单分子荧光检测技术

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荧光成像技术在生物学研究中的应用

荧光成像技术是一种重要的生物学研究手段。该技术通过利用荧光染料的特殊

性质，在生物体内标记感兴趣的分子，并通过成像技术来研究这些分子在细胞和组织层面上的功能和动态变化。随着技术的不断发展，荧光成像技术在生物学研究中的应用越来越广泛，不仅帮助科学家们深入了解生命科学的各个方面，同时也对临床医学和药物研究产生了重要的影响。

一、荧光成像技术的优势

相对于其他成像技术，荧光成像技术具有以下优势：

1. 非破坏性：荧光成像技术使用的荧光染料不会对生物样本造成破坏，可以在

生物样本中实现实时检测；

2. 高灵敏度：荧光成像技术可以探测到分子水平的变化，检测灵敏度高；

3. 高分辨率：荧光成像技术可以实现在细胞和组织层面上的高分辨率成像，可

以对分子的微小变化进行观察。

二、 1. 细胞成像

荧光成像技术在细胞成像中得到了广泛应用。对于许多生命过程，如细胞增殖、细胞运动、细胞分化等，荧光成像技术都可以提供非常有力的帮助。例如，通过使用Green Fluorescent Protein（GFP）标记细胞，可以实现对细胞增殖、细胞运动、

细胞分化这些生命过程的实时监测。

2. 蛋白质交互作用研究

荧光成像技术可以用于研究蛋白质分子之间的交互作用。例如，通过利用荧光

共振能量转移（FRET）技术，可以研究蛋白质相互作用的动态过程和空间结构。

这种技术可以在活细胞内实现，非常适合研究蛋白质相互作用过程中重要的生命过程。

3. 分子传输研究

荧光成像技术可以用于研究生物分子在细胞内部的运输路线。例如，可以利用荧光标记来跟踪蛋白质运输的路线，从而深入了解分子转运过程中的分子动力学。

单分子定位显微成像技术介绍

单分子定位显微技术（Single Molecule Localization Microscopy，简称SMLM）是一种基于荧光显微技术的高分辨率成像方法，它的原理是通过利用单个荧光分子的闪烁信号来定位样品中的单个分子，从而实现高分辨率成像。SMLM技术可以实现分子级别的可视化，其分辨率可以达到10纳米以下，远高于传统显微技术。由于其高分辨率和高灵敏度，SMLM 技术已经成为生物学、化学、材料科学等多个领域中重要的研究工具。

一、原理

SMLM的原理基于单个荧光标记的瞬时发光特性。当激光或其他光源激发荧光标记时，标记会发射荧光光子。这些光子在相机或光探测器上被捕获，并转化为电子信号。在SMLM 中，通过分析这些光子的时间和空间分布，可以确定每个荧光标记的位置。SMLM的关键在于利用光学显微镜的成像系统将荧光标记限制在光学焦点内，使得每次只有单个标记被激发发光。因此，可以记录每个标记的光子发射时间和位置信息，并将这些信息用于精确定位标记的位置。SMLM技术包括多种方法，其中最常用的是单分子激发的STORM（stochastic optical reconstruction microscopy）和PALM（photoactivated localization microscopy）。

在SMLM过程中，需要解决许多技术挑战，包括背景噪声的影响、荧光标记的失活和漂移等问题。为了解决这些问题，研究者们开发了各种算法和图像处理技术，如滤波、校正和重建方法等。这些技术的应用可以提高SMLM的空间分辨率和信噪比，并为更深入的细胞生物学研究提供了新的工具。

单分子荧光检测技术

涂熹娟B200425010

【摘要】单分子检测技术有别与一般的常规检测技术，观测到的是单个分子的个体行为，而不是大量分子的综合平均效应。近年来随着相关学科的技术进步，单分子研究已经在从分子生物学到细胞生物学等生命科学领域有了迅速的发展和应用。本文简要介绍了单分子荧光检测技术的研究背景、意义、原理，以及该项技术进展和应用。

