基于光纤的单分子动力学高对比度干涉成像
光学
2025-10-14 v1 应用物理
生物物理
摘要
单分子检测使人们能够直接观察单个生物分子事件，为理解生物学过程提供机制性见解，并且是疾病诊断的强大工具。然而，由于光学波长与分子尺度的根本尺度失配，标签化方法的应用受限，导致信噪比（SNR）性能较差。本文提出一种基于干涉成像的高对比度、无标签方法，利用光纤表面支持的强次场来提供近场照明。我们观察到由平面散射产生的独特干涉图样，这些图样使得对由单个分子引起的局部分相变化实现了高对比度检测。结果表明，与传统荧光方法相比，SNR提升约为38 dB，且未采用任何等离子体或微腔体积放大技术。该方法还用于跟踪分子动力学，捕获单个蛋白质分子的构象转换和结合行为。同时，研究了单个分子对声波刺激的响应，展示了在单分子尺度上实现声学传感器的极致微型化。通过在单分子水平直接观察分子动力学和力学响应，该方法为探究基础生物学过程和开发超灵敏生物传感器提供了 versatile平台。此外，该方法为在分子尺度上耦合光学波和声学波奠定了基础，为下一代单分子诊断和精密生物物理学研究开辟了新途径。
引用
@article{arxiv.2510.10061,
title = {High-Contrast Interferometric Imaging of Single-Molecule Dynamics on Optical Fibers},
author = {Guifeng Li and Chaoyang Gong},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.10061},
year = {2025}
}