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生物分子的拴系態(tài)是單分子物理、單分子測序等研究的重點。拴系態(tài)分子作為一種中間態(tài)，一端具有游離態(tài)自由擴散的部分屬性，另一端則受到分子錨點的嚴格限制，近似于固定態(tài)。然而，它的分子擴散、介電泳及分子伸展過程涉及的電動力學尚不清楚。探討拴系態(tài)對于揭示該類分子在溶液中的運動模型與分子屬性具有科學意義。近日，中國科學院重慶綠色智能技術(shù)研究院與武漢大學、長春理工大學、芬蘭奧盧大學等合作，在ACS Nano上發(fā)表了題為Directly Characterizing the Capture Radius of Tethered Double-stranded DNA by Single-Molecule Nanopipette Manipulation的研究論文。這一成果被遴選為當期封面。該研究開發(fā)了基于納米毛細管的單分子操控、識別及長度測量系統(tǒng)（SMILE）?？蒲腥藛T利用SMILE對拴系態(tài)雙鏈DNA分子進行捕獲與拉伸操控。該研究發(fā)現(xiàn)了圍繞拴系DNA錨點存在的特征捕獲半徑和拉伸半徑。研究發(fā)現(xiàn)，在不同的捕獲電壓下觀察到針對不同長度DNA的特征捕獲半徑的比例是一致的，且這個比例與它們的回旋半徑比例接近。而對于拉伸半徑，它的比例與輪廓長度的比例一致，且拉伸比例隨著電壓的增加從70%增加到90%。進而，研究通過數(shù)值模擬計算確定了特征捕獲和拉伸半徑的起源，即它們分別受到由熵彈性主導的捕獲勢壘和電場主導的逃逸勢壘的影響。該研究揭示了拴系態(tài)分子被納米孔捕獲的特征長度分布模式。研究表明，拴系態(tài)分子的回旋半徑近似于捕獲半徑的低電壓極限狀態(tài)，為揭示拴系分子的內(nèi)在物理特性奠定了實驗和理論基礎(chǔ)。同時，該成果為生物物理學、基因測序以及包括RNA、蛋白質(zhì)等帶電分子的分子診斷等領(lǐng)域引入了新的測量方法和研究視角。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金及重慶市自然科學基金的支持。論文鏈接SMILE單分子操控系統(tǒng)