�化学科学》:日本团队用单分子动力学分析DNA杂交的基本过程

发表在《化学科学》(化学科学)上的一项研究结果表明，日本东京工业大学的团队利用扫描隧道显微镜(STM)测量单分子电导率的变化来探索DNA“杂交”(双链DNA由两个单链DNA形成)。

研究小组将单链脱氧核糖核酸(ssDNA)附着在由金制成的扫描隧道显微镜的尖端，并通过一种叫做“吸附”的过程使用一种平坦的金膜将互补链粘附到其上。

然后，他们在涂覆的扫描隧道显微镜尖端和金表面之间施加偏置电压，使尖端非常靠近表面而不接触它。反过来，由于一个叫做“量子隧道”的过程，这允许电流流过它们之间的空间。研究人员监控了DNA链相互作用时隧道电流的时间变化。

研究小组获得了梯形电流轨迹。当金表面未被ssDNA修饰或未被非互补链修饰时，不会形成梯形轨迹。

在此基础上，研究人员将这一轨迹归因于双链DNA (dsDNA)的形成，这是由扫描隧道显微镜的尖端和表面之间的杂交产生的。研究人员将电流的突然减少归因于热扰动引起的dsDNA击穿或“去杂交”。

该团队然后使用实验结果和分子动力学模拟来研究去杂交和杂交过程的动力学(反应的时间演化)。前者揭示了一个与DNA浓度无关的平台电导，证实了电流测量反映了单分子电导，而后者表明形成了一个部分杂交的DNA中间体，仅靠电导无法检测到。

有趣的是，对于高浓度的DNA样品，杂交效率更高，这与之前大体积ssDNA溶液的研究结果相矛盾。该团队将这一观察归因于他们的研究缺乏整体扩散。

研究人员说，“这些新的见解应该有助于提高许多基于基因的诊断的性能.这种方法可以推广到研究各种单分子之间的分子间化学反应，从而从机理上理解化学反应，从单分子的角度发现新的化学反应。”