NDA分子双螺旋结构的扫描隧道显微镜(STM)观测

　　脱氧核糖核酸(DNA)是生命的遗传物质,在生物个体的生长、发育、繁殖、遗传和变异过程中起着重要的作用。由于对DNA的深入了解可为人工操纵生命和生物技术的发展开辟广阔前景,因而对DNA分子的研究成为当代生命科学中最活跃的领域之一。STM自问世以来,被广泛地应用于生物学的研究。

　　美国劳伦斯利弗莫尔—劳伦斯STM小组于1989年初发表了世界上第一张在大气环境下得到的清晰的DNA分子的STM图象[1],证实了1953年美国遗传学家James Watson和英国物理学家Francis Crick共同建立的著名的沃森—克里克DNA双螺旋结构模型[2](图1(a))。此后,STM在分子生物学领域显示出强大的生命力,新的成果不断涌现[3,4]。

　　迄今为止,制备用于STM研究的生物样品,尚未形成一套完整的方法和理论。目前采用的主要方法有:1)将样品溶液直接滴到衬底上,待水分自然蒸发后,样品吸附于衬底表面;2)将一定浓度的样品溶液滴于衬底上,然后放在离心机上旋转,衬底表面将残留部分样品;3)LB膜技术等。前两种方法不易在衬底表面形成单分子(或亚单分子)层,容易产生堆积现象,LB膜技术虽能在衬底表面覆制单分子层,但设备昂贵。应用SEM中生物样品展开法制取STM样品这一工作,尚未见报道。该技术与LB膜技术类似,但设备极为简单,操作也很便利。

　　1　样品及其制备

　　1·1　石墨样品

　　石墨是一种由碳原子组成的层状材料,在大气下其表面是隋性的。从图3可以看出,石墨晶体同一层内的A-A位原子之间相距为2.46 等,A-B位原子之间相距为1.42 ,而层间距为3.35 。用透明胶带粘于石墨表面,然后轻轻揭开,即可解理出上千埃范围的单一原子层的表面。一般把它作灯检验STM原子分辩和定标的一种标准样品,有时也将石墨作为衬底材料使用。

　　1·2　STM生物样品制备

　　扫描电子显微镜(SEM)的生物样品制样过程复杂,要经过清洗、脱水、镀膜等一系列处理。脱水发生形变、镀膜抹杀细节,不利于对生物样品的直接观测和微观研究。而STM制样,不需脱水、也不镀膜,可直接在天然的生命环境中对样品实施观测,但应注意将生物分子单层(或亚单层)地沉积在导电衬底上。

　　笔者采用展开法制样(2)[5],具体方法如下:先将装下相液的培养皿和作上相液流动斜面的载玻片均用清洗液和重蒸水洗净。然后在培养皿壁涂抹一层薄薄的石蜡,将下相液(重蒸水)注入培养皿中,把载玻片斜放进培养皿(倾斜角为25~35°,图2(a))。在下相液表面喷少量滑石粉以便指示单分子膜的展开情况(图2(b))。再用微量注射器吸取约50μl的上相液(样品培养液),在离下相液约1cm处轻轻地滴到斜面上,上相液顺着斜面缓缓流下(图2(c))。当触及下相液液面时,上相液很快形成一层单分子膜,这一展膜过程可以从液面被推开的现象观察到,并能清楚地指示出膜所展开的区域。用镊子夹着衬底,Au膜面朝下,在下相液表面轻轻沾一下(图2(d)),用滤纸轻轻吸去Au膜表面上多余的液体,样品就制成了。