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(chǔ)研究方面取得重要進展。他們利用先進的單分子成像技術(shù)研究并揭示了獨特的等速電泳聚焦和分離的機理，其有關(guān)“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(yīng)用于化學、物理學、生命科學以及新興的納米科技領(lǐng)域的基礎(chǔ)。目前，人們對帶電組分在均一電場中的運動已經(jīng)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(shè)計非均一電場，可實現(xiàn)其它技術(shù)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(shù)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(shù)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(nèi)反射熒光顯微成像儀器，首先實現(xiàn)了毛細管電泳-單分子熒光成像分析。在此基礎(chǔ)上，以毛細管等速電泳(cITP)作為非均一電場模型，對流經(jīng)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(nèi)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(guān)，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(xiàn)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(shù)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(shù)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。