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化学进展 2009, Vol. 21 Issue (0708): 1568-1575 前一篇   后一篇

• 综述与评论 •

扫描探针显微技术在蛋白质分子结构与性质研究中的应用*

何辉1|郭彦2**|徐健强2|赵健伟3   

  1. (1.河海大学材料科学与工程学院  |南京  |210098;2.南京信息工程大学环境科学与工程学院  |南京 |210044; 3. 南京大学化学化工学院  |生命分析化学教育部重点实验室  |南京 |210008)
  • 收稿日期:2008-09-08 修回日期:2008-12-20 出版日期:2009-08-24 发布日期:2009-06-30
  • 通讯作者: 郭彦 E-mail:guoyan@niust.edu.cn

Applications of Scanning Probe Microscope on the Structures and Properties of Proteins

He Hui1|Guo Yan2**|Xu Jianqiang2|Zhao Jianwei3   

  1. (1 the College of Materials Science and Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China|2 Department of Electronic Engineering, Nanjing University of Information Science&Technology, Nanjing 210044, China|3 Key laboratory of Analytical Chemistry for Life Science, Ministry of Education, School of Chemistry and Chemical Engineering, Nanjing University, Nanjing 210008, China)
  • Received:2008-09-08 Revised:2008-12-20 Online:2009-08-24 Published:2009-06-30
  • Contact: Guo Yan E-mail:guoyan@niust.edu.cn

由于与人类生活密切相关,蛋白质分子器件的研究得到了广泛的关注。扫描探针显微镜(SPM)技术的飞速发展无疑为从分子水平研究氧化还原蛋白质提供了有利的工具。氧化还原蛋白质的分子结构、力学性质、电学/电化学性质是蛋白质分子器件的重要研究内容。本文从SPM的电流电压特性曲线、力曲线、化学电势控制等方面介绍了相关的前沿性研究进展,为充分发挥SPM技术在蛋白质分子领域的研究提供参考。

Studies on protein molecular devices have attracted a lot of interests, because they play important roles in human daily life. The rapid development of scanning probe microscope (SPM) technology provides enabling tools to study protein on molecular level. The structure, mechanical and electrical/electrochemical properties of redox proteins are the important issues in related device studies, and corresponding advanced topics such as current-voltage curve, force-distance curve and chemical potential control of SPM are reviewed in this paper. Therefore, these parameters might be instructive for further application of SPM in related fields.

Contents
1 Introduction
2 Current-voltage curve
3 Force-distance curve
4 Chemical potential control of SPM
5 Conclusion

中图分类号: 

