蛋白质是生物体的重要组成部分,参与了几乎所有的生物学过程。蛋白质的生物学功能由其三维空间结构决定,并受其参与生物反应过程中的动力学行为控制。因此,蛋白质研究不仅需要静态测量其空间结构,还需要研究其动力学特性。光镊技术为从单分子层面研究蛋白质的动力学特性提供了可能,有助于科学家们深入理解蛋白质动力学和生物学功能之间的联系,推动生命科学的研究。光镊系统依靠激光聚焦后产生的辐射压力,以皮牛量级的作用力实现对微纳米尺度粒子的捕获和操纵,并对其位移进行纳米量级的测量。本文以实验室自主搭建的双光阱光镊系统为基础,探究了适合于测量生物单分子力谱的最优实验条件,通过对DNA和蛋白质进行大样本统计性拉伸实验,并根据所得的力谱数据分析了蛋白质动力学特性,验证了自建光镊系统的可靠性。本文研究内容和成果如下:1.调研了光镊技术的背景和国内外发展现状,总结了光镊技术在生物和物理研究领域的主要应用。对比介绍了单分子生物学中最具有代表性的三种测量技术:光镊、磁镊和原子力显微镜,并结合生物单分子结构模型讨论了光镊技术在单分子生物学中的重要作用。2.讨论了适合生物单分子测试结构(―哑铃‖结构)的光阱力理论模型,并在实验室自主搭建的双光阱光镊系统的基础上,通过仿真和实际测量从激光光束、微球和液体环境三个方面讨论了影响光镊系统进行生物单分子力谱测量的主要参数,针对各个参数提出了选取方案。其中重点研究了非水环境中热梯度力对光阱捕获微球的影响。3.从蛋白质空间结构和相关理论模型出发,研究了光镊系统测量得到的蛋白质拉伸力谱中所包含的蛋白质的热力学和动力学信息,总结了拉伸力谱的分析方法。4.总结了适合双光阱光镊系统的测量模式和实验步骤,对dsDNA和蛋白质等常见的生物样品进行了大样本统计性拉伸实验,分析力谱数据,并将分析结果与蛋白质理论模型进行对比,验证了光镊系统的可靠性。