原子力显微镜成像及力谱在生物研究中的应用

郭存兰，李 壮

(中国科学院长春应用化学研究所 电分析化学国家重点实验室，吉林 长春 130022)

1986年，Binnig等人发明了原子力显微镜(A-tomic Force Microscope，简称 AFM)［1］。原子力显微镜是通过尖细针尖对样品表面进行扫描来获取测量信息。因其高分辨的观测能力(可达原子级)和高灵敏的检测能力(可达皮牛级)，原子力显微镜自发明以来，已被广泛用于表面科学、材料科学和生命科学等领域。

图1 原子力显微镜在生物领域的广泛应用［2］

尽管最初设计只是为了观测非导体表面，实践证明原子力显微镜适用于任何微观的表面，甚至是生物样品。和其它同类技术相比较，原子力显微镜在常压下甚至在液体环境下都可以良好工作，十分适合生物体系的研究。发展迄今，原子力显微镜已被应用于生物研究的各个领域，展示了其广泛的应用前景［2］。相关研究工作也已在诸多的综述文章和书籍得到了很好地总结和述评［2－8］。因此，本综述将通过总结我们及其他研究小组的研究工作，较全面系统地总结原子力显微镜成像和力谱技术在生物研究中取得的一些新进展，并对该技术的发展前景做一简要的展望和预测。

1 原子力显微镜成像和力谱简介

因为本文将主要讨论成像和力谱这两种技术在生物研究中的应用，因此这里先对其做一概述［4，7，9］。

1.1 原子力显微镜成像

原子力显微镜是利用原子间的微弱作用力(主要是范德华作用力)来成像。原子力显微镜的纳米级探针被固定在一个对力极敏感的可操控的微米级弹性悬臂上。当探针靠近样品时，探针顶端的原子与样品表面原子间的范德华作用力会使悬臂发生形变，偏离原来的位置。根据扫描样品时探针的偏移量或改变的振动频率重建三维图像，就能间接获得样品表面的形貌。根据探针和样品间作用力的不同，原子力显微镜可以采用接触模式(contact mode)、轻敲模式(tapping mode)和非接触模式(noncontact mode)进行成像。生物样品成像时，绝大多数采用轻巧模式。这种模式下，针尖间歇式轻微敲击样品表面。由于针尖和样品的接触时间短，能很大程度地减小针尖侧向力对生物样品的破坏。和其他具有类似分辨率的成像技术相比，原子力显微镜不仅样品制备简单，而且可在真空、空气和溶液(接近生理条件)等不同介质中成像，因而特别适用于生物体系的研究。

1.2 原子力显微镜力谱

原子力显微镜力谱(力－距离曲线)，即针尖－样品相互作用力随针尖－样品距离变化的曲线。实验中，当探针相对样品垂直来回移动时(沿Z方向)，记录微悬臂偏转方向和程度随针尖－样品距离的变化，再依据胡克定律将微悬臂的变化换算成对应的相互作用力，便得到力曲线。如将相互作用的两组分分别固定在基底和探针表面，则由测量力谱可以获取二者相互作用亲和力的大小(比如断开受体－配体、蛋白质－蛋白质、互补的DNA链等相互作用的分子所需的力)。如将同一组分的两端分别固定于基底和探针表面，则能够获取此组分各个亚单元相互作用的信息。

下面将分别介绍此两类技术在研究各类生物分子中的应用。生物分子将涵盖核酸、蛋白质、磷脂、多糖、细胞以及病毒等。

2 核酸

2.1 脱氧核糖核酸(DNA)

