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[[File:单分子技术1.jpg|缩略图|单分子技术[https://www.keguanjp.com/kgjp_keji/imgs/2019/05/2019_0531_1_1.jpg 原图链接][https://www.keguanjp.com/kgjp_keji/imgs/2019/05/2019_0531_1_1.jpg 图片来源优酷网]]]生命单元的基本功能主要取决于 [[ 单个大分子 ]] ，单分子操纵方法在研究单个生物分子的性质上有着独特的优势。与测量分子集合体整体性质的传统方法(如 [[ 光散射 ]] ， [[ 光偏振 ]] ， [[ 粘滞性 ]] 等)相比，单分子技术具有直接，准确，实时等优点。

单分子操作技术主要应用一定的实验仪器和方法，对单个分子进行操作，它包括 [[ 原子力显微镜技术 ]] 、 [[ 光镊技术 ]] 、 [[ 单分子荧光光谱技术 ]] 等。

原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM） ；<ref>[https://baike.baidu.com/reference/6916544/af1aRSSJMEpE6kUNhLnTxY6DZP9OpXtsDGDIy-gXR-O35wbsBFsnr5ceWd8QVbQz_74UJ0EOOya9CpDHf2du0SajQgo95xzROUOiLyfF8OCy3wgwUzEZtERZ5ZNbotkqfUDRYUHyPLqacAN2hU1xoq-qHm-2H0r518sEO8_rgiHxsNCOTNIwiFPVcLMenhyUbFS7qMqpgSSZMOulUGhPYqVDDCALrEUt-iJhrHZOvahcQYx5WMorZfAsXsVB2F1gbNdHpDZR9Qo3GSCcTUYRlx-FjXFHI3YFfrWVJ3n96rhvVdIwZN4Lk4tBf9fybQ7Ul9pYIjmKUZt08T1EFyVa0ehXuSekw1RiAJp67XTJzrZJU_B36KwecbVog1ZVqXdZsFgNPoJamz5NqHa8lg9rrBDE4De3R0olIuPIAN-b-heW0YWvuPxpuXRxZ9PPbg4jVsXdCuWED7K5c_9zdgOWKIGl4ezE5RtBzQPxam5LnpCgOMo66QgARgjjqgStXPHwfIXRpHs4f1LQZ1vvox7tBejtzF87GqSagA  中国知网，引用日期2015-01-24] </ref> 是由IBM公司的Binning与斯坦福大学的Quate于1985年发明的，其目的是为了使非导体也可以采用扫描探针显微镜（SPM） ；<ref>[https://baike.baidu.com/reference/6916544/df1by_qIjo_unnnGDGNQhAE3ru3Hjy6NvBXopnIqL44oYsvAQsDYwXf3DfAKxq-6uZy5hC1MDl4PSbpPqA_BYCcAJYWYHG3E5st52vN5N1YrM526MW7mVsYY4v3W6uSlISh_Grzj1PDYfZA_VSoyn1V0dKWq0Q6sNB0xfaChpFXGOmUnqgfdzUqFYwn6V1SNLwhpBJcIXjoio4tkq9dOxme96_pa_2nt9ovvdSz79rIcFQpnTYO97BQD-TqxJtfWHyDp1xJdszCeZKAInYmALioiWP-TO5NGpPNu2yAVPf1qLMTnxz4HSgBDDOg60nO1ZUlmmHMld6t2vUXHJeRY8R40NHEPYYkAMN5VlipJ2HZ7alUGwu6u9nvkj-AnSFzLZB_-oqltuEn4PHr9AOGNk-q7KQhBR5WPnzoWfUZN64f6QDIOoU7oihvowNcZEAxLINNynkDUNdfkhSkNXfqedxUKM7aTWsONUNSb0OwKHuSS_PlUZPkDsxQbOCH_V6ayudkfAoIJU852yUkR9ly4ouRmf4tH9cQK5A  中国知网，引用日期2015-01-24] </ref> 进行观测。原子力显微镜通过探针与被测样品之间的微弱的相互作用力( 原子间力) 来获得物质表面的形貌。原子力显微镜将探针装在一弹性微悬臂的一端, 微悬臂的另一端固定, 当 [[ 探针 ]] 在样品表面 [[ 扫描 ]] 时, 探针与样品表面原子间的排斥力会使得微悬臂轻微变形, 当一束激光经微悬臂的背面反射到 [[ 光电检测器]],可以精确测量微悬臂的微小变形, 这样就实现了通过检测样品与探针之间的原子排斥力来反映样品表面形貌和其他表面结构。

