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激光开关对比显微镜监测细胞核内自由与受限扩散

DOI：10.1515/optof-2016-0001 期刊：Optofluidics, Microfluidics and Nanofluidics 出版年份：2016 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 一种名为激光切换对比显微镜（LSCM）的新型显微技术，可实现对单细胞区室内光开关蛋白动态的成像。我们展示了该技术用于监测光开关荧光蛋白Dreiklang（DRK）单分子扩散特性的应用。在胞质表达DRK的中国仓鼠卵巢（CHO）细胞细胞核中进行的LSCM观测显示：DRK分子在数秒内即可完成整个细胞质和细胞核内的快速扩散平衡，且核膜对DRK具有高度通透性。细胞核内存在完全不同的区域——部分区域仅允许蛋白质发生与时间成正比的均方位移扩散重分布，而其他区域的蛋白质移动性似乎受到限制。光开关后，细胞核内观察到浅色DRK分子呈现线状分布模式，另有部分DRK分子呈现静止状态。这些发现支持了将细胞内部分为随机障碍模型并包含静止DRK组分的新理论。数值模拟表明：尽管扩散常数存在显著差异，在不同光照强度和距激光焦点不同距离条件下仍可能获得相似的荧光恢复模式。
作者： Franz-Josef Schmitt，Cornelia Junghans，Matthias Sturm，Csongor Keuer，Hans Joachim Eichler，Thomas Friedrich
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

利用激光开关对比显微镜（LSCM）研究光开关荧光蛋白Dreiklang（DRK）单分子在中国仓鼠卵巢（CHO）细胞细胞核内的扩散特性。

研究成果

LSCM是一种强大的技术，用于研究生物结构中分子的移动性，特别是与可切换荧光蛋白DRK结合使用时。该研究支持细胞内部作为随机障碍模型的观点，其中包含自由扩散区域和限制扩散区域。该技术为进一步探索活体材料中的纳米流体现象提供了潜力。

研究不足

该研究的局限性在于扩散模型中的假设，例如恒定的扩散系数以及忽略了流体潜在的旋转。细胞质基质的复杂性也可能给结果的解释带来不确定性。

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