功能化金納米顆粒實(shí)時(shí)單粒子示蹤分析及其在生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用.pdf

1、在實(shí)時(shí)原位分析中，單粒子示蹤技術(shù)是分析許多生物過程以及判斷生物體的組織構(gòu)架的強(qiáng)有力手段。金納米顆粒憑借其獨(dú)特的光學(xué)特性，而且耐光漂白，使其能夠在重要的生物學(xué)過程中長時(shí)間示蹤分析。而細(xì)胞內(nèi)的生命活動(dòng)或者功能構(gòu)架都是在三維空間內(nèi)展開的，并且很多亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)都在微米到納米尺度，光學(xué)衍射極限的存在限制了我們使用光學(xué)顯微鏡觀察這些生物樣品，因此發(fā)展可行的高分辨三維成像技術(shù)用來研究生命活動(dòng)的機(jī)制和功能尤為重要?；诖?，本論文以金納米顆粒為探針，利用暗

2、場光學(xué)顯微鏡作為成像系統(tǒng)，開展一系列工作，包括：
　　在第2章中，為了提高單粒子示蹤技術(shù)在軸向的定位精度，我們建立了以金納米顆粒為探針的三維超分辨單分子顯微成像技術(shù)，通過在暗場顯微鏡的光路中引入一個(gè)長焦距的平凸柱面鏡來打破光學(xué)系統(tǒng)的軸對稱性，從而產(chǎn)生 x、y軸向上的光程差，即可以從二維的散光信息中提取三維空間位置的信息編碼。進(jìn)一步應(yīng)用這種方法定位了在細(xì)胞膜外基質(zhì)（PCM）以及細(xì)胞膜層上金納米顆粒的z軸位置，然后從軸向定位分布中，我

3、們獲得了PCM層的大致厚度為5.35μm，為進(jìn)一步研究納米顆粒和細(xì)胞膜外基質(zhì)的相互作用奠定了基礎(chǔ)。
　　在第3章中，基于我們之前的三維超分辨單分子顯微成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)了橫向?yàn)?8-36 nm和軸向?yàn)?8 nm的空間分辨率以及13 Hz的時(shí)間分辨率。改進(jìn)的空間分辨率很適用于三維示蹤，而且它的時(shí)間分辨率達(dá)到了實(shí)時(shí)分析細(xì)胞內(nèi)吞過程的要求，因此我們詳細(xì)記錄了細(xì)胞穿膜肽修飾的金納米顆粒從細(xì)胞膜表面通過跨膜運(yùn)動(dòng)最后深入到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的全過程，并且首次

4、揭露了細(xì)胞穿膜肽修飾的金納米顆粒的內(nèi)吞速率，可幫助我們了解細(xì)胞穿膜肽運(yùn)載貨物背后詳細(xì)的機(jī)理步驟。
　　在第4章中，我們提出了一種基于顏色分析技術(shù)的金納米棒空間角度取向檢測的方法，即根據(jù)單個(gè)金納米棒在不同偏振角度下的散射光信號顏色變化，利用暗場偏振成像技術(shù)推斷金納米棒的空間取向。通過轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片方向來改變與金納米棒之間的夾角，從而得到一系列偏振角度對應(yīng)散射光顏色的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)不同偏振角度下散射光的顏色強(qiáng)度值是角度的余弦平方函數(shù)。隨后我們