【关键词】单分子荧光寿命荧光偏振单分子FRET

1. 单分子检测技术的意义和发展背景

1.1单分子检测技术的意义

在统计力学的各态遍历假设中，系综个体物理量轨迹的时间平均等于该物理量在给定时间的系综平均[1]。在一个包含完全相同个体的系综，当测量时间足够长的时候，系综测量和单分子测量结果相同（例如对于稀溶液中小分子的核磁共振谱线的测定，由于测量时间远大于小分子的翻滚时间，这时体系就可以看成是一个均匀的体系，并看作静态）；但是即使在均相体系中，分子本身并不是处于静态，而是在不断地运动，测量的参数具有涨落现象，而测量时间可能会小于分子的涨落时间；另一种情况是在非均相体系中，个体轨迹平均本来就不等于系综平均（实际上几乎所有生物体系都不是均相体系）。这以上考虑到的两点都导致系综测量结果和单分子测量结果不等。一般系综测量结果表示的是大量由一种或多种对象组成的一个整体所表现出来的平均

效应和平均值。这一平均效应掩盖了许多特殊的信息。而这些特殊的信息有时是非常

重要的，尤其在研究具有非均匀特性的凝聚相物质和生物大分子结构时。而相比之下，单分子检测就可做到对体系中单个分子的行为进行研究，可以得到在特定时刻，特定分子的特殊位置和行为，因为在某一时刻，集团中的任何成员只能处于一种状态。将此再与时间相关，还可得到单个分子的行为的分布状况。这样我们就可以同时得到所研究的对象的整体行为和个体行为了，然后将数据综合处理，得到更为全面的信息。

单分子追踪

单分子追踪是一种先进的实验技术，可以跟踪和观察单个分子在生物体系中的运动和相互作用。通过这种技术，科学家们可以深入了解分子的结构、功能以及与其他分子的相互作用方式。本文将以人类的视角，生动地描述单分子追踪的原理、应用和意义。

一、引言

单分子追踪技术的诞生，为生命科学研究带来了革命性的突破。传统的生化实验往往需要大量的分子样本进行平均测量，而单分子追踪技术可以在单个分子水平上进行观测，提供了更加准确和详细的信息。

二、原理

单分子追踪技术主要基于荧光探针的使用，这些探针可以标记在感兴趣的分子上，并发出荧光信号。通过高灵敏度的荧光显微镜，科学家们可以实时地观察和记录荧光信号的变化，从而获得单个分子的运动轨迹和动力学信息。

三、应用

1.蛋白质动力学研究：单分子追踪技术可以直接观察和测量蛋白质在细胞内的行为，揭示蛋白质的结构、功能以及与其他分子的相互作用方式。这对于深入理解生物体系的调控机制具有重要意义。

2.生物膜研究：生物膜是细胞的重要组成部分，通过单分子追踪技术，科学家们可以观察和研究膜蛋白的扩散、聚集和相互作用等行

为，揭示生物膜的结构和功能。

3.药物研发：单分子追踪技术可以用于研究药物与靶标分子的相互作用，评估药物的效力和选择性。这有助于加速药物研发的过程，提高药物的疗效和安全性。

四、意义

单分子追踪技术的发展，为生命科学研究提供了全新的视角和方法。通过观察和分析单个分子的行为，科学家们可以更深入地了解生物体系的复杂性，揭示生命的奥秘。此外，单分子追踪技术还在疾病诊断和治疗中发挥着重要作用，为精准医学的发展提供了有力支持。

