隨著對(duì)細(xì)胞生理研究的逐漸深入,，科學(xué)家們開始解析單個(gè)細(xì)胞的行為,，這是因?yàn)榧词故峭瑯拥倪z傳物質(zhì)，同樣的周邊環(huán)境,，這些細(xì)胞還是會(huì)朝著不同的方向發(fā)展,，有時(shí)還會(huì)生成不同的功能，而且單個(gè)細(xì)胞的變化還關(guān)系到癌癥,，神經(jīng)疾病等疾病,。
然而要分析單個(gè)細(xì)胞，卻不是那么容易的事情,，在基因表達(dá)分析中占據(jù)主要位置的DNA芯片這種分析方法,，由于靈敏度不夠，所以不足以發(fā)現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞水平上的差異,，但是從單個(gè)細(xì)胞中挑選少量RNAs,，或者蛋白也不容易做到，而且如果還要分析細(xì)胞的動(dòng)力學(xué)因素,，那就不只是繁瑣實(shí)驗(yàn)的問題,，還需要物理學(xué)，機(jī)械學(xué),，和生物學(xué)的多方配合。
來自維吉尼亞州大學(xué),，伊利諾斯大學(xué)的研究人員在單細(xì)胞動(dòng)力學(xué)研究方面就遇到了這種問題：細(xì)胞在移動(dòng)過程（包括相互黏連,，或者到細(xì)胞外基質(zhì)中去）中需要借助分子力前進(jìn)或者后退，研究人員希望能分析單個(gè)細(xì)胞中的這種機(jī)械力,。
維吉尼亞州大學(xué)的Martin Schwartz教授研究組為此發(fā)明了一種傳感器,，這種生物傳感器能在活體中測量蛋白所承受力，研究人員利用這一傳感器發(fā)現(xiàn)了粘著斑蛋白承受力的奧秘,。
細(xì)胞對(duì)物理力量做出響應(yīng)的能力對(duì)于發(fā)育和生理來說都是根本性的,，包括血液、細(xì)胞粘附和遷移的調(diào)控,。難以對(duì)活體細(xì)胞中的分子力進(jìn)行測量的難度限制了對(duì)此現(xiàn)象的研究,。
新開發(fā)的這種傳感器就是一種基因編碼的熒光張力感應(yīng)模塊，該模塊能夠在活體中測量穿過特定蛋白的機(jī)械力,。研究人員利用這種傳感器對(duì)粘著斑蛋白進(jìn)行了測試——粘著斑蛋白是一種膜-細(xì)胞骨架蛋白,，它被吸引到粘著斑上，并將細(xì)胞粘附分子（整合素）與肌動(dòng)蛋白細(xì)絲相連,。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)粘著斑蛋白承受力的能力決定粘著斑在力的作用下是整合還是分解,。
這種新型生物傳感器應(yīng)能應(yīng)用于力傳導(dǎo)中所涉及的其它蛋白，主要優(yōu)點(diǎn)就是能精確的分析涉及的機(jī)械力,，而且靈敏度高,，比一般方法的靈敏度至少高100倍,，也能用于檢測細(xì)胞膜表面變形情況。缺點(diǎn)就是蛋白接觸傳感器會(huì)改變蛋白的功能,，因此研究人員需要花費(fèi)較多的時(shí)候嘗試,。
另外一個(gè)方面，來自伊利諾斯大學(xué)Taekjip Ha教授則利用了單分子熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)（FRET）分析了DNA解鏈酶的運(yùn)動(dòng)過程,，他們將兩種染料分別連接到單鏈DNA的兩個(gè)末端,，從而能直接觀察到DNA鏈的作用方式，結(jié)果研究人員發(fā)現(xiàn)這兩種染料能相互靠近,，然后又分開,，這樣重復(fù)，其中PcrA螺旋酶并沒有沿著單鏈尾部移動(dòng),，而是與DNA鏈斷裂端結(jié)合,，拉動(dòng)DNA使之與結(jié)合蛋白分離。當(dāng)這一過程結(jié)束的時(shí)候,，PcrA就會(huì)松開,。
這里運(yùn)用到的單分子熒光技術(shù)實(shí)際上就是大家熟悉的單分子熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)，這種技術(shù)是指當(dāng)兩種不同的熒光生色團(tuán)離的較近,，且其中一種生色團(tuán)（供體, donor）的發(fā)射譜與另一種生色團(tuán)（受體, acceptor）的激發(fā)譜有相當(dāng)程度的重疊時(shí),，當(dāng)供體被激發(fā)時(shí)，受體會(huì)因供體激發(fā)能的轉(zhuǎn)移而被激發(fā),。其直觀表現(xiàn)就是供體產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度較其單獨(dú)存在時(shí)要低的多,，而受體發(fā)射的熒光卻大大增強(qiáng)，同時(shí)伴隨它們熒光壽命的相應(yīng)縮短和延長,。
這種技術(shù)是目前研究蛋白質(zhì)相互作用比較成熟,、已被廣泛應(yīng)用的幾種方法之一，而用于DNA與蛋白之間的相互作用關(guān)系研究則是近年來動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)
