单分子检测(Single Molecule Detection,SMD)可以在单分子水平上对生物分子的构象变化、动力学、分子之间相互作用以及对单个分子的操纵进行研究。与传统分析方法只能提供复杂体系参数的平均值相比,SMD能探测到处于非平衡态下的个体行为和平衡状态下体系的涨落,追踪掩盖在平衡状态下的微观动力学变化过程。此外,SMD不要求随时间变化过程中的大量分子的状态保持同步,且能捕捉到被宏观观测所淹没的极少数的中间体或过渡状态。生物大分子在液-固界面的行为研究有十分重要的意义,例如在生物芯片、生物传感器等领域中,常需要研究生物分子在基底的非特异性吸附。利用单分子检测技术研究生物大分子在液-固界面的吸附、解吸附的详细动力学过程,对于研究生物传感器的设计、色谱和毛细管电泳过程中的基底选择等方向有重要意义。故本论文应用单分子荧光成像技术研究了YOYO-1标记的DNA分子在液-固界面的单分子行为。具体内容如下:(1)图像处理是单分子实验中非常重要的一部分,直接影响数据的准确性和整个实验结果。针对本实验的研究对象——DNA分子,当荧光照片上DNA分子数较少时,人工计数并非很复杂,但当DNA分子总数很多时,人工计数的工程量则较大,浪费工作者很多时间,此时利用Image J软件的自动计数功能则能快速、准确的得到结果,因此很有必要对Image J软件在单分子荧光成像中的应用进行研究。而在利用Image J软件分析和优化其荧光照片时,阈值、滚动球半径和单个DNA分子的平均最小占据的像素值的设置非常重要,因此,论文针对本实验中所获取的DNA单分子图像的特点,利用Image J软件找到了适用于本实验中的DNA分子的扣除背景,快速计算吸附及未吸附的DNA分子个数,获取单个DNA分子的动力学行为,测量荧光强度等图像解析操作的最佳参数等,而在此最佳参数下得到的DNA分子总数与人工计数的结果基本一致,数据准确可靠。(2)应用全内反射荧光显微镜,利用YOYO-1标记的λ-DNA分子作为探针研究了三种不同硅烷化试剂修饰的盖玻片表面的性质,在不同的pH值下,考察pH值对单个DNA在这三种不同表面行为(自由运动和吸附)的影响,并应用接触角(Contact Angle,CA)表征了这三个不同表面的性质。实验表明,在3-巯丙基三甲氧基硅烷((3-mercaptopropyl)trimethoxysilane,3-MPTS)和正辛基三乙氧基硅烷(n-Octyltriethoxysilane,OTES)修饰的表面,在pH=8.20时,DNA分子全部自由运动,随着pH值的降低,DNA吸附率随之增大,根据接触角(CA)表征结果,这两个表面是亲水表面,但是用3-MPTS修饰的盖玻片表面更亲水。然而利用三乙氧基(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-十三氟辛基)硅烷(1H,1H,2H,2H-Perfluorooctyltriethoxysilane,PFOTES)修饰的表面是疏水的,在pH=8.20时,个别DNA分子已经吸附在其表面,随着pH值的降低,DNA在其表面的吸附率也逐渐增大。在相同pH值下,DNA分子在三种硅烷化试剂修饰的盖玻片表面的吸附率区别比较明显,其顺序依次为3-MPTS﹤OTES﹤PFOTES,这个顺序与三个表面的疏水性是一致的。这些现象都表明,疏水作用是引起DNA分子吸附的主要原因。(3)应用全内反射荧光显微镜,利用YOYO-1标记的λ-DNA分子作为探针研究了SiO2纳米粒子薄膜的表面性质,在不同的pH值下,考察pH值对单个DNA分子在其表面行为(自由运动和吸附)的影响,并采用接触角(CA)和原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)表征了SiO2纳米粒子薄膜表面的性质。实验表明,随着pH值的降低,DNA分子在其表面的吸附率随之增大。DNA分子在SiO2纳米粒子薄膜表面的吸附行为是静电作用和疏水作用共同作用的结果,但是起主导作用的是疏水作用。此外,相同pH值下,与文献中报道的DNA在玻片上的吸附率相比, DNA在SiO2纳米粒子薄膜表面的吸附率要大的多,这是由于SiO2纳米粒子的比表面积大,表面活性位点多,且疏水性能强的缘故。