中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學與生態(tài)毒理學國家重點實驗室汪海林課題組在高靈敏分析的基礎研究方面取得重要進展。他們利用先進的單分子成像技術研究并揭示了獨特的等速電泳聚焦和分離的機理，其有關“DNA單分子不連續(xù)運動成像揭示場強變化的等速電泳動力學”的研究發(fā)表在國際著名化學期刊《美國化學會志》(J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4644 - 4647)上。

　　帶電組分在均一和非均一電場中的運動是電泳應用于化學、物理學、生命科學以及新興的納米科技領域的基礎。目前，人們對帶電組分在均一電場中的運動已經有了充分的認識，而對其在非均一電場中運動的了解卻有限。事實上，通過巧妙設計非均一電場，可實現其它技術難以分離的超大DNA分子(80 kb) 的分離和多種分析物的高倍濃縮(可達百萬倍)。因而，認識非均一電場中帶電組分的運動機制對發(fā)展高靈敏的生物分子分析技術和方法具有特殊意義。盡管非均一電場的使用已有百年歷史，但對于其形成機理的認識由于存在技術瓶頸而躑躅不前。

　　為了解決這一學科難題，汪海林課題組通過改造全內反射熒光顯微成像儀器，首先實現了毛細管電泳-單分子熒光成像分析。在此基礎上，以毛細管等速電泳(cITP)作為非均一電場模型，對流經毛細管檢測窗口處單個DNA分子實時成像。由于每一幅像記錄了單個DNA分子在50 毫秒內的運動軌跡，因此可以計算出每一時間點DNA單分子的運動速度。而DNA運動速度的大小直接與電場強度相關，從而可獲得毛細管中電場強度的動態(tài)分布信息。通過研究電場強度的實時變化，揭示了電滲流存在下等速電泳的動力學，并首次提出了三區(qū)帶模型，突破了傳統(tǒng)二區(qū)帶模型的局限。利用這一研究成果，他們發(fā)展一種新穎的DNA單分子聚焦方法，實現對極低濃度下隨機分布的、難以檢測的單分子成像，可檢測出4′10-17mol/L DNA分子。

　　在這項研究工作中，汪海林課題組創(chuàng)造性地利用單分子成像技術測定電場強度的分布，提供了一種全新的非均一電場研究方法，這對發(fā)展基于電泳分離的高靈敏生物分析技術和方法具有重要意義。

　　該工作得到了國家杰出青年基金、國家973計劃、重點實驗室等的支持。