[发明专利]一种用于激活微生物体内光敏蛋白的装置及应用

说明书

技术领域

本发明属于生物工程领域，具体涉及一种用于激活微生物体内光敏蛋白的装置及应用。

背景技术

基于光敏蛋白的超分辨率显微成像技术是最近几年才发现的一种分辨率可以达到纳米级别、且优于激光共聚焦的单分子成像技术。该技术的原理是通过激光将原本不呈现荧光（或不释放光子）的蛋白进行激活，激活后的蛋白可以释放光子信号，然后采用光激活定位显微技术：PALM (Photoactivatable localization microscopy)或STORM (Stochastic optical reconstruction microscopy) 捕捉光子信号。这些光敏蛋白其实是对普通的荧光蛋白进行突变修饰，修饰后的蛋白不产生荧光或者不释放光子，只有用405 nm激光激发后才能产生荧光（即释放光子）或者发生光转换（即从一种颜色的荧光转变成另外一种颜色）。目前已经报道的可以被405 nm激光激活的光敏特征的蛋白有：PAGFP、 PATag-RFP、PAmCherry、mKO、YPet、mEos2(G)、Emerald、Cerulean等。

Zeiss和Nikon目前已有商业化的光激活定位显微镜出售，价格是激光共聚焦显微镜的数倍，目前在国内还没有普及，但是作为新一代超分辨率三维成像技术，必定代表将来显微成像技术的发展方向。由于光激活定位显微镜采用的是对光子信号进行捕捉，只有对光子捕捉到一定数量之后，才能实现三维成像，因此从样品上机到完成图像采集，通常需要2-3个小时甚至更长。因此，对于含有光敏蛋白基因的重组细菌，这些蛋白在细菌内能否正确表达、能否呈现荧光、能否释放光子等，在进行PALM分析之前实验者是不清楚的。从实验者的角度考虑，其更关心的是样品被405 nm激光激发之后必须呈现荧光。对于虽经过激光激发也不呈现任何荧光、或者激发后不发生荧光转换的样品都是无效样品。这提示光敏蛋白在微生物内没有表达；或者虽然表达，但是蛋白结构已经发生变化，不再具有光敏蛋白的特性，也无法进行PALM分析。对于这些无效的样品，如果直接用PALM分析，从时间和资源的角度考虑是一种巨大浪费，也大大减少了激光器的寿命。因此，研究者希望能够通过一个简单的装置，在PALM分析之前，借助普通的荧光显微镜对样品是否具有光敏特征做出初步判断。由于光敏蛋白必须经过405 nm激光激发后才能呈现荧光，对于生长于96孔细胞培养板或者平皿的细菌，直接用激光器发射的激光激发是不可能的，也是不现实的。因为激光器是非常精密的高价值仪器，开机时间具有使用寿命限制，不允许反复多次开启；而且激光器发射的激光束为不足1 mm²的聚焦点，显然对于96孔培养板（87x126 mm）和圆形培养皿（d=86 mm）是不合适的。激光器发射的激光只能聚焦于显微镜镜头下方的微小视野。因此，如何研发一种可以替代激光器，且能发射405 nm光谱的辅助装置尤为必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于激活微生物体内光敏蛋白的装置及应用。是将特殊的微型紫外发光二极管（波峰为405 nm）通过印刷电路板（即PCB板）焊接在一起，制作成与实验室96孔细胞培养板（或者96孔酶标板、方形培养皿）或圆形培养皿形状一致的装置。该装置通过紫外光对培养的细菌菌液或者菌落表达的蛋白进行激发，进而使细菌表达的蛋白发出光子信号，呈现荧光或者发生荧光转换。细菌发出的光子信号可以被特殊的光激活定位显微镜捕捉，从而实现分辨率为纳米级别的单分子成像和特定蛋白精确定位。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种用于激活微生物体内光敏蛋白的装置，包括外接的电源转换器；该装置的主体结构是一张印刷电路板，印刷电路板上布设若干个完全相同的紫外发光二极管，各发光二极管和辅助电子元件通过印刷电路板实现连接；每个发光二极管的发射波长为395～415 nm，波峰为405 nm，正向导通电压为3.5V，功率为10-40 mW，辐射角度为30度，二极管直径小于6 mm。

本发明中，所述印刷电路板呈正方形，紫外发光二极管的数量为96个，发光二极管布局为8×12的方形矩阵形式，且每个紫外灯泡的位置均与96孔酶标板上的孔的位置相互对应。

本发明中，所述印刷电路板呈圆形，紫外发光二极管的数量为49～64个，发光二极管布局为圆形矩阵形式，且最外圈的二极管所构成的圆的直径小于圆形培养皿的直径。

本发明中，所述外接的电源转换器是提供5～24V电压、660 mA电源的电源转换器。