單分子反應檢測平台及其製造和使用方法Single Molecule Detection Platform, Manufacturing Method Thereof and Method Using the Same

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

美國

專利申請案號

12/944,151

專利證號

US 8,501,428 B2

專利獲證名稱

單分子反應檢測平台及其製造和使用方法Single Molecule Detection Platform, Manufacturing Method Thereof and Method Using the Same

專利所屬機關 (申請機關)

國立清華大學

獲證日期

2013/08/06

技術說明

雖然在過去的數十年間關於單分子研究的多項技術已經發展完成，然而獲得單分子反應事件的方法多半還需倚靠試片樣品濃度的控制以及透過大量分子反應事件以得知結果，如此一來，不僅將花費可觀的實驗數量卻只得到相當有限可用的資訊，同時對於陳述單分子的反應事件尚需額外可行的統計數據針對含糊不清的部分進行確認。 為了解決上述提及的問題，其中一個最重要的關鍵在於找到一個能夠固定單一酵素在獨立的位址上的方法以減少單分子反應許多含糊不清的事項。透過獨立單一酵素陣列的構造，平行、高生產量以及高效率可獲得的數據是有可能轉換成在極短時間內可控制的統計資訊，這些資訊是關於酵素多重反應步驟動力學的研究。另一方面，透過這種獨立單一酵素陣列的構造，可獲得四項重要的突破，包括擴大分子反應動力學的範圍、減少背景雜訊、局部受質濃度的操控以及減小激發訊號的範圍大小。 本研究是透過4-10奈米的奈米金球以固定單一的酵素分子在透過自我組裝而形成的獨立透明奈米圓錐的尖端。這些奈米圓錐是以直徑20-40奈米的自我組裝金球作為蝕刻面罩在透明基材上進行乾蝕刻而成。為了獲得在金球頂端的單分子反應所激發的螢光訊號，近場光學激發將可透過透明基材的一維波導以及在奈米金球表面產生的表面電漿而達成。而可應用受質濃度的反應動力學範圍將可透過表面張力梯度和AC EOF以進一步擴大至6-9個位數。 這樣的單分子反應平台的研究目標將會針對質子-幫浦酵素的反應動力學。而近年來一種新穎的質子-幫浦酵素 (H十-PPase)，它存在於細胞膜並可同時執行PPi水解及質子-幫浦兩項反應。這新穎的酵素的重要性吸引了全世界的注意並相當受到藥劑師及生物能源工作同仁的重視。然而，酵素作用及其同時產生的質子移動反應的機制仍需更深入的闡述及說明，並非僅僅單純是其次單位體和蛋白質配位體之間的交互反應。 關於單分子奈米科技，倘若能發展完全，將提供一個有利於闡述說明這些事項的機會；而反之亦是如此，此新穎的酵素也能給予相當多的益處以測試嶄新的奈米科技及其產生的裝置的可行性。我們將於此研究計畫中使用此質子-幫浦酵素作為觀察並發展生物單分子的系統。 A single molecule detection platform is disclosed. The single molecule detection platform comprises a light-transmissive substrate, a plurality of spherical particles and a thin film. The surface of the light-transmissive substrate is etched to form a plurality of cone-shaped structures. Each spherical particle is disposed on the top of each cone-shaped structure. The sizes of the plurality of spherical particles are to allow a single enzyme to be attached to each spherical particle. The thin film is deposited on the surface of the plurality of cone-shaped structures and acts as a reflective layer of 1D waveguide. The plurality of spherical particles is not covered by the thin film.

備註

本會(收文號1110025596)回應該校111年5月5日清智財字第1119003141號函申請終止維護專利(國立清華大學)

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