单分子光谱技术( single-molecule spectroscopy, SMS) <ref>[https://baike.baidu.com/reference/6916544/d668n6xyDpKtrBSd-RJZYQX69wYQYLTj6p0I3qzJDyhsljnkxncBGBvpYEWTwk7DYpbHMMrw-5H_MhFBPuLle4MyhnawaPHjhMmoETswibKPLbld1vwp  知网空间，引用日期2015-01-24] </ref> 是将荧光基团标记在生物大分子上, 标记在生物大分子上的荧光基团发生各种特性变化, 通过 [[ 光谱 ]] 分析等就能够得到有关分子间相互作用、 [[ 酶活性 ]] 、反应动力学、 [[ 构象 ]] 动力学、分子运动自由度以及在化学和静电环境下活性改变的信息。[[File:单分子技术2.png|缩略图|单分子技术[http://manu60.magtech.com.cn/biotech/fileup/1671-8135/FIGURE/2021-41-4/Images/1671-8135-41-4-47/img_4.png 原图链接][http://manu60.magtech.com.cn/biotech/fileup/1671-8135/FIGURE/2021-41-4/Images/1671-8135-41-4-47/img_4.png 图片来源优酷网]]]

核酸单分子操作研究起始于 1992 年 Smith 等对单个 DNA 分子的弹性测量。实验装置如图 1 所示, 一段双链 DNA 分子的一端连接到玻璃表面上, 另一端连接到磁性小球上。DNA 分子连接到不同固体表面是通过生物素-链霉抗生物素蛋白、地高辛免疫的特异反应来实现的, 这类方法至今仍是这个领域的常用方法。整个体系的组装在溶液中完成, 在外加磁力的作用下, DNA 被拉伸, 借助于显微镜, 就能测量到小球的位移。这样, 就可以得到在不同盐浓度缓冲液中的单个 DNA 多聚体( 48502 个 [[ 碱基 ]] 对) 的力-延伸曲线, 并且在这个实验中力最大只增加到10 皮牛顿。在作用力很小的体系中, 双链 DNA 的弹性是由熵的竞争所控制, 熵的竞争导致DNA 分子螺旋, 而外部作用力则拉伸 DNA 分子。在力-延伸曲线中可观测到一重要偏离, 而这与高聚物弹性自由连接链模型( the freely jointed chain model ofpolymer elasticity) 预测相一致, 表明DNA 在溶液中有重要的局部弯曲。在蠕虫样链模型( the wormlikechain model) 中, DNA 分子是一个热量变动诱导延伸的弹性管子, 它能提供双链 DNA 在微力作用下弹性变化较好的理论解释。

与DNA、蛋白质-DNA 相互作用有关的酶学 <ref>[https://baike.baidu.com/reference/6916544/d171luS_HVlfEOikozxoujPTmGHclzSk32yDLb55rMzuZH572BM_bq_YS8iFzkv5NMQ2EDwrUwNca9SlhlVVLaJGnQiEvzIDO1Jut64A5gJkAC2_VsUPBlIsiX-i9siK4hs4Wa8UKr6pc2Dg3mwAfwkWL0n5ROUZG4C3lFkUe2EURVyXMKBg1mdauQwwP7k6LkUlQQ_KZhZ5YoXFuuzKv9jy83g5A3VPNiQ8qKapHbxUzYYhZCM7L68_AHmBqx3_DX8givGQ1Jn_ZbyBVfLpkrNMrjj1JAskj8b6BfibzwzYP6ISu7yYBSJOH3pjAmJPcocc2SxB2RRiKXnHELvIgMjBGSxEQboirEHk0Vu4NecObdSUDUOUwwS7BHWK2u8ybPoQHLOMrba7-tl6vaDGQM-zZvLYky1q_hnlRLiOcHSFe36uYv30NBeGG7yorIhzbtrRd0EHBRfZOnmOyP9hO6hXXxJK3J7fcRYkRHtvUxPWVrB9otxLaxuW2DBkNXkDlrEYLOLP6L7BT_z1lXSNK_nAp99oxm975tJc  中国知网，引用日期2015-01-24] </ref> 过程也能利用单分子操作技术进行研究, 如用一个解链的实验装置来研究 DNA-蛋白质的相互作用( 实验装置如图2 所示) , 酶结合到双链DNA上可以短暂地阻止 DNA 双链开口叉(the opening fork) 移动。一旦开口叉移动到结合蛋白的位置，力将会增加直到积聚到足够的弹性能量移去蛋白。因此, 蛋白诱导的序列依赖的力信号峰的出现就给出了酶结合到 DNA 上的位置, 而峰值就提供了蛋白质-DNA 复合物稳定性的相关信息。应用这种方法, Bockelmann 等研究了DNA 和EcoRV [[ 限制性内切酶 ]] 之间的相互作用。Koch 等不仅测量蛋白诱导的力信号峰随不同速度的变化, 而且还比较不同蛋白质-DNA 复合物的稳定性( DNA 与 BsoBI、Xho I、EcoRI [[ 核酸内切酶 ]] 的相互作用) 。