠟鞘中?；祝簩?dǎo)電基底檢測方法：掃描電化學(xué)顯微鏡，并采用正反饋工作模式實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大,檢測到pA級(jí)電流。結(jié)果：探針電流呈現(xiàn)離散變化。電流值為0.5pA、1.0pA和0pA的概率大,這3個(gè)電流值分別對應(yīng)著在探測空間中存在1個(gè)、2個(gè)或0個(gè)電活性分子。10單分子熒光檢測

基本原理:在激光照射下,熒光分子從基態(tài)到激發(fā)態(tài),發(fā)射光子回到基態(tài)。根據(jù)熒光壽命和分子在激光束中停留時(shí)間,可算出單個(gè)分子發(fā)射的最大光子數(shù)為105~106。目前光學(xué)檢測系統(tǒng)收集、檢測光子的效率約為1%或0.5%~5%,故單個(gè)分子仍可被檢測到數(shù)千光子信號(hào)。檢出限約為10-13mol/L，應(yīng)用最廣！12單分子熒光檢測操作基本無太大難度，易于實(shí)現(xiàn)；檢測效率比較高；可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)測定生物大分子如蛋白質(zhì)和核酸需要進(jìn)行外部標(biāo)記14局域表面等離子體共振檢測局域表面等離子體是存在于金屬納米粒子或不連續(xù)的金屬納米結(jié)構(gòu)中的電荷密度震蕩。局域表面等離子共振是當(dāng)金屬納米粒子被入射光激發(fā)時(shí),因內(nèi)部自由電子的協(xié)同振蕩而產(chǎn)生的共振。1516光與金屬納米顆粒的相互作用過程：激發(fā)光攜帶一定強(qiáng)度的電場自由電子在電場中開始振蕩激發(fā)電場和電子的振蕩形成共振自由電子吸收能量被共振激發(fā)自由電子返回基態(tài)并釋放能量能量形式：熱能+發(fā)射光子(散射光)局域表面等離子體共振16LSPR傳感器理論上所有的金屬、合金、半導(dǎo)體材料都可以做成LSPR傳感器，常用金、銀、鉑等貴金屬。LSPR的吸收光譜峰值處的吸收波長取決于材料的微觀結(jié)構(gòu)特性，如組成、形狀、大小、局域傳導(dǎo)率。17LSPR傳感器18在生理?xiàng)l