1. 3.3 Mô hình chuỗi liên tục (WLC)
3.5 Kết luận chƣơng 3
Trong chương này, một phương pháp quang học để điều khiển hạt có liên kết với phân tử ADN trong không gian chất lưu phi tuyến Kerr bằng cách điều chỉnh công suất của hai laser đã được thiết kế. Quá trình điều khiển hướng tâm và hướng trục chùm tia đã được đề xuất và khảo sát dựa trên sự cạnh tranh giữa lực đàn hồi của phân tử ADN và quang lực gradient ngang sử dụng laser yếu, và hiệu ứng tự hội tụ quang học của cường độ chùm laser mạnh trong chất lưu phi tuyến. Nghiên cứu mô phỏng số đặc trưng giữa vị trí cân bằng hướng tâm theo công suất yếu của laser và vị trí cân bằng dọc trục theo công suất mạnh của laser tương ứng như trên hình 3.9 và hình 3.15, cung cấp cho chúng ta một cái nhìn về độ căng của phân tư ADN phage - với
91
chiều dài bền và chiều dài tổng nhất định. Dựa trên kết quả này, động học của các loại phân tử ADN có thể được mô phỏng trước khi cài đặt cho thực nghiệm. Đây có thể là một định hướng đối với việc sử dụng điều chỉnh công suất laser cho điều khiển độ căng của phân tử ADN một cách liên tục thay vì phương pháp điều khiển điện cơ với độ chính xác kém hơn.
92
KẾT LUẬN CHUNG
Luận án tập trung nghiên cứu sử dụng kìm quang học để điều khiển độ căng của phân tử ADN nhúng trong chất lưu phi tuyến và đã đạt được các kết quả sau:
Đã hiệu chỉnh phương trình mô tả quan hệ giữa lực đàn hồi của phân tử ADN dạng chuỗi con sâu và vị trí thực của vi hạt điện môi gắn vào đầu cuối của phân tử ADN, từ đó hoàn thiện phương trình Langevin mô tả động học của vi hạt điện môi trong môi trường chất lưu;
Đã khảo sát sự cạnh tranh của các lực tác động lên vi hạt điện môi và ảnh hưởng của các tham số lên động học của nó trong kìm quang học và phân tích đánh giá quá trình kéo căng phân tử ADN;
Đã khảo sát và bình luận về sự ổn định của vi hạt điện môi tại vị trí ổn định (tại vị trí cân bằng lực), khảo sát ảnh hưởng của các tham số, đặc biệt ảnh hưởng của cường độ laser lên vị trí ổn định của vi hạt điện môi trong không gian ba chiều;
Đã khảo sát ảnh hưởng của cường độ laser lên vị trí của vi hạt điện môi và phân tích đề xuất phương pháp điều khiển độ căng của phân tử ADN gắn với vi hạt điện môi nhúng trong chất lưu phi tuyến; từ đó đề xuất mô hình kìm quang học ứng dụng điều khiển độ căng của phân tử ADN bằng cách thay đổi cường độ chùm laser.
Từ các kết quả trên của luận án, có thể rút ra các điểm mới sau:
1. Đã hiệu chỉnh biểu thức lực đàn hồi của phân tử AND để mô tả động lực học của hạt liến kết với phân tử ADN dưới tác động của quang lực.
2. Đã khảo sát quá trình động lực học của vi hạt trong không gian ba chiều dưới tác động của quang lực, từ đó chỉ ra được điều kiện ổn định của hạt nano trong bẫy.
93
3. Đã đề xuất mô hình kìm quang học với mẫu nghiên cứu nhúng trong dung môi phi tuyến Kerr để điều khiển độ căng của phân tử ADN.
94
CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
TT Công trình
1.
V. L. Chu, D. T. Thai, Q.Q.Ho (2013), Competition of forces on trapped capability and stability of DNA molecules in optical tweezers, Internatinal Journal of Engineering and Innovaive Technology 3, 1-4.
2.
L.V.Chu, D.T.Thai, and Q.Q.Ho(2014), Dynamic of Polystyrene Microsphere Linking to DNA Molecule under Optical Tweezer, J. of Physical Science and Application 4 (6), 1-6.
3.
D.T.Thai, V.L.Chu, Q.Q.Ho (2014), “Recorrected stretch function of spring-like elastic DNA molecules,” International J. of Engineering and Innovative Technology, 3 (10), 1-4.
4.
T.T.Dinh, K.D.Quôc, K.B.Xuân, Q.Q.Ho (2016), 3D controlling the bead linking to DNA molecule in a single-beam nonlinear optical tweezers, Opt. Quant Electron 48, 561.