2.1.1 成像

DNA是最早用于原子力显微镜成像的生物分子之一。当DNA分子以适当的方法固定在基底上后，可以用原子力显微镜来观察其形貌甚至其螺旋结构。Shao研究小组在阳离子双层磷脂膜修饰基底上紧密有序地固定DNA分子，不仅得到了有双螺旋结构的DNA高分辨图像，还测得了与理论值相符的DNA螺距［10］。我们研究小组利用原子力显微镜高分辨成像技术，深入开展了DNA及DNA与其它分子(物质)相互作用的可视化研究［11－45］。关于我们研究组工作的早期总结，请参阅专著［4］。通过系统地比较各种基底(比如玻璃、金(111)、云母等)、基底修饰层、金属离子等的影响，我们改进和发展了DNA(包括单双链DNA、质粒DNA及DNA与其它分子的复合物等)样品的制备方法，获得了系列高质量图像［13，14，17，18，21，27，34］。我们研究了二价金属离子和3－氨丙基三乙氧基硅烷对液相DNA成像的影响，发现Ni2+和3－氨丙基三乙氧基硅烷均能够起到很好固定 DNA的作用(图2)［22］。通过 DNA分子在水中的扩散和重排，我们在云母表面成功制备了高度有序的、具有指纹形结构的DNA单层膜(图3)［27，34］。不同条件下 DNA 长度的变化反映了其构型的相应变化［17，46］。通过比较不同条件下DNA的长度，我们发现碱土金属离子能不同程度地诱导DNA从B到A构型的变化(图4)［17］。通过比较不同碱基组成的DNA的长度，Borovok等则发现poly(dG)－poly(dC)吸附在云母表面时近似于A构型，而poly(dA)－poly(dT)和质粒DNApUC19采取了 B 构型［46］。

图2 云母基底上DNA的液相原子力显微镜图像:(A－B)分别为Ni2+固定的pBR322 DNA和pBR322/pst I，(C－D)分别为3－氨丙基三乙氧基硅烷固定的 pBR322 DNA 和 pBR322/ps t I［22］

图3 样品在超纯水中孵育不同时间形成的DNA膜的原子力显微镜图像:(a)0 s，(b)40 s，(c)5 min，(d)30 min，和(f)60 min。(e)是(d)的放大图。图的垂直高度分布分别为(a)10 nm，(b)5 nm和(c－f)3 nm。DNA 浓度为 12.5ng/μL，Mg2+浓度为 1.0 mM［27］

图4 2 mM不同碱土金属离子存在下pBR322 DNA的原子力显微镜图像［17］上图为10%乙醇溶液;下图为20%乙醇溶液。标尺为200 nm

在生物体内，线性双螺旋DNA会进一步扭曲缠绕成更复杂的三级结构。环形DNA分子绕曲后将以超螺旋形式存在。在DNA复制时，会形成三向结(three－way junctions)结构的复制叉;而在DNA重组时，则会产生四向结(four－way junctions)的特殊结构。因而研究不同构象DNA的结构特性，对理解其分子生物学机制具有重要的意义。通过原子力显微镜成像，则可以直观的区分不同构象的DNA。图5给出了三种不同DNA构象的原子力显微镜图像［47－49］。由于采用正电荷修饰的基底，图 5 中DNA采取了三维到二维的投影构象，均反映了DNA在溶液中的最初构象。

图 5 (A)超螺旋 DNA［47］、(B)三向结 DNA［48］、(C)四向结DNA［49］的原子力显微镜图像

除DNA的天然结构外，原子力显微镜还被用于研究各类DNA人工纳米结构。Seeman及其合作者在此研究领域进行了深入、开拓性的研究。图6给出了一个例子，显示了由菱形DNA单元组装所得二维阵列的图像［50］。随着DNA折纸术(origami)的诞生［51］，研究人员用原子力显微镜扫描得到了诸如“笑脸”的各种图案。最近，Song等人将控温原件装置在压电扫描管上，原位、实时地观察到了DNA折纸结构的自组装和解离［52］。该工作不仅有助于加深理解DNA折纸结构的结构和热力学特性，也为研究其他生物体系的热响应性能奠定了基础。

图6 菱形结构DNA组装体的原子力显微镜图像［50］

除用于DNA自身成像外，原子力显微镜还可用于研究DNA和其他物质的相互作用。DNA与金属离子、生物小分子、聚合物、蛋白质等的相互作用，在传感器设计、药物筛选、基因输运、生物物理、材料制备等基础研究和实际应用方面都有重要的意义。

Piétrement等人通过原子力显微镜研究了抗癌药物博来霉素导致的DNA剪切，结果表明带正电荷的表面可以明显抑制博来霉素对DNA的剪切作用［53］。我们研究了 DNA －Co(phen)33+复合物在乙醇－水混合体系中结构转变的行为(图7)［16］。实验发现，DNA－Co(phen)33+复合物加入乙醇时能够诱导其相貌变化。在适合乙醇浓度下，复合物可形成圆环结构。Guo等人结合原子力显微镜和其他表征手段，研究了DNA和多巴胺的相互作用［40］。结果表明多巴胺能够诱导环形DNA凝集，在云母表面形成小的DNA环状结构，所得环状结构的尺寸可以通过多巴胺的浓度来调节(图8)。此研究提供了一种控制DNA凝集体尺寸和形貌的新方法，为其在基因转染、材料科学和纳米技术等方面的应用提供了有用的信息。

