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单个分子检测是最近十几年迅速发展起来的研究方向，涉及到物理、化学、生物和统计等诸多方面知识，是交叉学科研究的热点之一。顾名思义，单个分子检测技术是直接检测单个分子的实验手段，因此单个分子检测技术不仅提供直观细致的观察，而且改变了以往系综的思维。单个分子检测同以往的系综试验相比，可以实时直观地观察到细胞中单个粒子或分子的运动，揭示被大量系综平均所掩盖的分布或细节，使得以往难以理解或分辨的事情变得直观和易于接受。基于上述优点，单个分子检测技术的发展，完善和应用成为当今前沿科学研究的重点之一，分析水平从平均过渡到统计，加深了人们对已知领域的认识和理解，并成为探索未知领域的强有力的工具之一。
从检测技术方面来说，单个分子检测可以分为光学检测和非光学检测两种主要方法。本研究工作集中在构建单个分子光学检测装置并将其应用到单个生物分子的研究，主要包括以下三个部分：
(1)成功搭建远场光学单个分子检测平台，包括共焦荧光显微镜、宽场照明荧光显微镜和全内反射荧光显微镜。该平台不仅能够顺利完成各类单个分子检测任务，而且能够在各种检测模式间方便切换，因此具有更广泛的应用前景。
(2)首次将宽场照明荧光显微镜应用到体外单个小热休克蛋白MjHSPl6.5的研究，提出了亚单元交换的模型，并进一步确认了其裂分的方式为均向裂分，为结束学术界长期以来对于MjHSPl6.5亚单元交换机理的争论起到推动作用。我们将MjHSPl6.5进行染料标记，第一次实时观测到单个小热休克蛋白MjHSPl6.5的解离，提示我们MjHSPl6.5的亚单元交换机理为裂分机理。系综试验方面，我们利用能够发生荧光共振能量传递(FRET)的两种染料Cy3和Cy5.5分别标记MjHSPl6.5，观察到高温时MjHSPl6.5的亚单元交换现象，并用系综动力学和热力学的方法分析了MjHSPl6.5的亚单元交换和解离的机理。
综合系综试验和单分子试验得到的信息，我们第一次确认了MjHSPl6.5亚单元交换机理，有力的证明了高温时MjHSPl6.5的存在状态是裂分的，从而推断其热保护机理为裂分机理。
(3)单个分子光学检测技术在活细胞内的应用。活细胞中单个生物分子的检测由于受到细胞背底和细胞不均一性的干扰，成为单个分子检测技术的重大挑战。我们选择在活细胞中观测单个α1B肾上腺素受体作为课题，无论从试验方法层面还是细胞生物学层面都具有重要意义。
我们首先尝试了多种荧光标记活细胞内肾上腺素受体的方法。在选择并确定合适的标记方法的基础上，第一次报道了荧光配基标记的肾上腺素受体在活细胞内的运动，并分析了运动的特征及其生理意义。