肿瘤细胞DNA样品基于二次谐波发生(SHG)的非线性光谱学成像

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二次谐波的产生是一个二阶非线性光学过程,这个过程只发生在中心对称系数不为零的非中心对称区域,因其具有空间高分辨率、无光损伤和无光毒性、在介质中穿透深度大等优点而被作为一种新检测技术广泛应用于生物医学领域。利用二次谐波显微技术可以对各种具有内源性信号的生物组织进行无损伤实时成像,如结缔组织的胶原纤维或肌细胞的肌动球蛋白。在生物化学和结构化学中,虽然DNA是由脱氧核糖核酸核苷酸构成而蛋白质是由氨基酸残基组成,但是DNA和蛋白质大分子高级结构的形成机制是相似的,均由螺旋二级结构经过折叠盘曲形成具有一定构象的超螺旋或环状高级结构,这种结构在生理条件下很稳定,但当改变介质条件将会影响其稳定性,导致DNA构象发生改变。  本研究中,我们利用光谱学成像技术对不同DNA样品进行检测,来获取DNA样品的SHG信号并进行高解析度成像。这些DNA样品包括基因组DNA溶液、细胞核提取物以及培养细胞的细胞核。实验结果表明在常规条件下可以获得基因组DNA溶液和细胞核提取物的SHG信号,但几乎观测不到来自培养细胞的细胞核核区的SHG信号。通过在培养基中添加少量无水乙醇(体积比小于5%),可以在培养细胞的细胞核区域检测到SHG信号。我们推测在培养细胞中乙醇和DNA相互作用引起DNA分子构象发生变化,这些变化可能导致了DNA分子非线性光学性质的改变,如使得DNA分子的二阶非线性极化率χ(2)发生变化,继而导致介质的二次谐波加强。这一发现将有助于进一步理解生物组织中DNA二次谐波效应的产生机制及其影响因素,对进一步获取生物组织DNA的细微结构信息,并对拓宽其在生物医学领域的应用具有一定的指导意义和参考价值。
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