5.
T.D.Trung, B.X.Kien, N.T.Tung, H.Q. Quý (2016), Dynamics of polystyrene beads linking to DNA molecles under single optical tweezers: A numerical study using full normalized Lagevin equation, J. Nonlinear Opt. Phys. & Material, Vol. 25, No.4, 1650054 (11).
95
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
TT Công trình
1
Thai Dinh Trung, Ho Quang Quy, Nguyen Van Thoại, (2012) Langevin equation for single biomolecules in optical tweezers, Tạp chí NCKHCNQS,19, 89-93.
2
Quang Quy Ho, Van Nam Hoang, Dinh Trung Thai, Van Lanh Chu, Thanh Le Cao, Doan Thanh Thai, Dynamic of Nanoparticle in Kerr Medium Under Optical Tweezer, PII-11, Hội nghị QHQP toàn quốc lần thứ VIII, Ho Chi Minh city, 26-29/11/2012
3
V. L. Chu, D. T. Thai, Q.Q.Ho (2013), Competition of forces on trapped capability and stability of DNA molecules in optical tweezers, Internatinal Journal of Engineering and Innovaive Technology 3, 1-4.
4 Thái Đình Trung, Cao Thành Lê, Đoàn Hoài Sơn( 2014), Các tham số đặc trưng của chuỗi ADN, Tạp chí NCKH Đại học Vinh, sô 43, 88-91.
5 Thái Đình Trung, Cao Thành Lê, Vũ Ngọc Sáu, Chu Văn Lanh (2014),
Lực đàn hồi của phân tử ADN, Tạp chí NCKHCNQS, 30, 109-112
6
L.V.Chu, D.T.Thai, and Q.Q.Ho(2014), Dynamic of Polystyrene Microsphere Linking to DNA Molecule under Optical Tweezer, J. of Physical Science and Application 4 (6), 1-6.
7
Thai Dinh Trung, Chu Van Lanh, Hoang Dinh Hai, Ho Quang Quy,
Dynamics of DNA Molecules in Optical Tweezer, Advances in Optics, Photonics, Spectrscopy & Applications VIII (2014), ISSN 1859 – 4271(pp180-190)
8
D.T.Thai, V.L.Chu, Q.Q.Ho (2014), Recorrected stretch function of spring-like elastic DNA molecules, International J. of Engineering and Innovative Technology, 3 (10), 1-4.
96
9
T.D.Trung, M.V.Luu, C.V.Lanh, T.D.Thanh, H.Q.Quy(2015), Stretching process of plasmid DNA molecule in optical tweezers using CW Gaussian laser beam, J.Adv in Biology, No 8, 1456-1461.
10
Thai Dinh Trung, Mai Van Luu, Chu Van Lanh, Nguyen Van Thinh, Hoang Van Nam, Thai Doan Thanh, Ho Quang Quy(2015), Conditions to stretch plasmid DNA molecule in optical tweezers using CW laser gaussian beam, The 4th academic conference on natural science for young scientist, master and PhD students from Asean countries, Bangkok, Thai Lan, No 12, ISBN: 978-604-913-088-5(pp 166-172).
11
D.T.Thai, V.L.Mai (2016), Dynamics of polystyrene microsphere lingking to -phage DNA molecule in optical tweezers using pulsed Gaussian laser beam, J. Adv. In Biology 9 (2), 1806-1815.
12
T.T.Dinh, K.D.Quôc, K.B.Xuân, Q.Q.Ho (2016), 3D controlling the bead linking to DNA molecule in a single-beam nonlinear optical tweezers, Opt. Quant Electron 48, 561(Thuộc danh mục ISI).
13
T.D.Trung, B.X.Kien, N.T.Tung, H. Q. Quý(2016), Dynamics of polystyrene beads linking to DNA molecules under single optical tweezers: A numerical study using full normalized Lagevin equation, J. Nonlinear Opt. Phys. & Material, Vol. 25, No.4, 1650054 (11). (Thuộc danh mục ISI)
14
Thai Dinh Trung, Ho Quang Quy, Bui Xuan Kien, Nguyen Van Thinh,
Control Bead Linking to DNA Molecule in Space by Laser Power Calibration, Advances in Optics, Photonics, Spectroscopy & Applications IX(2017), ISBN: 978-604-913-578-1(pp167-172)
97
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt:
[1] Hồ Quang Quý, Đoàn Hoài Sơn, Chu Văn Lanh, Nhập môn bẫy quang học. NXB ĐHQG Hà Nội, 2011.
