[发明专利]分子检测系统

说明书

发明领域

本发明涉及分子检测系统。具体但不排他地，本发明涉及分子传感器， 其利用被称为二色性的光学现象识别特定分子在物质中的存在。

发明背景

就其本性而言，有机体含有许多复杂的分子和分子聚集体。一些最重 要的分子和聚集体是大的，并且具有高纵横比(即，与任何其它轴相比，一 个轴的长度显著更大)。利用光学设备特定地检测这些高纵横比的分子是已 知的。这种设备依赖于这些长的分子与偏振光(即，具有仅在一个方向上建 立的电场的光)相互作用的方式。

在上述设备中利用的现象被称为二色性。可以使入射光线性偏振产生 线性二色性(LD)，或使其圆偏振产生圆二色性(CD)。LD是一些分子结构 由于沿两条正交轴有差异地吸收线性偏振光所表现出的性质。CD涉及对 左和右圆偏振光的吸收的差异。能够选择性地吸收光的分子被称为生色 团。二色性分子，即表现出二色性性质的那些，是一类特别的生色团。二 色性材料的实例是某些天然晶体、拉伸聚合物，以及其它非各向同性分子。 生物分子含有广泛的生色团(包括芳族侧链、核苷酸和肽主链)。

为了能够观察二色性效应，生色团必须相对于入射偏振光束排列，或 至少部分排列。此要求的优点在于，允许在非排列的分子的环境中仅从排 列的分子提取数据。然而，到目前为止，此要求也使上述技术的应用主要 限于具有高纵横比的大的分子的研究，因为这些分子易于排列。如果一条 轴显著长于另一条轴，则认为分子具有高纵横比。适宜的分子可以具有棒、 盘或十字形的形状。取决于分子的劲度，100∶1的纵横比可能足以促进排 列，但是优选大于1000∶1的纵横比。已经被成功排列的令人感兴趣的部分 的一些实例包括：DNA形式的线型生物分子、纤维状蛋白和膜(包括膜蛋 白)(Marrington R，Small E，Rodger A，Dafforn TR，Addinall SG，“FtsZ 纤维成束是由结合GTP中的构象变化引起的(FtsZ fiber bundling is triggered by a conformational change in bound GTP)”生物化学杂志(J Biol Chem)2004；279(47)：48821-48829；Dafforn TR，Rajendra J，Halsall DJ， Serpell LC，Rodger A，“用于小体积、低波长的微量流动池中的结构测定 和动力学的蛋白纤维线性二色性(Protein fiber linear dichroism for structure determination and kinetics in a low-volume，low-wavelength couvette flow cell)”生物物理学杂志(Biophys J)2004；86(1 Pt 1)：404-410；Dafforn TR， Rodger A，“生物分子的线性二色性：出路在哪？(Linear dichroism of biomolecules：which way is up？)”结构生物学新观点(Curr Opin Struct Biol) 2004；14(5)：541-546；Halsall DJ，Rodger A，Dafforn TR，“用于检测单 碱基对突变的线性二色性(Linear dichroism for the detection of single base pair mutations)”化学通讯(Chem Commun)(Camb)2001(23)：2410-2411)。

使这种分子排列的特别方便的方法是制备包括所述分子的溶液，然后 使该溶液流动。归因于分子的伸长本性，由流动所产生的剪切力导致出现 排列，从而使得该样品适合于表现出线性二色性的效应。

在已知的设备中，一旦感兴趣的分子已经排列，就引导线性偏振光从 基本上垂直于排列的分子的轴的方向通过溶液。因为在特定波长处，辐射 的电场在特定方向上推动分子中的电子，所以在分子内发生光的吸收。当 数个分子被类似地排列时，每个分子中的电子的特征都在于相同的优选净 位移方向。LD是入射光的吸光度在两个正交偏振化之间的差异的量度。 改变入射光的波长并且检测从样品出射的光，可以得到示出样品的吸光度 相对于波长的谱图。