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纳米及微米结构器件在单分子生物物理研究中的应用

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学术报告

 

纳米及微米结构器件在单分子生物物理研究中的应用

 

报告人:黄壮雄 博士

 

荷兰代尔夫特理工大学,科维理纳米科学研究所,纳米生物系

 

 

报告时间: 201159日下午2:00

报告地点:物理科技楼101

 

欢迎广大师生参与!

 

 薄膜材料江苏省重点实验室

苏州大学物理科学与技术学院 能源学院

  

报告摘要:

 

个体差异性是生物系统的一般特征。在生物研究中,仅仅对生物系统总体平均行为进行观测往往是不充分的,有时甚至候会误导我们对生物系统的理解。因此为了获得对生物系统正确可靠的认识,很有必要对生物个体,比如单个生物分子,或者单个细胞等进行单独研究。单个分子或者单个细胞的典型尺寸在纳米和微米级别,所以对它们进行研究的工具往往也具有这个尺度大小的结构。随着纳米技术的发展和纳微米加工技术的广泛应用,越来越多的纳微米结构器件在单分子生物研究中被使用,大大地促进了该领域的发展。

本报告的前半部分将概述和列举我攻读博士期间研发的运用于单分子生物物理研究的若干纳微米结构器件,包括(1)零模式波导:运用于生物学相关高浓度的单分子荧光研究;(2)微镜:运用于单分子三维荧光成像和三维单粒子跟踪;(3)基于PDMS(聚二甲基硅氧烷)微流系统:应用于活细胞的固定和长时间观测;(4)双折射石英微柱:运用于光镊系统对单生物分子扭转属性的研究。

本报告的后半部分将重点讲解我所在实验室最近开发的双折射石英微柱和光镊系统的主要几种应用,包括(1)单颗粒子传感器,(2)表面微流变测量,(3)双链DNA单分子扭转属性的操纵和测量,(4)单细菌鞭毛转动马达的研究。

 

Nano- and Microstructures for Single-Molecule Biophysics

Zhuangxiong Huang

Department of Bionanoscience, Kavli Instittute of Nanoscience, Delft University of Technology, The Netherlands

 

Heterogeneity is a general feature in biological system. In order to avoid possible misleading effects of ensemble averaging, and to ensure a correct understanding of the biological system, it is very important to look into individuals, such as a single bio-molecule or a single cell, for details. The size of a single bio-molecule/cell typically ranges from the nanometer to the micrometer scale. Hence, the tools for single-molecule/cell studies often consist of essential features on these length scales. The power of nanotechnology is such that it is possible to fabricate a wide variety of nano- and microscale structures and devices, which find more and more frequent application as powerful tools for biophysical studies of single-molecule/cell.

 

In the first half of this presentation, I will report on several nanofabricated structures that I’ve developed for biophysical studies at single-molecule/cell level: (1) Nanofabricated zero-mode waveguides for single-molecule fluorescence experiments at biologically-relevant high concentrations; (2) Microfabricated micro-mirrors for three-dimensional fluorescence imaging of single molecules and for three-dimensional particle tracking; (3) Microfabricated polydimethylsiloxane-based microfluidics for live cell immobilization and long-time imaging; (4) Microfabricated birefringent quartz micro-cylinders for use in optical trap to study torsional properties of single biomolecules.

 

The second half of this talk will focus on the applications of birefringent micro-cylinders in optical trap, including: (1) particle sensing, (2) drag measurement and microrheology on surface, (3) torsional manipulation of a double-stranded DNA molecule, and (4) study of single flagellar rotary motor, etc.

 

黄壮雄个人简介

20009 20046 南京大学物理系微电子与固体电子学专业,获理学学士学位

20059 20076 荷兰莱顿大学纳米科学专业,获优秀硕士学位

20079 荷兰代尔夫特理工大学纳米生物学专业,博士研究生在读

 

博士研究课题为《纳米及微米结构器件在单分子生物物理研究中的应用》;主要从事纳微米尺度光学器件的设计,加工,表面功能化,表征测试,和物理建模等工作;为光学器件在单分子以及单细胞生物研究中的应用设计和搭建光路等实验平台;生物研究对象包括单分子DNA,单细菌鞭毛马达等。

攻读博士学位之前从事的研究工作包括:单病毒颗粒膜融合的荧光研究,低压差稳压器专用芯片设计,低维结构材料中的光声电相互作用,复杂网络的物理理论等。

在英国的《自然—物理学》(Nature Physics),《美国化学学会纳米》(ACS Nano)等学术刊物发表论文12篇。

 

Email: z.huang@tudelft.nl

 

 

(辛煜)

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