单分子荧光检测技术在生物研究中的应用

单分子荧光检测技术是一种基于荧光现象的高灵敏度检测技术，广泛应用于生物学和生化学等领域。它可以对单个分子进行检测

和定量分析，从而研究生命科学中分子层面的复杂生理过程。本

文将逐步探讨单分子荧光检测技术在生物研究中的应用。

一、单分子荧光检测技术的原理

单分子荧光检测技术是利用分子自发辐射的特性进行检测。在

分子受到激发后，光子被发射出来，形成荧光现象。单分子荧光

检测技术通过荧光显微镜对分子进行检测和量化。由于每个分子

的荧光强度和寿命都是唯一的，因此可以对每个分子进行精确的

测量。单分子荧光检测技术能够检测到极少量的分子，其检测灵

敏度达到了nmol/L至pmol/L的级别。

二、单分子荧光检测技术在生物研究中的应用

1. 蛋白质相互作用研究

单分子荧光检测技术可以用于研究蛋白质与另一种分子的相互

作用，如蛋白质与RNA结合等。这种技术可以通过观察单个蛋白

质分子与其他分子的结合和分离过程，得到这些过程的详细信息，从而深入了解相互作用的动力学过程。

2. 细胞内分子运动轨迹研究

单分子荧光检测技术可以用于研究细胞内分子的动力学过程，

如细胞内的分子扩散、转运和运动。通过标记单个分子，可以获

得该分子在细胞内的位置、速度和方向等信息，从而揭示细胞内

的物质转运和动力学行为。

3. DNA序列分析

单分子荧光检测技术可以用于检测和分析DNA序列。研究人

员可以利用荧光标记技术对单个DNA分子进行测量，以了解其长度、形态和序列信息。这种方法在基因测序和基因分型中有着重

要的应用价值。

4. 分子机器的研究

开发信号更强的荧光材料，单分子检测新锐布局重疾早筛赛道，预计年内首批产品获批上市专访光与生物

早诊断、早发现、早治疗，是降低多种重大疾病发病率和死亡率的重要手段。

常用的筛查方式包括 PCR 测序、NGS 高通量测序、质谱等方式。在病理变化出现之前，人们通常可以通过血液基因组和代谢组检测，或者 CT 等成像技术尽早检查是否存在病变“蛛丝马迹”。

根据《肿瘤早筛行业深度报告》中的数据，以结直肠癌为例，早期腺瘤 5 年生存率接近 100%，IV 期仅有 10.8%，而美国通过筛查 10 年间将结直肠癌发病率降低约30%。国家“健康中国行动”癌症防治实施方案明确指出，从 2022 到 2030 年，中国癌症总体 5 年生存率应不低于 43.3% 和 46.6%。

（来源：fawkesschool.blogspot）

然而，由于检测工具的局限性，筛查过程中会出现假阳性或者假阴性问题。对于癌症早筛而言，降低假阳性或者假阴性结果比例是癌症早筛普查的重要基础。

“我认为，提高癌症早筛精确率的一大重要发展趋势是同步推进多组学，从基因组、代谢组、蛋白组学等多个角度检测。”国内分子诊断公司光与生物创始人兼 CTO 何皓博士说。

何皓是一名 90 后创业者，拥有生物学、分析化学、工程光学和材料学等多学科交叉背景。他本科毕业于中科大少年班生物系，博士师从澳大利亚工程院金大勇院士学习生物医学工程。2019 年，回国创办

光与生物，专注于

基于新方法学的科研检测和 IVD 临床诊断服务。

作为国内第一批单分子检测技术公司，其核心技术是新一代单分子免疫检测技术。据悉，该公司基于超高灵敏度检测技术重点布局重疾早筛赛道，其中前列腺癌早筛等首批产品预计在今年6 月拿证，即将进入临床规模化销售阶段。

单分子荧光检测技术

单分子检测实验的重要性：
对非均相体系，可给出分子性质的分布信息对均相和非均相体系，单分子轨迹即是分子性质涨落的直接记录，蕴涵丰富的动力学知识
单分子检测技术
扫描隧道显微技术（STM）扫描探针显微技术 (Scanning Probe Microscopy) 原子力显微技术(AFM) 扫描离子电导显微技术(SICM) 扫描近场光学显微技术（SNOM）光学和光谱技术光钳技术(Optical Tweezer) 荧光技术(Fluorescence)
S2
Vibrational relax, VR, 10-1210-14 s Internal conversion, IC, 10-1110-13 s
S1
Intersystem crossing, ISC, 10-210-6 s T1 IC Fluorescence hF 10-8 s Phosphorescence 10-3100 s hP ISC
Chem. Commun., 2004, 496-497
小
结
• 单分子荧光检测可提供有别于分子聚积态的单个分子的特殊局域环境、分子涨落、生物大分子的柔性及其运动等有价值的信息 • 该技术在实现和应用上投入相对较少单分子荧光检测是研究单分子最灵敏、最简便的方法之一
1.单分子荧光寿命
单分子的荧光寿命在由非辐射弛豫决定时对局域环境非常敏感，因此可以通过荧光标记生物大分子的某一特殊位置，检测生物大分子的构象运动。

