單分子穩(wěn)定性分析系統(tǒng)（磁鑷）—Hi-MT （高通量單分子力譜測量系統(tǒng)），采用全新的單分子磁鑷（single molecular magnetic tweezers）技術(shù)，可以同時(shí)對數(shù)百個(gè)生物大分子（如DNA、RNA或蛋白等）施加亞pN至數(shù)百pN的力，從而對單個(gè)分子進(jìn)行操控及力學(xué)測量。高通量單分子力譜測量系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于蛋白結(jié)構(gòu)解析、DNA/RNA與蛋白的相互作用、細(xì)胞及細(xì)胞骨架應(yīng)力、小分子藥物研發(fā)等領(lǐng)域。

單分子磁鑷技術(shù)是一種可同時(shí)操控多個(gè)生物分子或細(xì)胞的一種技術(shù)，通過電磁鐵產(chǎn)生特定大小的磁力作用于微流控芯片，對芯片內(nèi)與表面連接有生物分子的微球或細(xì)胞施加一定的力以對其進(jìn)行操控。

實(shí)驗(yàn)中可以將多個(gè)生物分子(如DNA)一端與微球連接，另一端連接到芯片的內(nèi)表面，使用電磁鐵產(chǎn)生磁力作用于微球，DNA分子便被微球向磁力平面拉伸，此時(shí)可以同時(shí)對多個(gè)分子進(jìn)行檢測，收集大量數(shù)據(jù)，用于將異質(zhì)性的生物分子行為與稀有狀態(tài)從群體平均效應(yīng)中區(qū)分出來。

Hi-MT 主要特點(diǎn)

★    精度高：力學(xué)精度小于0.1 pN；空間精度小于1nm；

★    通量高：單次最高可檢測100個(gè)生物大分子；

★    多維度：生物大分子長度和扭轉(zhuǎn)同時(shí)追蹤；

Hi-MT 主要應(yīng)用

1、DNA的力學(xué)特性

多個(gè)偶聯(lián)微球的DNA分子被固定在芯片表面，施加磁力將微球向上拉伸，從而獲得多個(gè)DNA分子的力-距離曲線。
單分子力譜法如磁鑷、光鑷及原子力技術(shù)已經(jīng)成為強(qiáng)大的工具，廣泛應(yīng)用于研究DNA酶相互作用的生物力。但是一般的單分子力譜檢測方法通常只能檢測一個(gè)DNA分子，非常限制數(shù)據(jù)采集分析。通過微接觸印刷將DNA系留磁珠定向、非隨機(jī)固定在規(guī)則陣列中DNA末端結(jié)合標(biāo)簽?？稍黾訖z測數(shù)量級。其中數(shù)百個(gè)微球同時(shí)被平行追蹤并對相應(yīng)的DNA進(jìn)行力學(xué)統(tǒng)計(jì)分析。該技術(shù)為研究DNA-蛋白質(zhì)相互作用中的罕見事件，并獲得來自單個(gè)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)集奠定了基礎(chǔ)。

Iwijn De Vlaminck, et al. Nano Letters, 2011

單分子力譜測量方法可以應(yīng)用于DNA延伸。對于六個(gè)不同的DNA序列，在0.2至1.2pN的變化力下，DNA延伸表現(xiàn)出不同的方式。在0.3pN及以下，所有DNA的拉伸及旋轉(zhuǎn)曲線都是對稱的。在0.6和0.8pN的中間力下，DNA熔化和絲核形成之間的競爭的序列依賴效應(yīng)為明顯。在1.2pN時(shí)，所有序列都顯示出不對稱的旋轉(zhuǎn)曲線：施加的負(fù)超螺旋被DNA熔化吸收，施加的正超螺旋被多核體吸收。

Rifka Vlijm, et al. PLoS One, 2015

2、DNA構(gòu)象變化
單分子力譜測量方法可以應(yīng)用于DNA延伸。對于六個(gè)不同的DNA序列，在0.2至1.2pN的變化力下，DNA延伸表現(xiàn)出不同的方式。在0.3pN及以下，所有DNA的拉伸及旋轉(zhuǎn)曲線都是對稱的。在0.6和0.8pN的中間力下，DNA熔化和絲核形成之間的競爭的序列依賴效應(yīng)為明顯。在1.2pN時(shí)，所有序列都顯示出不對稱的旋轉(zhuǎn)曲線：施加的負(fù)超螺旋被DNA熔化吸收，施加的正超螺旋被多核體吸收。

3、RNA構(gòu)象變化
單分子力譜測量方法可以同時(shí)探究數(shù)百個(gè)單個(gè)聚合酶 RNA 合成動力學(xué)，研究雙鏈 RNA 和單鏈 RNA 的力學(xué)伸展曲線。在 RdRp RNA 合成過程中，CD 模板鏈從 AB 鏈上被置換下來，單鏈 RNA 的比例逐漸增加。由于雙鏈 RNA 和單鏈 RNA 之間的伸展差異較大，選擇了 25 pN 的恒定力，這為 RdRp RNA 合成提供了高空間分辨率。

