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物質由原子與分子所組成的概念是近代科學最重要的發展之一, 但是因為分子尺度的大小遠小於光學解晰度, 希望能看到單個分子的運動在二十年前還是奢侈的夢想. 近幾年因為螢光顯微技術的發展, 目前幾乎可以對任何生物分子進行標定, 可以在螢光顯微鏡下看到所標定分子的運動, 也因為這樣, 觀測單分子運動就變成一種新的研究方式, 用來得到一些量測巨觀整體性質所得不到的資訊.
DNA是生命最重要的分子, 由長鏈的核酸分子構成, 雖然DNA的結構資訊已經可以從結晶結構得到, 但是如果能看到單條DNA怎麼運動, 怎麼對外力有所反應(例如流體的剪切力或是電場等)不僅得能到關於DNA分子的資訊, 也可以協助例如發展分離DNA等實際的應用. 下面的影片是一個特殊的嘗試, 希望能看清楚DNA是怎麼運動的.
有一類的螢光染劑在跟DNA分子結合的時候才會發出強烈的螢光, 所以只要在DNA溶液裡加入一點這種染劑, 不需要額外的分離洗淨染劑程序就可以看到DNA分子的螢光影像. 一般的DNA影像因為DNA處在3維的空間, 並不容易觀測, 一些研究人員利用很小的空間來侷限DNA在一個平面或是小通道來研究DNA的動態. 不過那樣的實驗因為要設計容器, 所以並不容易. 在影片中DNA都在一個表面上, 表面有用某些化學處理讓表面帶有正電荷, 因為DNA帶有負電荷, 所以只要表面電荷的強度控制的好, 就可以讓DNA類似附著在表面上可以又還可以活動. 利用這種方式DNA的動態就可以清楚的展示出來. 影片中可以看到DNA分子雖然長, 可是不像繩子而是像鎖鏈一樣. 每一段之間都異常柔軟好像可以獨立運動那樣. 因為水分子的隨機撞擊, DNA這種高分子的布朗運動就變成了這種模樣.
八月紀念特集: 屬於scimage的故事 – 非平衡軟物質 目錄
本文原發表於科學影像Scimage
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