单细胞力谱分析仪

 

了解单分子层面复杂的生物过程是预防和治疗癌症及其他疾病的关键，声学力谱仪作为即时可用的单分子检测仪器，实现了活体测量技术的突破以及分子水平上相互作用的成像。

 

AFS单分子声力谱仪（声镊）技术

声学力谱（AFS），是一种用于高度并行操纵单分子的方法。AFS单分子声力谱仪是款商业化的独立仪器，包括一个易于操作和测量的智能化专业显微镜。AFS技术是采用功能强大而成本低廉的芯片装置，能够高精度施加力同时对数千个生物分子进行检测。

AFS单分子声力谱仪（声镊）原理

AFS技术由玻璃微流控芯片和透明的压电变换器构成来产生共振声波。AFS芯片上的声波（超声波）可同时并行地在数千个生物分子（如DNA，RNA或蛋白质）施加亚皮牛顿（pn）到数百皮牛顿（pn）的力，同时具有亚毫秒的响应时间及固有稳定性。

AFS作为一个理想的工具在核酸蛋白、药物蛋白和抗原抗体层面上破译分子间相互作用的详情。AFS技术能够使科学家研究蛋白质的结构与功能相互关系，新的生物机制和细胞力学，也可用于研究和识别自由能图，动力学速率和在反应过程中的中间态。

AFS作为一个高度集成化的系统，包括倒置光学显微镜与软件、工作站及相关电子器件，用户界面友好，操控方便。

AFS单分子声力谱仪（声镊）主要技术特点： 

微流控芯片实验室技术（Lab-on-Chip）

单分子操纵

高度并行

亚毫秒响应时间

固有稳定性

安全和友好的用户界面

高性价比

AFS单分子声力谱仪（声镊）的多功能设计

AFS作为一个高度灵活的单分子检测仪器，其显微镜平台给用户定制和个性化需求提供了多重选择。

通过在200毫米、150毫米、75毫米和50毫米不同镜筒透镜安装距离来改变光学放大倍数

可拆卸侧板便于对光学路径的简单调整

标准25毫米网格便于外部安装射流功能的组件（如注射泵）

特殊设计能够快速简单连接外部放大器

专用芯片底座能够使射流和电子连接安全地接到AFS芯片、简单快速地固定或重新固定

滑动装置用于准确定位和锁定物镜上的样品

配装夹具以确保工作台上流体组件的固定，以便实现多种流动形式，如重力或注射器驱动的流动

AFS单分子声力谱仪（声镊）的应用

应用包括：动态力谱、恒力测试、力-距离曲线、生物聚合物力学、键断裂、微流变学、细胞力学、水凝胶力学性能

AFS单分子声力谱仪（声镊）高精度力学及长度测量

AFS是对单个生物分子进行高精度力学测量的理想工具。我们在此通过对单个DNA分子不同张力程度及使用AFS的跟踪软件测量其长度来证明AFS的高测量精度。

本实验是在被拴在链霉亲和素包裹的聚苯乙烯微球（直径4.5μm）上的单个DNA分子（长度8.4 kbps）上进行的。

用测量之前已生成的对照表来跟踪微球的高度可达纳米精度。

测量过程中，我们将驱动电压的（正负峰间）幅度从0 Vpp增加到2.1 Vpp，相应的声学力从0 pN增加到15.8 pN。AFS软件能实时确定在各种力作用下的DNA长度，以此来探测生物活动，如蛋白质-DNA的相互作用。

具有14位垂直分辨率的信号发生器产生的亚皮牛顿（pN）精度的恒声学力具有数小时的稳定性和亚毫秒的响应时间。

AFS单分子声力谱仪（声镊）并行测量力学性能

AFS拥有强大独特的功能，能够以高度并行的方式实现单分子的测量。因为在很多情况下由热扰动引起的复杂状态及随机的个别状态需要在单个实验中同时测量得到，而AFS并行测量功能恰好实现了此要求，这是非常关键的。在这个单分子的拉力实验中，通过并行测量得到了20个DNA分子的力学参数。

力-拉伸长度曲线

20个独立DNA分子的并行拉伸曲线。我们将张力从0.1 pN增加到48 pN来记录力学-拉伸长度曲线。在一个可视区里同时并行地获得曲线。单分子多数量力学测量功能，可以应用到不同的实验如蛋白质和RNA伸展和核酸酶处理。

高数据量的键断裂测量

统计分析和高数据量采集对于抗体-抗原相互作用的表征是至关重要的。由于AFS多数量分子测试的能力，大量的键可以并行测试，大大减少了测量时间。

这个实验展示了AFS能够在单个测量实验中获取一个完整的251个单分子Dig:: anti-Dig键断裂力分布。 

断裂力柱状图

251个 Dig::anti-Dig 键，拉伸载荷率为2.3 pN/s，每 Dig::anti-Dig 键的断裂力记录下来并绘制成一个断裂力柱状图。此柱状图在相同条件下的单个实验中得到，保证实验的可靠性和重现性。AFS能够应用加载速率跨越几个数量级（10^-4 PN / s到10³ PN / s），使之成为高度并行测量动态力学谱的理想工具。

AFS单分子声力谱仪（声镊）规格参数

AFS是一个真正的测量单分子的工具，包括一个专用的倒置光学显微镜，射流模块和电子组件，集成在一个小箱体内 （300mm×375mm×200mm）。

AFS专用显微镜

 

单色LED照明

波长660 nm

CFI消色差物镜（可升级）

尼康40x、NA 0.65，WD 0.65mm

校正色差，球面像差，模糊和图像的平坦性

电动Z轴物镜台（可升级）

高性能两相步进微平移台，行程范围5 mm，步长50 nm，亚纳米级的稳定性

USB 3.0 CMOS摄像头（可升级）

1280×1024像素（像素大小5.3 μm），1.31兆像素

全视场实时并行测量高达60赫兹

手动XY样品台

微米精度20毫米行程范围

双燕尾导轨，使用户能测量样品内不同的位置

配带有刻度按钮的细牙螺纹轴

信号发生器（可升级）

能承受共振声波达10Vpp（电压峰峰值，在50Ω阻抗下）

可以实现10-5 赫兹到千赫兹甚至千赫兹以上频率范围的不同时间尺度的动态力学谱和力的扫描

超越的稳定性和重现性

在14位垂直分辨率下的静态和动态力测量

AFS单分子声力谱仪（声镊）芯片

AFS系统包含三种AFS芯片，每个AFS芯片都会提前校准并且给出芯片的共振频率

加载速率范围：10^-4 PN / s到10³ PN / s

AFS芯片尺寸：45 mm x 15 mm x 1.275 mm

加载力：大于200 pN（4.5µm的聚苯乙烯微球，采用电压放大器）

全新的AFS芯片设计

我们将不断地改进AFS芯片。与AFS用户密切合作，提高芯片的性能、功能和可用性。