4、蛋白構(gòu)像解析
蛋白通過兩端的DNA handles被偶聯(lián)在微球和芯片表面中間。通過磁力將微球拉伸，從而導(dǎo)致不同的蛋白質(zhì)區(qū)域展開。

5、DNA-蛋白相互作用
多個(gè)與蛋白孵育的DNA分子被拉伸。DNA分子一端偶聯(lián)微球，另一端固定在芯片表面。通過對微球施力即可同時(shí)測量多個(gè)生物大分子的力-距離曲線。

6、抗原-抗體相互作用

Hi-MT可以在單分子層面測量抗原抗體的親和力。將抗原標(biāo)記的微球與抗體結(jié)合連接玻璃表面。用逐漸上升的力使微球遠(yuǎn)離玻璃表面同時(shí)測量微球位置，即可計(jì)算抗原抗體的相互作用力。

實(shí)際案例：

1、染色質(zhì)纖維組裝及調(diào)控機(jī)制：解析染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)組裝過程，確定四核小體模式

2、FACT雙重調(diào)控核小體機(jī)制：核小體動態(tài)組裝體現(xiàn)FACT雙重調(diào)控功能

3、泛素化修飾調(diào)控核小體機(jī)制：泛素修飾和FACT相互耦合，實(shí)現(xiàn)核小體“開"“關(guān)"調(diào)控

4、SWR1替換組蛋白機(jī)制：Swc2結(jié)構(gòu)域特異識別H2A核小體

5、抗癌藥物作用DNA的機(jī)制：揭示藥物與DNA作用機(jī)制

文獻(xiàn)列表：

• FACT mediates the depletion of macroH2A1.2 to expedite gene transcription. Molecular Cell, 2024

• NFIB facilitates replication licensing by acting as a genome organizer. Nature Communications, 2023

• Structural insights into histone binding and nucleosome assembly by chromatin assembly factor-1. Science, 2023

• Endothelial discoidin domain receptor 1 senses flow to modulate YAP activation. Nature Communications, 2023

• Single-Molecule Resettable DNA Computing via Magnetic Tweezers. Nano Letters, 2022

• H2A mono-ubiquitination differentiates FACT's functions in nucleosome assembly and disassembly. Nucleic Acids Research, 2022

• Recognition of the inherently unstable H2A nucleosome by Swc2 is a major determinant for unidirectional H2A.X exchange. Cell Reports, 2021

• Structures and Functions of Chromatin fibers. Annual Review of Biophysics, 2021

• Curaxin-Induced DNA topology alterations trigger the distinct binding response of CTCF and FACT st the single-molecule level. Biochemistry, 2021

• DNA polymerase Gp90 activities and regulations on strand displacement DNA synthesis revealed at single-molecule level. FASEB Journal, 2021

• Histone H2A ubiquitination reinforces mechaincal stability and asymmetry at the single-nucleosome level. Journal of the American Chemical Society, 2020

主要配置：

1、高通量磁鑷模塊

力學(xué)精度:  0.1pN；

力學(xué)范圍：0-100pN;

檢測通量：100個(gè)目標(biāo)同時(shí)檢測；

空間精度：1-2nm

2、微流控模塊

可快速替換樣品池中的組分，以改變其成分及 pH；/3、加熱模塊

室溫至50℃連續(xù)可調(diào)；

4、光學(xué)系統(tǒng)升級

可以整合上下光路，升級TIRF全內(nèi)反射熒光系統(tǒng)；

5、數(shù)據(jù)分析軟件統(tǒng)

位置-力譜數(shù)據(jù)分析；

可導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)和分析得到的數(shù)據(jù)；

北京佰司特科技有限責(zé)任公司

類器官串聯(lián)芯片培養(yǎng)系統(tǒng)—HUMIMIC；類器官灌流式培養(yǎng)和代謝監(jiān)測系統(tǒng)—IMOLA；

蛋白穩(wěn)定性分析儀—PSA-16；單分子穩(wěn)定性分析儀（磁鑷力譜測量儀）—HiMT；單分子質(zhì)量光度計(jì)—TwoMP；超高速視頻級原子力顯微鏡—HS-AFM；微流控?cái)U(kuò)散測量儀—Fluidity One-M；

微納加工點(diǎn)印儀—NLP2000/DPN5000；臺式原子力顯微鏡—ACST-AFM；全自動半導(dǎo)體式細(xì)胞計(jì)數(shù)儀—SOL COUNT；農(nóng)藥殘留定量檢測儀—BST-100；