图7 DNA－Co(phen)33+复合物在不同的乙醇－水体系中的原子力高度图:(a)无乙醇，(b)10%乙醇，(c)20%乙醇，(d)30% 乙醇，(e)62% 乙醇，(f)80% 乙醇［4，16］

图8 环形DNA和不同浓度多巴胺相互作用的原子力显微镜图［40］。多巴胺的浓度依次为(a)500 μM，(b)100 μM，(c)50 μM，(d)7.5 μM，(e)5 μM。z 方向高度为 10 nm。(f)DNA环状结构的周长和高度随多巴胺浓度变化的关系图

荷正电分子能中和DNA磷酸骨架上的负电荷，使其收缩成紧密有序结构，形成DNA凝集。一般认为，当DNA上约90%的负电荷被抵消时，就能发生凝集。Liu等人用原子力显微镜研究了一含有－环糊精基团的新型钌配合物诱导的DNA凝集［54］。研究表明可以通过调节配合物和DNA的配比来调控凝聚体的尺寸和形貌。随着配合物浓度的增加，自然铺展的DNA会经过带有空隙的环状结构及实心的环状结构，最终形成球形聚集体。除多价阳离子复合物外，阳离子聚合物是比较常用的凝集试剂。比如在聚乙烯亚胺诱导下，DNA可凝集形成典型的环状和棒状结构［55］。

原子力显微镜也被广泛用来研究DNA与蛋白质相互作用。这些研究可以提供DNA－蛋白质复合物的尺寸和形貌、蛋白质在DNA上的分布信息以及蛋白质诱导的DNA构象变化。Ristic等人通过原子力显微镜观察到了人的Rad54蛋白质和有裂口的质粒DNA相互作用的超螺旋结构，并籍此提出了Rad54沿DNA双链运动的模型［56］。作为代表性的重组酶，RecA蛋白质与DNA的相互作用得到了深入地研究。利用原子力显微镜可以直接观察RecA与DNA形成核蛋白丝的形貌及动力学。Sattin等人通过原子力显微镜对不同作用时间的产物成像，直观地研究了核蛋白丝通过成核和生长这两个步骤进行组装的机理［57］。其后续工作进一步研究了RecA蛋白从双链DNA上分解的过程［58－60］。利用原子力显微镜，我们小组系统地研究了不同溶液条件中已经形成的核蛋白丝在低温下发生的形貌变化［37］。此工作有助于进一步理解影响RecA蛋白的稳定性以及RecA和DNA相互作用的相关因素。我们进而用原子力显微镜在体外研究了聚赖氨酸对DNA－RecA核蛋白丝的影响(图9)［39］。试验结果表明核蛋白丝的形貌随着聚赖氨酸的浓度、分子长度和加入顺序的变化而变化。不同条件下核蛋白丝形貌的区别，为研究核蛋白丝形成过程中DNA的构象变化以及RecA和DNA作用的键合位点提供了信息。

图9 原子力显微镜研究聚赖氨酸引起的DNA凝集对DNA－RecA复合物的影响［39］

我们对原子力显微镜制作DNA高分辨物理图进行了深入地研究［4］。DNA高分辨物理图是指利用各种分子生物学技术手段通过对DNA分子的检测实现特征序列的准确定位。相对于传统的荧光原位杂交等DNA物理作图方法而言，原子力显微镜可以直接测量DNA分子的长度，以及确定与其相结合的其它分子。利用原子力显微镜有望发展一种简单、快速、准确、高效的分析工具，用于大片段DNA高分辨物理图谱制作。

图10 Co(phen)33+存在下，限制性内切酶EcoRI在星号活力位点与pBR322 DNA结合图及与标准图谱对照图［4］

通过优化实验条件，我们发现Co(phen)3+能3够促使限制性内切酶结合在DNA分子的星号活力位点上，却不会对DNA进行切割。图10给出了Co(phen)33+存在下，限制性内切酶EcoRI的星号活力位点图谱。图谱显示了6个酶结合位点(理论上有16个结合位点，即1个正常位点和15个星号活力位点)。尽管原子力显微镜成像方法给出的位点偏少，但是准确度很高(最大的偏差为2.2%，相当于90 pb长度的DNA序列;平均偏差为0.8%，相当于37 pb长度的DNA序列)。

