高速磁镊，用于力敏元件的纳米力学测量

生物分子经常在力的作用下经历小而快速的结构变化。高分辨率磁镊可以在生理相关力下探索这些动力学。由于该方法以毫秒级精度进行纳米级测量，因此可以实时监测核酸和蛋白质的细微变化。

第一轴承和机械敏感蛋白的缺陷可能导致心血管和肌肉骨骼疾病。磁性镊子可以深入了解这些蛋白质的工作机制。必须正确对齐和校准该装置以获得良好的分辨率。

此外，在制备和鉴定用于测量的分子构建体时必须小心。首先在防振光学台上设置倒置显微镜。接下来，安装高速CMOS相机和图像采集卡。

在手动XY载物台上垂直安装行程长度超过20毫米的电动线性载物台，以构建用于3D磁体操纵的平移载物台。接下来，安装旋转步进电机以及用于磁铁旋转的皮带和皮带轮系统。将磁铁安装在亚克力支架上，其中相同的平行磁铁间隔一毫米。

调整平移台的垂直位置，使磁体的底面与样品平面在最低载物台位置对齐。使用低倍率物镜，将磁体对准视场中心。检查磁铁旋转，确保磁铁对中心的位移受到限制。

安装一个用于珠子照明的超发光二极管。使光束穿过磁体间隙，确保光束正确准直以适合间隙，并且照明不会被磁铁遮挡。现在在鼻梁上安装一个压电透镜扫描仪，并安装具有1.5数值孔径的100X油浸物镜，用于珠子跟踪。

确保照明与磁体运动均匀，以避免磁珠跟踪中的潜在伪影。最后，将光线调整到最大亮度，而不会达到像素饱和。首先为细胞的顶部和底部取两个玻璃盖玻片。

通过在一摩尔氢氧化钾中超声处理 30 分钟来清洁盖玻片。接下来，用蒸馏水冲洗盖玻片并将它们浸入水中。将底部盖玻片切碎并存放在零下20摄氏度，直到进一步使用。

在实验当天，用氮气枪吹干聚乙二醇化的盖玻片。要制作简单的通道，请准备大约两毫米宽的双面胶带，并在底部盖玻片上放置四条彼此平行五毫米的条带。现在将顶部盖玻片放在底部盖玻片的中心，在短边缘上留出约5毫米的空间，用于通道入口和出口。

使用镊子轻轻按压顶部盖玻片的背面以牢固密封通道。修剪 200 微升移液器吸头的边缘，并从较宽的开口切出约 10 毫米，使其能够容纳超过 200 微升的溶液。准备三个适合注射泵管道的注射器针头。

用聚乙烯管将流通池通道出口上的针头连接到注射泵。用PBS平衡通道。通过涡旋磁珠溶液重悬磁珠聚集体。

然后通过泵抽吸，按顺序将所需的溶液引入通道。洗掉任何未捆绑的珠子，同时施加 0.1 皮微吨的力。在流通池通道表面上，识别与DNA构建体的单个分子相连的磁珠。

在附近找到参考珠。旋转候选珠子以检查其是否自由旋转。将珠子再旋转几圈并估计旋转半径，选择旋转半径较小的珠子。

将力从 0 增加到 5 微微子，通过寻找由 5 千碱基对系绳拉伸引起的磁珠衍射图的较大变化来识别良好的单系带磁珠。使用PCR，制备五千碱基对双链DNA片段，一端用生物素标记，另一端用叠氮化物标记。用PCR产物制备流通池后，记录1.2千赫兹处系留磁珠的X和Y坐标，并将磁铁保持在静止位置。

将磁体移近流通池并重复磁珠位置测量，直到磁体几乎不接触流通池的顶部。使用任一替代方法计算每个磁体位置 D 处的力。对另外几个DNA构建体重复力测量，探测三到五个磁珠，以平均磁珠之间的力变异性。

将合适的磁珠与参考磁珠一起找到后，单击校准按钮开始准备磁珠跟踪。单击图像中的珠子以定义珠子的位置。为了在Z方向上进行跟踪，该软件将使用压电扫描仪以等距步长步进物镜，并记录每个位置的波动平均珠图像以生成查找表。

启用跟踪和自动对焦，然后单击采集按钮以记录磁珠位置。对DNA发夹构建体施加力导致力诱导延伸的蠕虫状链模型。在六个皮孔处，构造显示出与可逆解压缩相关的延伸波动，在八个皮孔处消失并捕捉到新的模型曲线上。

100赫兹的发夹跟踪实验显示延伸增加，但直方图没有分辨不同的群体。在1.2千赫兹时，中位数过滤轨迹揭示了两个不同的种群。在解压缩力制度中，两个种群之间的分离保持不变。

随着力的增加，上开状态逐渐占主导地位。转换速率呈指数变化，施加的力有利于解压缩和抑制重新压缩。在中间力状态下，在最大速度下获得了两到三纳米的艾伦偏差。

SNARE复合物构建体的DNA手柄表现为蠕虫状链聚合物。当力从更高的状态放松时，延伸恢复到原始曲线或遵循新模型。在14皮顿时，SNARE复合体未能过渡到解压缩状态，而增加的力允许过渡。

通过在两个皮孔处观察到的重新折叠，证实了复合体在较高力下的完全展开。在尝试我们的程序时，识别正确形成的样品珠系绳是最重要的事情。此步骤可以准确选择并因此分析目标结构。

磁镊可以通过施加扭矩进一步用于研究DNA超级线圈。此外，它可以与荧光成像相结合，以观察高度复杂的蛋白质相互作用或展开。