PicoTwist單分子操縱磁鑷裝置 
PicoTwist磁鑷裝置是基于的倒置顯微鏡，安裝在電動(dòng)平移和旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的一套強(qiáng)大的單分子操縱磁鑷裝置。PicoTwist磁鑷裝置的原理是通過梯度分布的磁場(chǎng)對(duì)處于其中的可磁化小珠施力， 觀察并分析其運(yùn)動(dòng)。該磁鑷裝置使用一對(duì)強(qiáng)大的稀土磁鐵 （BdFeB）來使磁珠磁化強(qiáng)度能夠達(dá)到飽和值。由于應(yīng)用了高精度的溫度控制裝置、特殊的樣品固定裝置、保證磁珠快速旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)和靈活管理的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)以及萬(wàn)像素的CCD相機(jī)，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多達(dá)40個(gè)單個(gè)分子的視頻采集和跟蹤測(cè)量，大大提單分子的高通量分析和統(tǒng)計(jì)水平。
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系統(tǒng)亮點(diǎn)概述
（1）極其穩(wěn)定健壯—PicoTwist單分子操縱磁鑷裝置具有非常低的圖像漂移設(shè)計(jì)
圖2一般商業(yè)顯微鏡和PicoTwist經(jīng)歷相同的熱環(huán)境過程中焦點(diǎn)位置漂移的比較 （2）高分辨率、力的范圍廣—具有非常薄的樣品固定裝置
圖3 PicoTwist樣品固定裝置 (3)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多達(dá)40個(gè)單個(gè)分子的視頻采集和跟蹤測(cè)量，大大提單分子的高通量分析和統(tǒng)計(jì)水平。 (4)使用一對(duì)強(qiáng)大的磁鐵來控制 DNA 伸展和超螺旋
圖4 PicoTwist磁極控制磁珠過程示意圖
（5）并行的照明和攝像頭
圖5 通過磁珠圖像產(chǎn)生衍射環(huán)來計(jì)算磁珠的z軸位置
（6）配備磁珠跟蹤軟件，可實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析
 
圖6 磁珠跟蹤軟件工作界面
3、適用范圍
生物單分子研究將成為 21 世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)研究方向，在生命科學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。磁鑷是單分子研究的一種方法，PicoTwist單分子操縱磁鑷裝置通過磁場(chǎng)控制超順磁性小珠的移動(dòng)，然后用這個(gè)小珠捕捉單分子，并進(jìn)行相關(guān)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)。其主要的應(yīng)用范圍包括： 在單分子水平上對(duì)生物分子行為(包括構(gòu)象變化、相互作用、相互識(shí)別等)的實(shí)時(shí)﹑動(dòng)態(tài)檢測(cè)以及在此基礎(chǔ)上的操縱﹑調(diào)控等； 對(duì)單個(gè)生物大分子施以力或力矩，并測(cè)量它們的物理性質(zhì)(如DNA彈性、蛋白質(zhì)的力學(xué)變性等)； 對(duì)單個(gè)生物大分子施以力或力矩，測(cè)量它們的力學(xué)生化反應(yīng)(如分子馬達(dá))； 研究機(jī)械力的作用如何影響細(xì)胞的生長(zhǎng)、分裂、運(yùn)動(dòng)、粘附以及信號(hào)的傳輸，基因的表達(dá)； 在生物大分子上施加力以使之發(fā)生構(gòu)像上的變化，研究生物單分子形成新的結(jié)構(gòu)，以及力學(xué)以及動(dòng)力學(xué)之間的相互等。 研究各種藥物可能導(dǎo)致的DNA、蛋白質(zhì)凝聚、變性過程； 給出分子實(shí)時(shí)行為與性質(zhì)的分布，有效避免對(duì)集群測(cè)量苛刻的同步(synchronization)要求，如DNA的解鏈(unzipping)、蛋白質(zhì)的折疊(folding)等 更多的科研Idea………
4、參數(shù) 
圖7 PicoTwist部分組件的參數(shù)
5、使用方法
樣品（如DNA）的一端連接在直徑1um的超順磁性小球上，另一端連接在樣品固定裝置中的玻璃表面上。兩塊釹鐵硼磁鐵置于樣品上方，當(dāng)移動(dòng)磁鐵接近樣品時(shí)，通過超順磁性小球給樣品施加皮牛級(jí)的拉力，同時(shí)旋轉(zhuǎn)小磁鐵可以向樣品施加扭轉(zhuǎn)應(yīng)力.小球的位置通過一臺(tái)倒置顯微鏡以大于60Hz的采樣頻率記錄. 測(cè)量樣品，如DNA 的力拉伸曲線、DNA長(zhǎng)度與小磁鐵旋轉(zhuǎn)圈數(shù)關(guān)系曲線、計(jì)算得到DNA 超螺旋結(jié)構(gòu)，形成DNA超螺旋閾值處的結(jié)合和解離動(dòng)力學(xué)等。 參考文獻(xiàn)
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現(xiàn)在已經(jīng)有很多單分子的操縱技術(shù)：原子力懸臂、光鑷、磁鑷以及流場(chǎng)拖曳、生物膜力探針(BFP)等。在這些實(shí)驗(yàn)中，生物分子的一端固定于一表面，另一端與力傳感器相連。 表 1 各種生物單分子實(shí)驗(yàn)技術(shù)的比較
方法 | 力量程(pN) | 時(shí)間量程 | 實(shí)際運(yùn)用 | 光鑷 | 0.1—150 | >10 ms | 肌動(dòng)蛋白、DNA、蛋白質(zhì)、分子馬達(dá) | 磁鑷 | 0.01—100 | >1 s | 拉伸、扭轉(zhuǎn) DNA | 微探針 | >0.1 | >100 ms | 拉伸、扭轉(zhuǎn)、解旋DNA | BFP | 0.5—1000 | >1 ms | 配體受體 | AFM | >1 | >10 us | DNA、蛋白質(zhì) |
圖1 力傳感器的示意圖
A. AFM 實(shí)驗(yàn)示意圖，懸臂用來作分子間力作用的傳感器，懸臂的位移由激光束獲得;
B. 光學(xué)纖維作力傳感器的例子;C. 光鑷的示意圖；D. 磁鑷示意圖。
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