[2] Hồ Quang Quý, Vật lý Laser và ứng dụng. NXB Khoa học và Quân sự, Hà Nội, 2013.
[3] Hồ Quang Quý, Quang phi tuyến và ứng dụng, NXB ĐHQG Hà Nội, 2007.
[4] Trần Bá Chữ, Hồ Quang Quý, Phạm Vũ Thịnh, Những vấn đề hiện đại của Quang học và quang phổ, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2000. [5] Thái Đình Trung, Cao Thành Lê, Vũ Ngọc Sáu, "Lực đàn hồi của phân
tử ADN," Tạp chí NCKHCNQS, Số 31, pp. 7-11, 2014.
[6] Hoàng Đình Hải, Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số lên kìm quang học sử dụng hai chùm Gauss ngược chiều. Viện KH-CNQS: Luận án TS, 2014.
[7] Hoàng Văn Nam, Phân bố lực trong không gian của kìm quang học Kerr sử dụng chùm tia laser Gauss. Viện KH-CNQS: LATS, 2015.
Tiếng Anh:
[8] A. Ashkin, J. M. Dziedzic, J. E. Bjorkholm, S. Chu, "Observation of a Single-beam Gradient Force Optical Trap for Dielectric Particles,"
Opt. Lett. 11, pp. 288-290, 1986.
[9] A. Ashkin, "Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure," Phys. Rev. Lett. 24, pp. 156-159, 1970.
[10] A. Ashkin, "Force of a single-beam gradient laser trap on a dielectric sphere in the ray optics regime," J.Biophys, vol. 61, pp. 569-582, 1992.
98
[11] D. F. Blair, H. C. Berg S. M. Block, "Compliance of bacterial flagella measured with optical tweezers," Nature , vol. 338, pp. 514 – 518, 1989.
[12] J. T. Finer, S. Chu, and J. A. Spudich R. M. Simmons, "Quantitative measurements of force and displacement using an optical trap,"
Biophys J, vol. 70, pp. 1813-1822, 1996.
[13] H. Yin, R. Landick, J. Gelles, S. M. Block M. D. Wang, "Stretching DNA with optical tweezers," J. Biophysical 72, pp. 1336-1346, 1997. [14] Marco C., Gionata B., F. Vanzi, Francesco S. P. Carina M., "Optical
Methods to Study Protein-DNA Interactions in Vitro and in Living Cells at the Single-Molecule Level," Int. J. Mol. Sci. 2013, 14, vol. 14, pp. 3961-3992, Feb. 2013.
[15] L. Ma, Y. Zhang X. Zhang, "High-resolution optical tweezers for Single Molecule Manipulation," Yale Journal of biology and medicine, vol. 86, pp. 367-383, 2013.
[16] L. Ma, Y. Zhang Aleksander A. Rebane, "Structure-Based Derivation of Protein Folding Intermediates and Energies," Biophysical Journal, vol. 110, pp. 441-454, Jan. 2016.
[17] W. H.Wright, Rieder, E.D.Salmon, G.Profeta, J.Andrews , Y.Liu, G.J.Sonek, and M.W.Berns H. Liang, "Directed movement of chromosome arms and fragments in mitotic newt lung cells using optical scissors and optical tweezers," Exp Cell Res, vol. 213, p. 308, 1994.
[18] Y. Liu and G. J. Sonek, "Two-photon fluorescence excitation in continuous-wave infrared optical tweezers," Optics letters, vol. 20, pp. 2246-2248, Nov. 1995.
[19] K. Visscher and G.J. Brakenhoff, "Single Beam Optical Trapping Integrated in a Confocal Microscope for Biological Applications,"
99
[20] Lucien P.Ghislain and Watt W.Webb, "Scanning-force microscope based on an optical trap," Optics Letters, vol. 18, pp. 1678-1680, 1993. [21] Silva D.C., Williams A.J., Bezerra M.A., Fontes A., Araujo R.E.
Moura D.S., "Automatic real time evaluation of red blood cell elasticity by optical tweezers," AIP_Review of Scientific Instruments, vol. 86, no. 5, May 2015.
[22] Mihaela G. M., S. Valkai, A. Dér,Tudor S. Mozzammel H., "Stretching of red blood cells using an electro-optics trap," Biomed Opt Express, vol. 6, no. 1, pp. 118-123, Jan. 2015.
[23] M. J. Padgett J. E. Molloy, "Lights, action: Optical tweezers,"
Comtemporary Physics, vol. 43, pp. 241-258, 2002.