单分子荧光检测的原理、方法及应用

近场扫描光学显微镜的优点是具有较高的分辨率，已被用来研究单分子对荧光共振能量转移［3］以及单分子荧光成像［4］。但有输出功率低、针尖制备的重复性较差以及镀膜针尖对样品的探测会产生干扰等缺点。 2. 2 远场共焦显微镜
在共焦显微镜中，利用高数值孔径油浸物镜把激光束聚成衍射极限大小的焦点，在像平面处放置一个直径为 50 !m ~ 100 !m 的共焦小孔来阻挡焦点外的光。荧光信号经共焦小孔后被探测器接受，而非焦平面的光则被共焦小孔过滤掉。 Nie 等［5］运用这一方法研究溶液中的染料分子以及荧光标记的蛋白质和 DNA 片断；Segers 等［6］研
Yanagida［9，12］等用这一方法来观测单个荧光团标记的肌球蛋白和肌动蛋白分子的运动，研究单个三磷酸腺苷（ ATP）转化反应以及细胞表面表皮生长因子受体的二聚化；Nie［13］等观测到荧光标记 EOOR " 能识别特异的 DNA 位点；Yeung［14 ~ 17］等探测到在毫秒级时间范围内单个罗丹明 6G（ R6G）分子在消失场内的快速扩散，研究了单个 R6G 分子在不同的局域环境下的光解及固液界面上蛋白质分子的静电捕集，固液界面上 DNA 分子的构像变化及吸附和脱附行为，发展了一种快速、高通量的单分子成像技术用于识别室温下溶液中的单个 DNA 分子。以上方法都用光学棱镜产生消失场，Tan［18］等发展了一种在光纤表面产生消失场的新方法，并探测到溶液中单个 R6G 分子以及 R6G 标记的 dUTP 分子。

单分子荧光技术在细胞学中的应用

单分子荧光技术是一种广泛应用于生物医学领域的高级光学技术。它在无创操

作下，可以直接观察、检测和测量单一分子的动力学、药物作用、细胞分子模拟等方面的生物学问题。在细胞学中，单分子荧光技术的应用越来越广泛，成为了细胞学领域的热点研究方向之一。

先了解一下单分子荧光技术里的几个基础概念：第一，单分子荧光技术以单一

分子为目标。也就是说，他并不是全局性地研究整个细胞或者组织结构，而是去观察每一个分子的动态变化。第二，荧光标记是实现单分子观察的必要条件，它可以将感光型的分子标记在感光型的蛋白分子上，以便于研究其在生物体内的行为特征。第三，感光器件的灵敏度是实现单分子检测的关键，而其灵敏度在不断提升和发展中。

单分子荧光技术为细胞学研究提供了一个新的高级实验手段，它可以实现在细

胞内部非侵入性的标记和跟踪细胞内分子酶、蛋白、RNA等在空间、时间尺度内

的运动、交互和调节过程。单分子荧光技术可以通过直接标记、与生物功能分子结合等方法来实现目标生物分子的荧光标记，一旦标记成功，依赖于高灵敏性和时间分辨率的荧光相关技术，可以检测和记录标记分子的荧光强度、空间位置和分子与分子之间或者分子与细胞微环境之间的相互作用等信息。

在细胞学中，单分子荧光技术被应用于很多研究领域。首先，它被应用于研究

细胞内分子的动态特征，这样可以更深入地了解分子在细胞环境中时如何以及何时运动、筛选以及配对。例如，科学家使用多通道激光荧光显微镜测量了活细胞中单个蛋白分子的扩散动力学，它们的瞬时速度和跳跃速度、反折路径以及最大扩散系数都可以被测量到。其次，单分子行为被已经研究过的细胞调节分子与信号通路相结合。大量的研究表明，在细胞内部、细胞间的信号传递和调节中，许多生物分子的行为与自组装以及在不同组分之间的调节相关。利用单分子荧光技术就可以研究这种行为，并对相关的临床应用，如药物的选择、生物学工程、病理学、信号通路

单分子免疫检测技术

摘要：单分子免疫检测技术是近年来免疫学研究的热点之一。该技术采用单分子水平的检测技术，即通过检测单个免疫分子的信号，实现对生物分子的高灵敏度检测。本文介绍了单分子免疫检测技术的原理、方法和应用，并探讨了该技术在生物医学研究中的前景。