图11 Co(phen)33+存在下，限制性内切酶 EcoRI与pCAT DNA 结合图［4］

图12 Co(phen)33+存在下，限制性内切酶DraI与环状DNApBR 322结合图(a)，限制性内切酶PvuII与线性DNAp-BR322/Pst I结合图(b)，限制性内切酶 BamHI与线性DNApBR322/Pst I结合图［4］

此方法还可用于获取其它DNA的限制性内切酶EcoRI的星号活力位点图谱(图11)。我们进一步的研究还表明，该方法也同样适用于获取其它限制性内切酶和DNA作用的星号活力图谱，证明了方法的普适性(图12)。

近来，研究人员将DNA纳米技术和高速原子力显微镜相结合，发展了研究DNA－蛋白质相互作用的新策略。利用DNA折纸术，可以准备结构精确可控的DNA(比如特定长度和张力的DNA);而新近发展的高速原子力显微镜则因其快速成像的能力可实时跟踪反应过程。Sugiyama研究小组借助纳米图案化结构，通过改变长度实现了双链DNA张力的精确调控［61］。实验结果证明，64mer双链DNA因受力处于紧绷状态，因而尽管可以结合EcoRI甲基化转移酶却不能被甲基化;而74mer双链DNA则处于松弛状态，能满足甲基化反应时DNA局部弯曲的需求故能被甲基化。他们后来又将该方法应用于DNA烷基化的研究［62］。这一方法为研究DNA－蛋白质以及其他分子相互作用提供了新的思路。

3.1.2 力谱

拉伸单个DNA分子所需的力一般在pN到nN之间［63］。而用原子力显微镜能够获得5pN分辨率的力谱，故原子力显微镜被广泛应用于DNA力谱的测量。图13给出了一张典型的拉伸DNA的力谱谱图［64］。此谱图有两个明显的特征:其一为65 pN附近宽的平台，对应于B型DNA从完全伸展到被进一步拉伸的状态;其二为150 pN附近的平台，对应于双链DNA解离为单链DNA。通过力谱可以进一步研究药物分子对DNA力学性能的影响，同时通过力谱也可获得药物分子－DNA相互作用的信息［64，65］。Lindsay研究小组最近通过力谱测量了DNA碱基对氢键的寿命［66］。出人意料的是，A－T和AA－T碱基对的寿命分别长达2秒和4秒之久。这意味着在原子力显微镜测量时，碱基间对氢键的打开方式有可能与传统测量中的打开方式截然不同。

图13 DNA力谱及对应的DNA构象变化示意图［64］

2.2 核糖核酸(RNA)

2.2.1 成像

尽管原子力显微镜发明数年后就被用于RNA成像［67，68］，而且 RNA 分子在生物学等领域有着十分重要的地位，但用原子力显微镜研究RNA的论文数仅为DNA的14%(SCI topic检索“afmanddna”得3397篇文章，检索“afm and rna”得461篇文章;截止2012年7月19日)。这可能和RNA稳定性较差、易被降解有关。这也为该领域的进一步发展提供了机遇。

Lindsay研究小组早期利用修饰的云母，成功地得到了双链RNA的原子力显微镜图像，并获得了和电子显微镜相近的长度和宽度数据［67，68］。和DNA的双螺旋结构相比较，生理条件下RNA分子一般会形成三维结构。图14给出了从STMV新鲜抽提的RNA的原子力显微镜图像，可以看出RNA紧密卷曲成球状［69］。加热后由球状展为线性，冷却后又恢复成球状。

图14 从STMV病毒新鲜抽提出的RNA(a－b)及其受热分解(c－f)的原子力显微镜图像［69］

Chworos等人利用镁离子介导的发卡状RNA“环环相互作用”(loop－loopinteraction)设计了正方形结构的tectosquare构筑单元，然后用此构筑单元进一步组装各类纳米尺度的图案(图15)［70］。因为镁离子起着稳定纳米图案的作用，因此样品制备和成像时均添加了适合浓度的镁离子。研究人员还利用pRNA(一种源自噬菌体phi29病毒的包装RNA)“环环相互作用”组装了二聚体、三聚体、四聚体以及六聚体等纳米结构［71，72］。如在 pRNA中引入各类治疗的分子(比如小干扰RNA、适配体等)，则能进一步得到具有治疗作用的RNA纳米颗粒。