[24] S. M. Block F. M. Fazal, "Optical tweezers study life under tension,"
Nature Photonics, vol. 5, pp. 318-321, 2011.
[25] S. B. Smith, J. Liphardt, D. Smith C. Bustamante, "Single-molecule studies of DNA mechanics," Current Opinion in Structural Biology 10, pp. 279-285, 2000.
[26] J. F. Allemand, V. Croquette, and D. Bensimon T. Strick, "Twisting and stretching single DNA molecules," in Biophysics. & Molecular Biology, 2000, pp. 115-140.
[27] Bernet S., Ritsch-Marte. M. Singer W., "3D-force calibration of optical tweezers for mechanical stimulation of surfactant-releasing lung cells,"
Laser Phys. 11, pp. 1217-1223, 2001.
[28] F. M. Hameed, T. Roopa, and G. V.Shivashnkar G. V. Soni, "Development of an optical tweezers combined with micromanipulation for DNA and protein nanobioscience," Current Science, vol. 83, pp. 1464-1470, 2002.
[29] W. Grange M. Hegner, "Mechanics and imaging of single DNA molecules," Journal of Muscle Research and Cell Motility, pp. 367– 375, 2002.
100
[30] X. L. Wang, X. H. Zhang , S. Y. Ran, J. Yan and M. Li B. Fu, "Compaction dynamics of single DNA molecules under tension," J. Am. Chem. Soc. 128, pp. 15040-15041, 2006.
[31] M. T. Woodside, "Nanomechanical measurements of the sequence- dependent folding landscapes of single nucleic acid hairpins," PNAS 103, pp. 6190-6195, 2006.
[32] S. Hage, N. H. Dekker, and S. G. Lamay K. Besteman, "Role of Tension and Twist in single-molecule DNA condensation," Phys. Rev. Lett. 98, p. 058103., 2007.
[33] N. Lauren, L. B. Oddershede, U. Bockelmann, E. J. G. Peterman and G. J.L. Wuite P. Gross, "Quatifying how DNA stretches, melts and changes twist under tension," Nature physics, 2011.
[34] Shan X., S. Dhakal, Z. Tan, H. Mao Prakash S., "Nascent RNA transcripts facilitate the formation of G-quadruplexes," Nucleic Acids Research, vol. 42, no. 11, pp. 7236–7246, May 2014.
[35] Y. T. Yang J. S. Huang, "Origin and Future of Plasmonic optical tweezers," Nanomaterials 5, pp. 1048-1065, 2015.
[36] D. Bruggemann, F. Wruck, M. Hegner, V.S. Jadhav, "Single-molecule mechanics of protein-labelled DNA handles," Beilstein J. Nanotechnol. 7, pp. 138-148, 2016.
[37] D. Murugesapillai, M. J. McCauley, L. J. Maher, "Single-molecule studies of high-mobility group B architectural," Biophys Rev, Oct.
2016.
[38] Thayaparan P., Ioulia R., Mark C. W. Ali A. A., "Mechanisms of small molecule–DNA interactions probed by single-molecule force spectroscopy," Nucleic Acids Research, vol. 44, no. 9, pp. 3871-3988,
2016.
[39] Mai Van L., Hoang Dinh H., Zhuang D. Ho Quang Q., "The simulation of the stabilizing process of dielectric nanoparticle in
101
optical trap using counter-propagating pulsed laser beams," Chin. Opt. Lett., pp. 332-334, 2010.
[40] Eric W. Van S., S. Guha, E. J. Sharp, G. L. Wood, J. L. W. Pohlman M. J. Soileau, "Nonlinear optcal properties of liquid crystals in the isotropic phase," Mol. Cryst. liq. Cryst., vol. 143, pp. 139-143, 1987. [41] Cao Thanh Le, Ho Quang Quy Hoang Van Nam, "The influence of the
self-focusing effect on the the optical force acting on dielectric particle embedded in Kerr medium," Communication in Physics 23, No.2, pp. 155-161, 2013.
[42] Watson J. D. and F. H. C. Crick, "Molecular structure of nucleic acid-a structure for deoxyribose nucleic acid," Nature , no. 171, pp. 737-738, 1953.
[43] Perkins T. T., "Optical trap for single molecule biophysics: a primer,"
Laser Photon. Rev. 3, pp. 203-220, 2009.
[44] A. H. Mack, "Practical axial optical trapping," Rev. of Sc. Intruments 83, pp. 103106-1-11, 2012.
[45] G. Sharma, "Biological Force Measument in a Protein-Based Nenoactuator," IEEE Transaction on Nanotechnology, Vol.8, No.6, pp. 684-691, 2009.
