[发明专利]单个生物分子的空间精准定位系统及定位方法

说明书

本发明涉及生物分子定位领域，具体涉及一种单个生物分子的空间精准定位系统及定位方法。本发明采用通过对单个纳米颗粒在传感芯片上的运动过程进行实时动态成像捕获，以此研究传感芯片上单个生物分子的空间位置变化的瞬态信息。所述方法步骤如下：将目标生物分子固定在传感芯片上，单个纳米颗粒表面修饰能够与传感芯片上目标分子发生特异性结合的生物分子，通过生物分子之间的亲和力相互作用，将单个纳米颗粒通过单个生物分子结合对的软链固定在传感芯片表面。实时记录单个纳米颗粒与传感芯片之间修饰的不同生物分子结合对之间运动及转换的原位动态过程，实现精准定位传感芯片表面上修饰的单个生物分子及特异性结合的细节信息。

技术领域

本发明涉及生物分子定位领域，具体涉及一种单个生物分子的空间精准定位系统及定位方法。

背景技术

目前，生命科学的研究已经进入分子层次，从单分子水平上检测生物分子以及研究生物分子之间的相互作用，有助于深入理解生物分子的异质性信息，为更好地揭示生命活动的内在规律和疾病的诊疗提供了重要的理论基础。实现单个生物分子的空间精准定位为实现单个生物分子的传感检测以及研究单个生物分子结合对之间的相互作用提供一种新的研究手段。因此，精准定位单个生物分子的空间位置信息意义重大。

目前，追踪单分子空间信息的主要检测技术有两种：一种是基于荧光标记物的单分子示踪技术，另一种是单分子超分辨成像技术。通过引入荧光标记物，单个生物分子的空间位置信息可以运用宽场接收器从荧光激发成像中提取出来。这些技术提供了解析单分子空间信息的高分辨平台，可以用于研究分子结构，功能，特异性相互作用和细胞内部过。然而，上述技术需要对成百上千条单分子踪迹进行总体平均的分析以克服光学稳定性（猝灭和闪烁等）及荧光强度较弱等缺点。

纳米材料的应用在科学研究中占据举足轻重的地位，为科技进步提供了重要基础，其中纳米颗粒更是在信息传递、能源储备及生物医疗等领域应用广泛。例如，金纳米颗粒由于具有较大的体表比、独特的光学和电磁特性、易于修饰的表面、并且有较好的生物相容性等性质，因此在生物研究和临床检测中应用广泛。利用金纳米颗粒的表面等离激元共振（SPR）成像检测生物分子和研究生物分子相互作用是一个新兴领域，寻求具有原创性的技术原理和系统方法，并将其应用至单个生物分子空间精准定位的研究中，具有重大的科学意义和应用价值。

发明内容

第一方面，本发明提供一种单个生物分子的空间精准定位的系统，该系统包括：

激光发射模块，包括用于产生单色入射激光的激光发射器、用于将单色入射激光转换成p偏振光的光路调整组件、用于放大光路信号的光学显微放大物镜、折射率匹配镜油及用于转换p偏振光入射角度的半透半反镜片；

纳米颗粒图像记录模块，包括用于转换经由光学显微放大物镜的散射光路入射角度的反射镜以及用于获取反射镜反射光成像的图像传感器；

样品反应模块，其包括传感芯片以及用于放置样品溶液的样品池，所属样品池、传感芯片及光学显微放大物镜在自上而下同向设置，p偏振光经由半透半反镜片，以激发SPR的角度入射至光学显微放大物镜和传感芯片，固定在传感芯片上的单个纳米颗粒受激发产生局域等离激元共振效应，其散射信号通过光学显微放大物镜及反射镜的作用后，进入图像传感器，采集图像信号。

在一些实施例中，所述的光路调整组件包括准直透镜、偏振片和聚光透镜，单色入射光经由偏振片转换为p偏振光，聚焦于光学显微放大物镜的后聚焦面上。

在一些实施例中，所述的光学显微放大物镜放大倍数为60X，数值孔径为1.49，在光学显微放大物镜和传感芯片之间填充匹配镜油，该折射率匹配镜油的折射率为1.51。

在一些实施例中，所述的图像传感器为CCD图像传感器或CMOS图像传感器，可进行高信噪比及高速图像捕获及记录。