图15 以tectosquare为构筑单元组装各类纳米图案的示意图及原子力显微镜图像［70］

2.2.2 力谱

与双链DNA的力谱类似，双链RNA的力谱也有从准A型构象到拉伸构象的变化，而且需要的拉力也和G－C碱基对的含量有关［71］。与之不同的是，拉伸双链RNA所需要的力更大，而且S－因子也更大(双链DNA的S－因子约为0.7，RNA的S－因子约为1.0)。单链RNA的力谱则截然不同。因为单链RNA一般包含多个发卡状的环状结构，没有明确的溶解温度，因而其力谱也不存在明显的构象变化。另外，单链RNA可以有许多不同的构象，且不同构象之间的差异十分微小，因而每次测量时会得到不同的力谱。最近，Liu等人利用力谱研究了烟草花叶病毒中RNA从其蛋白质外壳上解离和组装过程(图16)［72］。结果表明，将RNA从其蛋白质外壳剥离的力随着拉伸速率的增加而增大。同时，在适合条件下，解离的RNA还能组装回蛋白质外壳上。

图16 利用力谱研究烟草花叶病毒中RNA从其蛋白质外壳上解离和组装［72］

3 蛋白质

3.1 成像

原子力显微镜在蛋白质成像也取得了长足进展［73］。图17给出了紫膜及其细菌视紫红质蛋白的高分辨原子力显微镜图像。可以清楚地看到细菌视紫红质蛋白以三聚体紧密组装在紫膜上［73］。最近，研究人员利用高速原子力显微镜实时观测肌球蛋白V变体 M5－HMM在肌动蛋白轨道上行走(图18)［74］。当原子力显微镜以 146.7 毫秒/帧的高速成像是，便能清楚地实时捕获该行走过程。结果进一步证实M5－HMM以大约36 nm/步的长度行走。这不仅直接验证了以前肌球蛋白V运动的模型，而且加深了人们对生物马达运作机理的理解。

图17 紫膜及其细菌视紫红质蛋白的原子力显微镜图像［73］

图18 利用高速原子力显微镜实时观测肌球蛋白V变体M5－HMM在肌动蛋白轨道上行走［74］

3.2 力谱

力谱可以研究蛋白质的力学性能。早期实验中，人们通过拉伸免疫球蛋白分子研究了其去折叠过程的力学行为［75］。结果表明拉伸单个亚基需要150到300 pN的力。同时发现，在一定情况下被拉伸的蛋白质能重新折叠。用力谱还可以研究蛋白质与其他分子(比如药物分子、DNA、其他蛋白质等)的相互作用。近年来，Becker等人利用力谱研究了蜘蛛丝的力学性能(图19)［76］。研究发现蜘蛛丝的力谱有明显的锯齿形波动，符合自修复生物材料的力学特性。

图19 利用原子力显微镜力谱研究蜘蛛丝的力学性能［76］

4 其他生物分子

下面将简要介绍一下原子力显微镜在研究其他生物分子中的应用。

4.1 磷脂

多数情况下，磷脂膜被修饰在基底上作为支撑来研究蛋白质等其他生物分子的性质(如前面所举紫膜中细菌视紫红质蛋白的例子)。也可以用原子力显微镜来研究磷脂膜自身的性质，比如其成膜动力学或者与药物分子相互作用等。Berquand等人用原子力显微镜实时成像技术研究了抗生素阿奇霉素对几类磷脂膜的影响(图20)［77］。实验发现，将二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、鞘磷脂(SM)、鞘磷脂－胆固醇(SM－Chl)分别与二油酰磷脂酰胆碱(DOPC)混合时，会发生相分离，形成各自的微区。当加入1 mM的阿奇霉素时，DPPC微区会在一小时内逐渐消失，而其余两类微区结构则不受影响。此研究结果表明药物分子对磷脂酶的影响与其自身的性质紧密相关，为进一步研究磷脂膜的生物物理及药理提供了帮助。

