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非平衡軟物質特集: 看見單條DNA與鎖鏈

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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