关键词：单分子、免疫检测、高灵敏度、生物医学研究

1. 简介

单分子免疫检测技术作为当前生物医学研究的前沿技术，近年来备受关注。该技术采用高灵敏度的免疫检测方法，能够在单分子水平对生物分子进行检测，有很大的潜力在生物医学领域得到广泛应用。

2. 原理

在单分子免疫检测技术中，一般采用分子间距离的检测方法。这种方法利用特定的荧光标记对目标物质进行标记，然后将标记后的物质压缩到纳米尺度的玻璃管中，实现单分子尺度的检测。

3. 方法

（1）样品制备：将待测物质与免疫特异性分子结合，标记待测物质，制备标记物质浓度一定的样品。

（2）玻璃管制备：制备玻璃管并将标记过的待测物质注入玻璃管中，其中玻璃管的内径与样品分子尺寸相当，以便形成单分子水平的检测。

（3）荧光显微镜检测：利用荧光显微镜等高灵敏度的检测设备检测待测物质与特定分子识别物的相互作用，并将其转化成荧光信号。

4. 应用

（1）疾病诊断：单分子免疫检测技术可以在高灵敏度下检测生物分子，例如病毒、癌症等生物标志物，有助于疾病的早期诊断。

（2）药物研发：单分子免疫检测技术可以在单分子水平对药物和生物分子之间的相互作用进行检测，有助于快速研发出更加高效的药物。

（3）生物学研究：单分子免疫检测技术在分子生物学、细胞生物学等领域中有着很广泛的应用，例如检测细胞内各种分子的运动、互作等。

单分子化学发光

单分子化学发光是一种特殊的光发射现象，它的研究对于生物医学、材料科学等领域具有重要意义。本文将从单分子化学发光的基本原理、应用领域以及研究进展等方面进行介绍。

一、基本原理

单分子化学发光是指单个分子在某种特定条件下发出的光信号。其基本原理是通过激发分子内部的电子态，使其跃迁到高能激发态，然后再返回到基态时发出光信号。这种发光过程可以通过光谱学等方法进行研究和分析。

二、应用领域

1. 生物医学

单分子化学发光在生物医学领域有着广泛的应用。例如，通过标记生物分子（如蛋白质、核酸等）的单分子发光信号，可以实现对细胞内部过程的高灵敏度、高分辨率的实时监测，从而揭示生命活动的机制和变化过程。此外，单分子化学发光还可以用于肿瘤标记、药物筛选等方面的研究和应用。

2. 材料科学

单分子化学发光在材料科学中也具有重要意义。通过将荧光染料等单分子发光材料掺入聚合物、纳米材料等基质中，可以制备出具有特殊光电性能的材料。这些材料可以应用于光电器件、传感器、显

示器等领域，具有较高的性能和应用潜力。

三、研究进展

1. 单分子光谱学

单分子光谱学是研究单分子化学发光行为的重要手段。通过单分子光谱学技术，可以获得单分子的发光光谱、光强、寿命等信息，从而揭示其发光机制和性质。近年来，随着光学显微技术和光谱学分辨率的提高，单分子光谱学已经成为研究单分子化学发光的重要工具。

2. 基于单分子发光的传感器

基于单分子发光的传感器是一种新型的检测技术。通过将特定荧光染料标记在传感器表面，当特定物质与染料发生反应时，荧光信号的强度或寿命将发生变化，从而可以实现对目标物质的高灵敏度、高选择性的检测。这种传感器具有灵敏度高、响应快、可重复使用等优点，在环境监测、食品安全、医学诊断等方面有着广泛的应用前景。

