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单分子力测量技术被广泛用于界面相互作用、高分子力化学、生物分子间的动态结合与解离、蛋白质构象变化、细胞刚度、软物质材料的力学特性等多个领域中的测量，是一种全新的科学研究方法。本书介绍了单分子力谱的发展、科研应用以及几种实现单分子力谱的手段方法，并重点介绍了原子力显微镜在不同模式下的工作原理以及单分子力测量的实现方法；详细介绍了用于不同实验场景的探针修饰、样品测量体系构建的方法、数据处理及分析、理论模型和**的科研实践等内容。

目录

丛书序

前言

第1章 原子力显微镜及单分子力谱技术概述 1

参考文献 5

第2章 几种单分子力谱测量平台 7

2.1 基于磁镊的单分子力谱技术 7

2.2 基于光镊的单分子力谱技术 11

2.3 生物膜力学测量系统 15

2.4 不同设备的联用 17

参考文献 20

第3章 原子力显微镜成像原理及其单分子力谱应用 23

3.1 原子力显微镜工作模式及其原理 23

3.1.1 压电陶瓷的工作原理与特点 24

3.1.2 位置传感器与闭环回路 26

3.1.3 样品扫描与探针扫描的两种设计 26

3.2 探针 28

3.2.1 悬臂校准 29

3.2.2 液体中用于成像的针尖和悬臂 30

3.2.3 液体中悬臂的动力学 31

3.3 原子力显微镜基本成像模式 32

3.3.1 接触模式 32

3.3.2 轻敲模式 34

3.3.3 基于力曲线的成像模式 35

3.4 基于原子力显微镜的单分子力谱 39

3.5 应用举例 42

3.5.1 利用针尖与目标分子间的非特异性相互作用进行力谱研究 42

3.5.2 利用针尖修饰的方法进行单分子力谱实验 47

参考文献 50

第4章 基于单分子力谱的分子识别成像 55

4.1 分子成像识别的发展与基于力曲线的分子识别 55

4.2 基于峰值力轻敲模式或定量成像模式的分子识别成像 60

4.2.1 探针的选择与修饰 60

4.2.2 接触力与接触时间的设置 62

4.2.3 力加载速率的调整与分析 64

4.2.4 成像时间的计算 67

4.3 基于单分子力谱的分子识别成像的应用进展 67

4.3.1 分子级别高分辨成像与识别 67

4.3.2 生物膜上的分子识别与动力学 69

4.3.3 细胞表面分子识别与动力学 71

参考文献 75

第5章 衬底与探针的化学修饰 79

5.1 化学修饰的设计原则 79

5.1.1 单分子修饰实验需要考虑的基本问题 80

5.1.2 化学反应选择的基本原则 81

5.1.3 化学修饰的常用方法 83

5.2 安全警示 86

5.3 探针、衬底表面清洁与羟基功能化 86

5.3.1 铬酸洗液方法 86

5.3.2 食人鱼洗液方法 88

5.3.3 紫外–臭氧清洗 90

5.3.4 等离子体清洗 90

5.3.5 金衬底与镀金探针的清洁 91

5.4 探针、衬底表面功能化：分子偶联的 步 91

5.4.1 硅烷化反应实现表面功能化 92

5.4.2 乙醇胺对硅基表面功能化 95

5.4.3 基于金—硫键的金衬底功能化 96

5.5 双官能团分子 97

5.5.1 同双官能团分子 97

5.5.2 异双官能团分子 98

5.5.3 双官能团长链分子 99

5.6 常用化学偶联反应 101

5.6.1 氨基与羧基偶联 101

5.6.2 氨基与醛基偶联 104

5.6.3 巯基与双键偶联 105

5.6.4 环氧乙烷衍生物的选择性偶联 109

5.6.5 点击化学 110

5.6.6 Staudinger 偶联反应 111

5.7 基于蛋白质的生物偶联反应 113

5.7.1 半胱氨酸偶联 114

5.7.2 组氨酸标签 115

5.7.3 Sortase A 连接 LPXTG 标签与 GGG 标签 116

5.7.4 OaAEP1 连接 NGL 标签与 GL 标签 118

5.7.5 SFP 连接 ybbR 标签与辅酶 A 118

5.7.6 Halo-Tag 方法 119

5.7.7 SNAP-Tag 方法 120

5.7.8 异肽键方法 121

5.7.9 非天然氨基酸方法 123

5.7.10 融合蛋白构建简介 124

参考文献 125

第6章 力谱数据采集 133

6.1 探针校准 133

6.1.1 接触依赖方法 133

6.1.2 不接触依赖方法 135

6.2 力谱模式 135

6.2.1 拉伸模式 136

6.2.2 力钳模式 139

6.2.3 重折叠模式 141

6.2.4 自定义组合模式 142

6.3 原子力显微镜力谱数据采集与修正 142

6.3.1 力谱数据噪声 142

6.3.2 漂移处理 143

6.3.3 分子伸长修正 144

6.3.4 黏滞力修正 145

6.4 单分子事件判断与策略–力谱数据粗筛 147

6.4.1 统计学要求 147

6.4.2 力谱数据粗筛 148

6.4.3 单分子力谱检测效率 149

参考文献 150

第7章 力谱数据分析 153

7.1 自由链与蠕虫链模型 153

7.2 单分子力谱曲线链模型拟合与单分子事件判定 159

7.2.1 拉伸模式力谱曲线的拟合 159

7.2.2 力钳模式下力谱数据的拟合 161

7.2.3 特殊力谱曲线分析 161

7.3 单分子力谱实验中的两态模型和转变态理论 163

7.4 单分子力谱动力学谱分析 165

7.4.1 Bell 模型 167

7.4.2 其他模型 169

参考文献 172

索引 174

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书籍介绍

单分子力测量技术被广泛用于界面相互作用、高分子力化学、生物分子间的动态结合与解离、蛋白质构象变化、细胞刚度、软物质材料的力学特性等多个领域中的测量，是一种全新的科学研究方法。《原子力显微镜单分子力谱》介绍了单分子力谱的发展、科研应用以及几种实现单分子力谱的手段方法，并重点介绍了原子力显微镜在不同模式下的工作原理以及单分子力测量的实现方法；详细介绍了用于不同实验场景的探针修饰、样品测量体系构建的方法、数据处理及分析、理论模型和**的科研实践等内容。