图20 利用原子力显微镜实时研究磷脂膜与药物分子相互作用［77］

4.2 多糖

和其他技术相比较，原子力显微镜不仅可以观察单个多糖分子的形貌，而且能够研究其聚集体的形貌和不均匀性(heterogeneity)。早期实验中，人们已经研究了许多多糖，比如纤维素、淀粉等。Funami等人最近利用原子力显微镜成像技术较系统地研究了食物多糖［78］。图21给出了一个结冷胶(Gellan Gum)的例子，发现和去酰基化结冷胶相比较，酰基化结冷胶的更易弯曲。在钾离子存在时，还能观测到去酰基化结冷胶的平行双链结构。

图21 利用原子力显微镜研究多糖的形貌［78］

通过力谱，可以研究伴随多糖构象变化的力学性质。早期，人们研究了直链淀粉和葡聚糖的力谱，结合计算可以推断拉伸从椅式到船式构象变化所需要力的大小［8］。近来，此方面研究拓展到了活体中多糖力谱的测量。Francius等人研究了益生菌鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosusGG)表面多糖的分布及其力学性质［79］。通过配体修饰的针尖，可以定位和测量富含甘露糖多糖及富含半乳糖多糖的分布和拉伸性质，发现后者能被拉伸更长。而且和野生型相比较，突变体表面多糖的分布较为疏松，且长度更短(图22)。

图22 利用原子力显微镜研究细菌表面多糖的分布及其力学性质［79］

4.3 细胞/细菌

如前所述，原子力显微镜可以用来研究细胞/细菌表面多糖的分布及其力学性质［79］。此外，也被用于研究细胞/细菌表面其他生物分子(比如蛋白质等)的相关性质［8］。实际上，在原子力显微镜发展的初期，就已经被用于细胞的成像研究［3］。Iyer等人近来将原子力显微镜应用于癌细胞研究［80］。通过定量分析发现，和正常细胞表面的单一触角层(brushlayer)相比较，癌细胞表面则主要是长度不同的两触角层(brushlayer)(图23)。

图23 利用原子力显微镜比较研究正常细胞和癌细胞［80］

Raman等人最近发展了一种利用原子力显微镜测量活体细胞机械性能的新方法［81］。使用这种方法，他们研究了三种不同细胞(即大肠杆菌、老鼠成纤维细胞和人类红血细胞)的局部细胞刚度、刚度梯度、粘弹性耗散等机械性质(图24)。该方法具有普适性，且适用于商品化的原子力显微镜，有望进一步推广研究细胞的黏着、运动、形变等行为。

图24 利用原子力显微镜研究人类红血细胞［81］

4.4 病毒

Kuznetsov等然早期利用原子力显微镜成像技术研究了几类病毒的尺寸和形貌，发现可以通过这些参数区分不同的病毒82。相对于电子显微镜或者X－射线衍射技术，原子力显微镜目前还不能提供病毒更精细的结构信息。在其后续的工作中，他们进一步研究了从病毒抽提出的RNA的性质(参见 3.2.1 部分)［69］。Balci等人利用疏水作用将柠檬酸钠保护的金纳米颗粒选择性地组装在烟草花叶病毒的两端83。通过无电沉积，可以进一步生长得哑铃状的纳米组装体(图25)。

图25 利用原子力显微镜研究金纳米颗粒在烟草花叶病毒上的组装行为［83］

5 小结与展望

本文简要总结了原子力显微镜成像和力谱技术及其在生物研究中的应用，展示了此技术在生物研究领域广阔的应用前景。虽然被称作是“原子”力显微镜，但目前的绝大多数研究还达不到此水平，因此原子级分辨率的成像会是将来发展的一个重要方向［84］。当前，随着一些新的技术方法和设计的引入(如高速扫描(high－speed)和动态(dynamic)技术)，研究人员已经可以跟踪一些活体的生化反应。但这些技术还局限在极少数的几个实验室，目前亟需进一步推广普及这类技术并拓宽其应用范围。另外，如能和其它技术有机结合(比如AFM－Raman联用)，将发展能对复杂生物体系进行综合表征的方法平台。该方法已经在DNA测序方面显示了很好的潜力［85］，目前最大的挑战是如何优化方法使其满足商业化测序的要求。在DNA操纵方面，最近也报道了一些很有意思的工作［86］，将这些研究工作进一步拓展，则能对生物芯片制备及生物纳米操纵领域起到很好的帮助作用。

致谢:感谢国家自然科学基金及国家重点基础研究发展计划(973)项目的支持。

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