单分子检测技术的应用及未来发展

单分子检测技术的应用及未来发展单分子检测技术是一种重要的微纳技术，它可以在单分子水平

上实现对分子的检测和测量。近年来，单分子检测技术已经在医学、生物学、化学、物理学等领域得到了广泛的应用，成为了当

今科学研究的热点之一。本文将从单分子检测技术的概念和原理

入手，介绍它的应用和未来发展趋势。

一、单分子检测技术的概念和原理

单分子检测技术是一种能够在单分子水平上检测分子的技术。

它具有高灵敏度、高分辨率、高特异性等特点，能够实现对分析

物的单分子检测，可以为化学和生物学的研究提供重要的信息。

单分子检测技术的原理主要包括基于光学、电化学、场效应、

力学等原理的技术。其中，基于荧光光谱的单分子检测技术应用

较为广泛。基于荧光的单分子检测利用荧光标记将样品引入微流

控芯片中，然后通过激光读取信号，从而检测出单个分子的存在。

二、单分子检测技术在医学中的应用

单分子检测技术在医学中的应用主要集中在早期癌症筛查、药物分析、生物分子识别等方面。在癌症筛查方面，人们经常用血液中微小的循环肿瘤细胞(CTC)来检测早期癌症。单分子检测技术可以对CTC进行检测，从而及时发现癌症细胞，提高治疗效果。

在药物分析方面，单分子检测技术可以检测药物在体内的释放速度和药物分子的相互作用，从而为药物设计和药效评估提供更准确的数据。

在生物分子识别方面，单分子检测技术可以检测单个蛋白质、DNA等生物大分子的运动和结构变化，从而帮助人们更深入地了解生物基本结构和功能。同时，它还可以为疾病诊断、治疗和药物研发提供基础数据。

三、单分子检测技术在生物学中的应用

单分子荧光显微镜的原理和应用

单分子荧光显微镜的原理和应用单分子荧光显微镜（single molecule fluorescence microscope）是一种利用荧光标记的分子在光学显微镜下进行的单独检测的技术。它克服了现有显微镜对大分子的限制，实现了对单个分子的高分辨率成像。本文将对单分子荧光显微镜的原理和应用进行介绍。

一、单分子荧光显微镜原理

单分子荧光显微镜基于单个分子的荧光信号来进行显微成像和探测。其基本原理是利用染料或蛋白标记等物质的荧光信号进行分子的检测和成像。

1、荧光探针

荧光探针是指一种具有荧光特性的分子，可以被特定的物质所识别并与其结合，使该物质发生荧光信号。在单分子荧光显微镜中，荧光探针被用于标记某种特定物质，例如生物大分子的蛋白质或核酸。

2、光学显微镜

单分子荧光显微镜使用一般的显微镜，但需要使用塞曼悬浮液或阿帕酚等具有高折射率的油滴作为 immersion 油，以提高显微镜解像度。在使用光学显微镜时，必须控制光源强度并使用长波长荧光探针，以避免细胞对光的伤害和其它干扰光源。

3、检测系统

检测系统是单分子荧光显微镜中最重要的部分，用于检测荧光信号并产生数字信号以记录荧光发射。检测系统包括光学控制、光学过滤器、荧光探测器和数字信号处理器。

二、单分子荧光显微镜应用

单分子荧光显微镜被广泛应用于材料物理、生物化学和生物医学等领域。它不仅具有高分辨率成像、高灵敏度和高选择性的优点，而且由于是对单分子进行检测，具有传统显微镜无法达到的极高分辨率和高特异性。

1、生命科学

单分子荧光显微镜可以用于研究单个生物大分子的相互作用和

蛋白质单分子检测

蛋白质单分子检测是一项先进的生物分析技术，用于实时监测单个蛋白质分子的行为、相互作用或浓度。这种技术具有极高的灵敏度，能够揭示在常规检测技术无法触及的低浓度水平下蛋白质的动态变化和个体差异。

单分子检测方法包括但不限于以下几种：

1. 单分子荧光显微技术（Single-Molecule Fluorescence Microscopy）：利用荧光标记的探针对单个蛋白质分子进行标记，通过高分辨率显微镜捕获和跟踪单个荧光分子的闪烁事件，以此研究蛋白质的动力学行为、定位、相互作用等。

2. 单分子力谱（Atomic Force Microscopy, AFM / Optical Tweezers）：利用原子力显微镜或光学镊子等技术，通过机械力探测单个蛋白质分子与表面或其它分子之间的相互作用力，从而获得蛋白质构象变化和功能状态的直接信息。

3. 单分子荧光共振能量转移（Single-Molecule Förster Resonance Energy Transfer, smFRET）：通过测量两个荧