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[ 1 ]  Chen J R , Miao YQ , He N Y, et al . Biotechnol . Adv. , 2004 , 22(7) : 505 —518
[ 2 ]  Jain K K. Clin. Chim. Acta , 2005 , 358 (1P2) : 37 —54
[ 3 ]  白春礼(Bai C L) . 扫描隧道显微技术及其应用(Research and Application of Scanning Tunneling Microscopy) . 上海: 上海科技出版社(Shanghai: Shanghai Scientific Technology Press) , 1992
[ 4 ]  赵健伟(Zhao J W) , 阚蓉蓉(Kan R R) , 章岩(Zhang Y) 等. 物理化学学报(Acta Phys. -Chim. Sin. ) , 2006 , 22 (1) : 124 —130
[ 5 ]  彭章泉(Peng Z Q) , 唐智勇(Tang Z Y) , 汪尔康(Wang E K) .分析化学(Chinese J . Anal . Chem. ) , 2000 , 28 (5) : 644 —648
[ 6 ]  Nyffenegger R M, Penner R M. Chem. Rev. , 1997 , 97 ( 4) :1195 —1230
[ 7 ]  Kr?mer S , Fuierer R R , Gorman C B. Chem. Rev. , 2003 , 103(11) : 4367 —4418
[ 8 ]  Myhra S. Biosens. Bioelectron. , 2004 , 19 (11) : 1345 —1354
[ 9 ]  Hofer WA , Foster A S , Shluger AL. Rev. Mod. Phys. , 2003 , 75(4) : 1287 —1331
[10 ]  Davis J J ,Hill H A O. Chem. Commun. , 2002 , 393 —401
[11 ]  Case MA , McLendon GL , Hu Y, et al . Nano Lett . , 2003 , 3 (4) :425 —429
[12 ]  Browne W R , Feringa B L. Nat . Nanotechnol . , 2006 , 1 : 25 —35
[13 ]  Simmons J G. J . Appl . Phys. , 1963 , 34 (6) : 1793 —1803
[14 ]  Tian WD , Datta S , Hong S H , et al . J . Chem. Phys. , 1998 , 109(7) : 2874 —2882
[15 ]  Zhao J , Davis J J . Colloid Surf . B , 2005 , 40 (3P4) : 189 —194
[16 ]  Lee I , Lee J W, Greenbaum E. Phys. Rev. Lett . , 1997 , 79 (17) :3294 —3297
[17 ]  Martin A S , Sambles J R , Ashwell GJ . Phys. Rev. Lett . , 1993 ,70 (2) : 218 —221
[18 ]  Pomerantz M, Aviram A , McCorkle R A , et al . Science , 1992 , 255(5048) : 1115 —1118
[19 ]  Bizzarri A R , Andolfi L , Taranta M, et al . Biosens. Bioelectron. ,2008 , 24 : 204 —209
[20 ]  Mujica V , Ratner M A , Nitzan A. Chem. Phys. , 2002 , 281 :147 —150
[21 ]  Cui X D , Zarate X, Tomfohr J , et al . Nanotechnology , 2002 , 13 :5 —7
[22 ]  Zhao J W, Davis J J , Sansom M S P , et al . J . Am. Chem. Soc. ,2004 , 126 (17) : 5601 —5609
[23 ]  Agra?t N , Yeyati A L ,van Ruitenbeek J M. Phys. Rep. -Rev. Sec.Phy. Lett . , 2003 , 377 : 81 —279
[24 ]  Axford D , Davis J J , Wang N , et al . J . Phys. Chem. C , 2007 ,111 : 9062 —9068
[25 ]  Andolfi L ,Cannistraro S. Surf . Sci . , 2005 , 598 (1/3) : 68 —77
[26 ]  Casuso I , Fumagalli L , Samitier J , et al . Phys. Rev. E , 2007 , 76 :041919
[27 ]  Jin YD , Friedman N , Sheves M, Cachen D. Adv. Funct . Mater. ,2007 , 17 (8) : 1417 —1428
[28 ]  Zlatonova J , Lindsay SM, Leuba S H. Prog. Biophys. Mol . Biol . ,2000 , 74 (1/2) : 37 —61
[29 ]  Cappella B , Dietler G. Surf . Sci . Rep. , 1999 , 34 : 1 —104
[30 ]  Hinterdorfer P , Baumgartner W, Schindler H , et al . Proc. Natl .Acad. Sci . USA , 1996 , 93 (8) : 3477 —3481
[31 ]  Kienberger F , Pastushenko V P , Kada G, et al . Single Mol . , 2000 ,1 (2) : 123 —128
[32 ]  Bonanni B , Kamruzzahan A SM, Bizzarri A R , et al . Biophys. J . ,2005 , 89 (4) : 2783 —2791
[33 ]  Atabek A , Liu Y, Pinzón-Arango P A , et al . Colloid Surf . B :Biointerf . , 2008 , 67 : 115 —121
[34 ]  Liu Y, Strauss J , Camesano T A. Biomaterials , 2008 , 29 : 4374 —4382
[35 ]  Marko J F , Siggia E D. Macromolecules , 1995 , 28 (26) : 8759 —8770
[36 ]  Bouchiat C , Wang M D , Allemand J F , et al . Biophys. J . , 1999 ,76 (1) : 409 —413
[37 ]  Idiris A , Kidoaki S , Matsuda T, et al . Biomacromolecules , 2005 , 6(5) : 2776 —2784
[38 ]  Ratto T V , Langry K C , Rudd R E , et al . Biophys. J . , 2004 , 86(4) : 2430 —2437
[39 ]  Rief M, Gautel M, Gaub H E , et al . Science , 1997 , 276 (5315) :1109 —1112
[40 ]  Rief M, Gautel M, Gaub H E , et al . Biophys. J . , 1998 , 75 (6) :3008 —3014
[41 ]  Fisher T E , Oberhauser A F , Carrion-Vazquez M, et al . Trends Biochem. Sci . , 1999 , 24 (10) : 379 —384
[42 ]  Carrion-Vazquez M, Marszalek P E , Oberhauser A F , et al . Proc.Natl . Acad. Sci . USA , 1999 , 96 (20) : 11288 —11292
[43 ]  Oberhauser A F , Marszalek P E , Erickson H P , et al . Nature ,1998 , 393 (6681) : 181 —185
[44 ]  Carrion-Vazquez M, Oberhauser A F , Fisher T E , et al . Prog.Biophys. Mol . Biol . , 2000 , 74 (1P2) : 63 —91
[45 ]  Rief M, Pascual J , Saraste M, et al . J . Mol . Biol . , 1999 , 286(2) : 553 —561
[46 ]  Yang G, Cecconi C , Baase W A , et al . Proc. Natl . Acad. Sci .USA , 2000 , 97 : 139 —144
[47 ]  Schmickler W. Surf . Sci . , 1993 , 295 (1/2) : 43 —56
[48 ]  Schmickler W, Widrig C. J . Electroanal . Chem. , 1992 , 336 (1/2) : 213 —221
[49 ]  Schmickler W, Tao N J . Electrochim. Acta , 1997 , 42 ( 18 ) :2809 —2815
[50 ]  Alessandrini A , Corni S , Facci P. Phys. Chem. Chem. Phys. ,2006 , 8 : 4383 —4397
[51 ]  Tao N J . Phys. Rev. Lett . , 1996 , 76 (21) : 4066 —4069
[52 ]  Facci P , Alliata D ,Cannistraro S. Ultramicroscopy , 2001 , 89 (4) :291 —298
[53 ]  Alessandrini A , Gerunda M, Facci P , et al . Chem. Phys. Lett . ,2003 , 376 (5P6) : 625 —630
[54 ]  Zhang J , Chi Q , Kuznetsov A M, et al . J . Phys. Chem. B , 2002 ,106 : 1131 —1152
[55 ]  Zhang J , Kuznetsov A M, Ulstrup J . J . Electroanal . Chem. , 2003 ,541 : 133 —146
[56 ]  Zhang J , Chi Q , Albrecht T, et al . Electrochim. Acta , 2005 , 50(15) : 3143 —3159
[57 ]  Friis E P , Kharkats Y I , Kuznetsov AM, et al . J . Phys. Chem. A ,1998 , 102 : 7851 —7859

