本文關(guān)鍵詞：功能化金納米顆粒實(shí)時單粒子示蹤分析及其在生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用

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【摘要】：在實(shí)時原位分析中,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)過程中長時間示蹤分析。而細(xì)胞內(nèi)的生命活動或者功能構(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)了橫向為28-36 nm和軸向為68 nm的空間分辨率以及13 Hz的時間分辨率。改進(jìn)的空間分辨率很適用于三維示蹤,而且它的時間分辨率達(dá)到了實(shí)時分析細(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)動最后深入到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的全過程,并且首次揭露了細(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)。隨后我們在甘油溶液中實(shí)時監(jiān)測了單個金納米棒的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,進(jìn)一步運(yùn)用到研究細(xì)胞內(nèi)單個金納米棒的旋轉(zhuǎn)行為,該種方法對研究偏振依賴的納米材料以及納米尺度上生物分子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動行為等具有重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：金納米顆粒 單粒子示蹤 跨膜運(yùn)動 三維超分辨成像 顏色分析 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R318;Q503
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 單粒子示蹤技術(shù)簡介及其應(yīng)用11-13
• 1.2 三維成像技術(shù)的原理和進(jìn)展13-16
• 1.2.1 基于擬合PSF形狀的方法14-15
• 1.2.2 通過傅立葉光學(xué)的PSF工程15-16
• 1.2.3 單分子干涉法16
• 1.3 金納米棒的光學(xué)特性及其應(yīng)用16-20
• 1.3.1 金納米棒的局域表面等離激元共振性質(zhì)16-18
• 1.3.2 各向異性的金納米棒在單粒子示蹤上的應(yīng)用18-20
• 1.4 本研究課題的主要內(nèi)容20-22
• 第2章 三維單粒子示蹤技術(shù)對細(xì)胞膜外基質(zhì)厚度的研究22-32
• 2.1 前言22-23
• 2.2 實(shí)驗部分23-25
• 2.2.1 實(shí)驗試劑23-24
• 2.2.2 三維暗場定位系統(tǒng)的搭建24
• 2.2.3 金納米顆粒的制備24
• 2.2.4 細(xì)胞培養(yǎng)與成像24
• 2.2.5 單個粒子運(yùn)動軌跡的分析24-25
• 2.3 結(jié)果與討論25-30
• 2.3.1 金納米顆粒的表征25-26
• 2.3.2 三維超分辨單分子顯微成像技術(shù)的原理26-29
• 2.3.3 細(xì)胞膜外基質(zhì)厚度的測定29-30
• 2.4 小結(jié)30-32
• 第3章 三維單粒子示蹤技術(shù)實(shí)時監(jiān)測金納米顆粒進(jìn)入細(xì)胞的過程32-41
• 3.1 前言32-33
• 3.2 實(shí)驗部分33-35
• 3.2.1 實(shí)驗試劑33
• 3.2.2 金納米顆粒的修飾與表征33-34
• 3.2.3 三維單粒子成像及示蹤裝置34-35
• 3.2.4 細(xì)胞培養(yǎng)與成像35
• 3.3 結(jié)果與討論35-40
• 3.3.1 功能化金納米顆粒的表征35-36
• 3.3.2 三維單粒子示蹤裝置的定位精度表征36-37
• 3.3.3 活細(xì)胞內(nèi)納米顆粒的實(shí)時三維示蹤分析37-40
• 3.4 小結(jié)40-41
• 第4章 基于顏色分析技術(shù)的金納米棒的空間角度取向檢測41-52
• 4.1 前言41-42
• 4.2 實(shí)驗部分42-44
• 4.2.1 實(shí)驗試劑42
• 4.2.2 金納米棒的制備與修飾42-43
• 4.2.3 暗場偏振成像裝置43
• 4.2.4 細(xì)胞培養(yǎng)與單個金納米棒的成像及示蹤43-44
• 4.3 結(jié)果與討論44-51
• 4.3.1 各向異性的金納米棒的表征44
• 4.3.2 不同偏振角度下金納米棒的散射光顏色變化44-48
• 4.3.3 金納米棒在甘油溶液中的旋轉(zhuǎn)行為48-49
• 4.3.4 金納米棒在活細(xì)胞中的旋轉(zhuǎn)行為49-51
• 4.4 小結(jié)51-52
• 結(jié)論52-54
• 參考文獻(xiàn)54-66
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄66-67
• 致謝67-68

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