光分子（标记在蛋白质的不同部位）之间的能量转移效率，可以获得蛋白质的三维构象信息和构象动态变化。

4. 生物传感器技术：如前述提到的“钓鱼式”生物标志物检测技术，利用纳米级别的传感器平台，可以对单个蛋白质分子的结合事件进行检测，从而了解蛋白质活性或识别能力。

5. 单分子电化学技术：通过检测单个蛋白质分子在电极表面产生的电化学信号变化，可用于研究蛋白质的电子传递性质或与底物的相互作用。

通过这些技术，研究人员能够深入了解蛋白质在单分子尺度上的生物学功能，这对于药物发现、分子机器研究、生物物理和生物化学等多个领域都具有重要意义。

数字式单分子序列

数字式单分子序列（Digital Single Molecule Sequencing，DSMS）是一种高通量的基因测序技术，可以实现对单个分子的DNA或RNA序列进行直接测定。相比传统的测序方法，DSMS具有更高的准确性、更大的测序深度和更低的成本，因此在基因组学、遗传学、生物医学等领域具有广泛的应用前景。

2. DSMS技术的原理和流程

DSMS技术基于单分子实时测序原理，通过将待测DNA或RNA分子固定在表面上，并利用荧光标记的核苷酸探针逐个加入到待测分子上，通过检测不同荧光信号的强度和时间来确定分子的序列。

DSMS技术的流程包括：样品准备、单分子固定、荧光标记、荧光信号检测和数据分析等步骤。首先，需要从样品中提取DNA或RNA，并进行纯化和扩增。然后，将待测分子固定在表面上，通常使用聚合物或离子滑板等材料。接下来，将荧光标记的核苷酸探针逐个加入到待测分子上，并通过荧光显微镜等仪器检测荧光信号的强度和时间。最后，通过数据分析软件对得到的荧光信号进行处理和解读，得到分子的序列信息。

3. DSMS技术的优势和应用

DSMS技术相比传统的测序方法具有多个优势。首先，DSMS技术可以实现对单个分子的直接测定，避免了PCR扩增等步骤中的偏差

和错误。其次，DSMS技术具有更高的准确性和更大的测序深度，可以检测到低频变异和稀有突变。此外，DSMS技术的成本相对较低，可以实现高通量的测序。

DSMS技术在基因组学、遗传学和生物医学等领域具有广泛的应用。在基因组学研究中，DSMS技术可以用于全基因组测序、转录组测序和表观遗传学研究等。在遗传学研究中，DSMS技术可以用于单个细胞的测序和突变检测等。在生物医学研究中，DSMS技术可以用于肿瘤基因组学研究、遗传疾病的诊断和个体化治疗等。

单分子检测：生物检测领域的颠覆者

摘要

★单分子检测是生物标志物检测领域的颠覆性技术；

★目前全球范围内，已商品化的单分子免疫检测的技术平台仅有Quanterix公司的Simoa系统和Merck的SMC系统；2个系统通过不同的原理实现了单分子检测；

★单分子检测的最大特点是超高灵敏度，可达fg级别，是传统ELISA的1000倍；

★单分子检测在“传统标志物的再次发现”、“新标志物的开发”以及“新药研发（PK&PD）”等领域具有重要应用价值；

★除了免疫诊断领域，单分子检测技术在分子诊断领域同样具有重要的作用。由于不需要通过扩增即可实现高灵敏度检测，单分子检测技术可以大大降低分子诊断的检测时间以及气溶胶污染风险；

★单分子诊断技术还存在一些问题（工艺要求、特殊配套试剂、检测时间）有待解决。

什么是单分子免疫检测技术？

单分子免疫检测是蛋白生物标志物检测领域的颠覆性新技术，是指通过免疫标记的方法，利用抗体捕获和识别抗原，进行信号分子标记或是酶联标记的形式，通过单分子荧光信号检测或单分子酶促反应实现的单分子级别蛋白分子的检测，其检测灵敏度是ELISA的1000倍。

技术原理——Simoa系统和SMC系统

目前全球范围内，已商品化的单分子级别免疫检测的技术平台仅有Quanterix公司的Simoa系统和Merck的SMC系统。

Simoa技术原理：Simoa检测的生物学原理仍然是经典的免疫反应-双抗夹心法，所不同的是，Simoa技术将约250,000个捕获抗体包被在2.7μm的小磁珠上，检测时加入生物素标记的检测抗体及亲和素