[1] 王妍妍, 陈丽敏, 李思扬, 来鲁华. 无序蛋白质在生物分子凝聚相形成与调控中的作用[J]. 化学进展, 2022, 34(7): 1610-1618.
[2] 张沐雅, 刘嘉琪, 陈旺, 王利强, 陈杰, 梁毅. 蛋白质凝聚作用在神经退行性疾病中的作用机制研究[J]. 化学进展, 2022, 34(7): 1619-1625.
[3] 陈雅琼, 宋洪东, 吴懋, 陆扬, 管骁. 蛋白质-多糖复合体系在活性物质传递中的应用[J]. 化学进展, 2022, 34(10): 2267-2282.
[4] 林子涵, 陈煌, 董嘉伟, 赵道辉, 李理波. 纳米孔生物分子检测研究[J]. 化学进展, 2020, 32(5): 562-580.
[5] 宁鹏, 程云辉, 许宙, 丁利, 陈茂龙. 金属-有机框架材料在活性肽富集中的应用[J]. 化学进展, 2020, 32(4): 497-504.
[6] 梁阿新, 汤波, 孙立权, 张鑫, 侯慧鹏, 罗爱芹. 用于N-糖肽/糖蛋白分离富集的新型材料[J]. 化学进展, 2019, 31(7): 996-1006.
[7] 王晓娟, 刘真真, 陈奇, 王小强, 黄方. 石墨烯材料与蛋白质的相互作用[J]. 化学进展, 2019, 31(2/3): 236-244.
[8] 徐国华, 李从刚, 刘买利. 类细胞环境下蛋白质结构与功能的NMR研究[J]. 化学进展, 2017, 29(1): 75-82.
[9] 王荣民, 孙康祺, 王建凤, 何玉凤, 宋鹏飞, 熊玉兵. 天然高分子复合羟基磷灰石材料的制备与应用[J]. 化学进展, 2016, 28(6): 885-895.
[10] 田亮, 姚琛, 王怡红*. 电化学生物传感应用于体外检测的研究[J]. 化学进展, 2016, 28(12): 1824-1833.
[11] 慈吉良, 康宏亮, 刘晨光, 贺爱华, 刘瑞刚. 两性离子聚合物的抗蛋白质吸附机理及其应用[J]. 化学进展, 2015, 27(9): 1198-1212.
[12] 赵媛, 曾金, 林英武. 基于蛋白质骨架的人工水解酶的理性设计[J]. 化学进展, 2015, 27(8): 1102-1109.
[13] 石婷, 陈铭, 陈雄平, 汪汲涛, 万锕俊, 赵一雷. 蛋白质巯基亚硝基化分子机制及其疾病相关性[J]. 化学进展, 2015, 27(5): 594-600.
[14] 丁鹏, 陈掀, 李秀玲, 卿光焱, 孙涛垒, 梁鑫淼. 基于纳米粒子的糖蛋白/糖肽分离富集方法[J]. 化学进展, 2015, 27(11): 1628-1639.
[15] 曹亚, 朱小立, 赵婧, 李昊, 李根喜. 肿瘤标志蛋白的电化学分析[J]. 化学进展, 2015, 27(1): 1-10.