[发明专利]在小力下测算磁镊高度转换系数的方法及应用

说明书

本发明提供了一种在小力下测算磁镊高度转换系数的方法，所述方法包括：使用同源重组蛋白与DNA结合形成的核蛋白丝作为绝对标尺，通过所述核蛋白丝形成前后的高度差和DNA的碱基数，测算磁镊高度转换系数，还提供了其应用。测算转换系数是仪器校正的重要环节，具有十分重要的地位，在更换仪器配件、物镜镜头、物镜浸油和调整光路后均需要重新校准。本发明可以降低仪器搭建所需要的成本和环境噪声，达到快速简单测算系数的目的。

技术领域

本发明涉及单分子生物物理的技术领域，具体涉及一种使用在小力下测算磁镊高度转换系数的方法及应用。

背景技术

磁镊是一种常见的研究单分子生物物理的手段，研究对象通常为DNA、RNA、蛋白质等生物大分子。在研究中，将生物大分子的一端与顺磁小球连接，另一端与盖玻片连接。磁球的衍射环形状随着在溶液中高度的变化有所区别，通过磁球的衍射环形状，我们可以得到其空间中的位置。同时通过对磁场梯度的控制，能够改变磁铁施加在顺磁小球上的力，进而改变作用在生物大分子上的力，使其结构发生改变。当大分子结构发生改变，其伸长也会相应变化，磁球在反应体系中的位置高度改变。通过这些高度变化与时间的关系，可以得到生物大分子的动力学信息。

磁镊通常分为3个组成部分，1)光源部分2)物镜放大部分3)图像收集处理部分，如图1所示。

光源部分一般是由光纤或者LED激光器组成，通过科勒照明的方式将光投在顺磁小球上，产生的衍射换被物镜放大，最后衍射环的图像被CCD相机捕捉到，而衍射换的形状与磁球在空间中的位置有着直接的关系。在采集数据之前，必须通过校准步骤，记录磁球在不同高度时衍射环的形状，再通过插值算法得到磁球在连续位置下的衍射环形状，如图2所示。因此为了收集不同位置衍射环的信息，需要在物镜上安装“压电陶瓷”组件，其通过调节电压，可以实现2nm以下精度的位移，通过压电陶瓷，能够以50nm的间距记录衍射换的信息，完成校准曲线。

然而在进行实验时，发生高度变化的是溶液中的磁球而不是压电陶瓷，光从实验体系的水溶液(折射率＝1.33)进入到物镜上浸油(折射率＝1.51)中会发生折射，图像采集系统采到的衍射环变化并非磁球在溶液中的真实变化，磁球的实际位移需要乘以一个转换系数，才能得到真实的位移。由于成像光路为近场光学，准确参数需要进行复杂的建模和模拟运算，所以最理想的方法是通过一个已知长度的分子，用实验的方法将磁镊的转换系数计算出来。系数本质上是仪器观测到的高度变化与反应实际高度变化的比值。

实验室的广泛做法是通过拉伸一根lambda DNA，得到它在不同力下(0～70pN)的伸长长度，通过WLC model function拟合这条拉伸曲线。由于特定离子浓度下的WLC方程的各项参数已知，因此拟合后可以得到真实的拉伸长度，计算出高度转换系数。但是这个方法的局限性是需要使用较高的磁力，需要大力环境下的数据才能使拟合结果最为精确，而大力的条件需要减少磁铁的缝间距，导致通光量减少，不得不更换更昂贵的大功率LED光源。大功率光源会增加很多仪器的成本，另外其热量的散发会对反应体系产生影响，0.1℃的涨落会对仪器产生5nm的环境噪声。因此如何通过其他方法，在避免使用大功率激光的前提下测的磁镊的高度转换系数是一个十分重要的问题，迫切需要一种能在小力下计算长度转换系数的方法。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种在小力下测算磁镊高度转换系数的方法及应用。

在阐述本发明内容之前，定义本文中所使用的术语如下：

术语“磁镊高度转换系数”是指：由于折射率导致的，磁镊实验中实际高度与测量高度之间的转换系数。

术语“小力”是指：小于30pN的力。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种在小力下测算磁镊高度转换系数的方法，所述方法包括：

使用同源重组蛋白与DNA结合形成的核蛋白丝作为绝对标尺，通过所述核蛋白丝形成前后的高度差和DNA的碱基数，测算磁镊高度转换系数。