[46] M. Hamdi, "Characterization of protein based spring-like elastic joints for biorobotic applications," in International Conference on Robotics and Automation, Orlando, Florida, 2006, pp. 1794-1799.
[47] C. G. Bauman, "Stretching of single collapsed DNA molecules,"
Biophysical Journal 78, pp. 1965-1978, 2000.
[48] J.L.Thomas, and R.Marchiano D.Baresch, "Observation of a Single- Beam Gradient Force Acoustical Trap for Elastic Particles: Acoustical Tweezers," Physiccal review letters, vol. 116, p. 024301, 2016.
[49] D.Bray, J. Lewis, M.Raff, K. Roberts, and J.D. Watson. B. Alberts,
102 Publishing, 1994.
[50] Cluzel, "DNA: an extensible molecule," Science, 271, pp. 792-794, 1996.
[51] Lifshiftz E.M., and Sykes J. B., Landau L.D., Theory of elasticity, 3rd ed.: Oxford: ButterworthHeinemann., 1986.
[52] J.H.G. Huisstede, "Scanning Probe Optical Tweezers: A new tool to study DNA-protein interactions," 2006.
[53] Cui.Y.J, and Bustamante C., Smith S. B., "Overstretching B-DNA: The elastic response of individual double-stranded and single-stranded DNA molecules," Science, 271, pp. 795-79, 1996.
[54] Siggia E. D. Marko J. F., "Stretching DNA," Macromolecules 28, pp. 8759-8770., 1995.
[55] T. Odijk, "Stiff Chains and Filaments under Tension,"
Macromolecules, vol. 28, pp. 7016–7018, 1995.
[56] Wang M. D., Allemand J. F., Strick T., Block S. M., and Croquette V., Bouchiat C., "Estimating the persistence length of a worm-like chain molecule from force-extension measurements," Bioph. J, vol. 76, pp. 409–413, 1999.
[57] Giovanni Volpe Giorgio Volpe, "Simulation of Brownian particle in an optical trap," Am. J. Phys. 81, pp. 224-230, 2013.
[58] C. Bustamante, "Entropic elasticity of lambda-phage DNA," Science 265, pp. 1599-1600, 1994.
[59] T. Roopa, "Nanomechanics of membrane tubulation and DNA assembly," Applied Physics Letters, Vol.82, No.10, pp. 1631-1634, 2003.
[60] D. H. Hoang Q. Q. Ho, "Dynamic of the dielectric nanoparticle in optical tweezer using counter-propagating pulsed laser beams," J. of Physical Science and Application, Vol.2, No.9, pp. 345-351, 2012. [61] Volpe G., Petrov D. Volpe G., "Brownian motion in a
103
nonhomogeneous force field and photonic force microscope," Phys. Rev. E76, p. 061118, 2007.
[62] T. Li, Fundamental Tests of Physics with Optically Trapped Microspheres. New York, 2013.
[63] A. Charles, Modern Problems in Classical Electrodynamics., 2004. [64] S. M. Block C. Neuman, "Optical trapping," Rev. of Scient. Intruments,
Vol. 75, pp. 2787-2809, 2004.
[65] D. Petrov, G. Badenes R. Quidant, "Radiation forces on a Rayleigh dielectric sphere in a patterned optical near field," OPTICS LETTERS, vol. 30, pp. 1009-1011, 2005.
[66] D. Appleyard, "Optical trapping for undergraduates," Am. J. Phys. 75, pp. 5-14, 2007.
[67] Teich M. C. Saleh B. E. A., Fundamentals of photonics. New York: John Willey & Sons, 1998.
[68] Arias-Gonzalez J. R. Hormeno S., "Exploring mechanochemical processes in the cell with optical tweezers," Biol. Cell 98, pp. 679-695, 2006.
[69] P. Redmond, L. E. Brus J. Hallock, "Optical forces between metallic particles," PNAS. Vol. 102, pp. 1280-1284, 2012.
[70] Blakely J. T., Gordon R., Sinton D. Kawano M., "Theory of dielectric micro-sphere dynamics in a dual-beam optical trap," Optics Express 16, pp. 9306-9312, 2008.
[71] L. Ez-zariy, A. Belafhal S. Hennani, "Radiation Forces on a Dielectric Sphere Produced by Finite Olver-Gaussian Beams," Optics and Photonics Journal, vol. 5, pp. 344-353, 2015.
[72] V. L. Mai D. T. Thai, "Dynamical properties of plasmid DNA moleucle in pulse regime by optical tweezers," J. Adv. In Biology 9, pp. 1779-1805, 2016.