單分子穩定性分析系統（磁鑷）—Hi-MT （高通量單分子力譜測量系統），采用全新的單分子磁鑷（single molecular magnetic tweezers）技術，可以同時對數百個生物大分子（如DNA、RNA或蛋白等）施加亞pN至數百pN的力，從而對單個分子進行操控及力學測量。高通量單分子力譜測量系統廣泛應用于蛋白結構解析、DNA/RNA與蛋白的相互作用、細胞及細胞骨架應力、小分子藥物研發等領域。

單分子磁鑷技術是一種可同時操控多個生物分子或細胞的一種技術，通過電磁鐵產生特定大小的磁力作用于微流控芯片，對芯片內與表面連接有生物分子的微球或細胞施加一定的力以對其進行操控。

實驗中可以將多個生物分子(如DNA)一端與微球連接，另一端連接到芯片的內表面，使用電磁鐵產生磁力作用于微球，DNA分子便被微球向磁力平面拉伸，此時可以同時對多個分子進行檢測，收集大量數據，用于將異質性的生物分子行為與稀有狀態從群體平均效應中區分出來。

Hi-MT 主要特點

★    精度高：力學精度小于0.1 pN；空間精度小于1nm；

★    通量高：單次最高可檢測100個生物大分子；

★    多維度：生物大分子長度和扭轉同時追蹤；

Hi-MT 主要應用

1、DNA的力學特性

多個偶聯微球的DNA分子被固定在芯片表面，施加磁力將微球向上拉伸，從而獲得多個DNA分子的力-距離曲線。
單分子力譜法如磁鑷、光鑷及原子力技術已經成為*的工具，廣泛應用于研究DNA酶相互作用的生物力。但是一般的單分子力譜檢測方法通常只能檢測一個DNA分子，非常限制數據采集分析。通過微接觸印刷將DNA系留磁珠定向、非隨機固定在規則陣列中DNA末端結合標簽。可增加檢測數量級。其中數百個微球同時被平行追蹤并對相應的DNA進行力學統計分析。該技術為研究DNA-蛋白質相互作用中的罕見事件，并獲得來自單個實驗運行的大量統計數據集奠定了基礎。

Iwijn De Vlaminck, et al. Nano Letters, 2011

單分子力譜測量方法可以應用于DNA延伸。對于六個不同的DNA序列，在0.2至1.2pN的變化力下，DNA延伸表現出不同的方式。在0.3pN及以下，所有DNA的拉伸及旋轉曲線都是對稱的。在0.6和0.8pN的中間力下，DNA熔化和絲核形成之間的競爭的序列依賴效應為明顯。在1.2pN時，所有序列都顯示出不對稱的旋轉曲線：施加的負超螺旋被DNA熔化吸收，施加的正超螺旋被多核體吸收。

Rifka Vlijm, et al. PLoS One, 2015

2、DNA構象變化
單分子力譜測量方法可以應用于DNA延伸。對于六個不同的DNA序列，在0.2至1.2pN的變化力下，DNA延伸表現出不同的方式。在0.3pN及以下，所有DNA的拉伸及旋轉曲線都是對稱的。在0.6和0.8pN的中間力下，DNA熔化和絲核形成之間的競爭的序列依賴效應為明顯。在1.2pN時，所有序列都顯示出不對稱的旋轉曲線：施加的負超螺旋被DNA熔化吸收，施加的正超螺旋被多核體吸收。

3、RNA構象變化
單分子力譜測量方法可以同時探究數百個單個聚合酶 RNA 合成動力學，研究雙鏈 RNA 和單鏈 RNA 的力學伸展曲線。在 RdRp RNA 合成過程中，CD 模板鏈從 AB 鏈上被置換下來，單鏈 RNA 的比例逐漸增加。由于雙鏈 RNA 和單鏈 RNA 之間的伸展差異較大，選擇了 25 pN 的恒定力，這為 RdRp RNA 合成提供了高空間分辨率。

4、蛋白構像解析
蛋白通過兩端的DNA handles被偶聯在微球和芯片表面中間。通過磁力將微球拉伸，從而導致不同的蛋白質區域展開。

5、DNA-蛋白相互作用
多個與蛋白孵育的DNA分子被拉伸。DNA分子一端偶聯微球，另一端固定在芯片表面。通過對微球施力即可同時測量多個生物大分子的力-距離曲線。

6、抗原-抗體相互作用

Hi-MT可以在單分子層面測量抗原抗體的親和力。將抗原標記的微球與抗體結合連接玻璃表面。用逐漸上升的力使微球遠離玻璃表面同時測量微球位置，即可計算抗原抗體的相互作用力。

實際案例：

1、染色質纖維組裝及調控機制：解析染色質高級結構組裝過程，確定四核小體模式

2、FACT雙重調控核小體機制：核小體動態組裝體現FACT雙重調控功能

3、泛素化修飾調控核小體機制：泛素修飾和FACT相互耦合，實現核小體“開"“關"調控

4、SWR1替換組蛋白機制：Swc2結構域特異識別H2A核小體

5、抗癌藥物作用DNA的機制：揭示藥物與DNA作用機制

文獻列表：

• FACT mediates the depletion of macroH2A1.2 to expedite gene transcription. Molecular Cell, 2024

• NFIB facilitates replication licensing by acting as a genome organizer. Nature Communications, 2023

• Structural insights into histone binding and nucleosome assembly by chromatin assembly factor-1. Science, 2023

• Endothelial discoidin domain receptor 1 senses flow to modulate YAP activation. Nature Communications, 2023

• Single-Molecule Resettable DNA Computing via Magnetic Tweezers. Nano Letters, 2022

• H2A mono-ubiquitination differentiates FACT's functions in nucleosome assembly and disassembly. Nucleic Acids Research, 2022

• Recognition of the inherently unstable H2A nucleosome by Swc2 is a major determinant for unidirectional H2A.X exchange. Cell Reports, 2021

• Structures and Functions of Chromatin fibers. Annual Review of Biophysics, 2021

• Curaxin-Induced DNA topology alterations trigger the distinct binding response of CTCF and FACT st the single-molecule level. Biochemistry, 2021

• DNA polymerase Gp90 activities and regulations on strand displacement DNA synthesis revealed at single-molecule level. FASEB Journal, 2021

• Histone H2A ubiquitination reinforces mechaincal stability and asymmetry at the single-nucleosome level. Journal of the American Chemical Society, 2020

主要配置：

1、高通量磁鑷模塊

力學精度:  0.1pN；

力學范圍：0-100pN;

檢測通量：100個目標同時檢測；

空間精度：1-2nm

2、微流控模塊

可快速替換樣品池中的組分，以改變其成分及 pH；/3、加熱模塊

室溫至50℃連續可調；

4、光學系統升級

可以整合上下光路，升級TIRF全內反射熒光系統；

5、數據分析軟件統

位置-力譜數據分析；

可導出原始數據和分析得到的數據；

北京佰司特科技有限責任公司

類器官串聯芯片培養系統—HUMIMIC；類器官灌流式培養和代謝監測系統—IMOLA；

蛋白穩定性分析儀—PSA-16；單分子穩定性分析儀（磁鑷力譜測量儀）—HiMT；單分子質量光度計—TwoMP；超高速視頻級原子力顯微鏡—HS-AFM；微流控擴散測量儀—Fluidity One-M；

微納加工點印儀—NLP2000/DPN5000；臺式原子力顯微鏡—ACST-AFM；全自動半導體式細胞計數儀—SOL COUNT；農藥殘留定量檢測儀—BST-100；