我科學(xué)家首次在室溫大氣環(huán)境下探測(cè)到單個(gè)蛋白質(zhì)分子磁共振譜
日前，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)將量子技術(shù)應(yīng)用于單個(gè)蛋白質(zhì)分子研究，在室溫大氣條件下獲得了*上首張單蛋白質(zhì)分子的磁共振譜。該研究不僅將磁共振技術(shù)的研究對(duì)象從數(shù)十億個(gè)分子推進(jìn)到單個(gè)分子，并且“室溫大氣”這一寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境為該技術(shù)未來(lái)在生命科學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供了必要條件，使得高分辨率的納米磁共振成像及診斷成為可能。
國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》3月6日發(fā)表這項(xiàng)成果并配發(fā)專文予以報(bào)道。專文高度評(píng)價(jià)稱這個(gè)進(jìn)展是“通往活體細(xì)胞中單蛋白質(zhì)分子實(shí)時(shí)成像的里程碑”，贊譽(yù)其“實(shí)現(xiàn)了一個(gè)雄心勃勃的目標(biāo)”。
磁共振技術(shù)能夠準(zhǔn)確、快速和無(wú)破壞地獲取物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)信息，已被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究和醫(yī)學(xué)等各大領(lǐng)域。然而當(dāng)前通用的磁共振譜儀受制于探測(cè)方式，其研究對(duì)象通常為數(shù)十億個(gè)分子，成像分辨率僅為毫米量級(jí)，無(wú)法觀測(cè)到單個(gè)分子的獨(dú)特信息。基于鉆石的新型磁共振技術(shù)則能將研究對(duì)象推進(jìn)到單分子，成像分辨率提升至納米級(jí)。但實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)面臨諸多挑戰(zhàn)，主要是單分子信號(hào)太弱難以探測(cè)。
杜江峰研究團(tuán)隊(duì)利用鉆石中的氮—空位點(diǎn)缺陷作為量子探針（以下簡(jiǎn)稱“鉆石探針”），選取細(xì)胞分裂中的一種重要蛋白為探測(cè)對(duì)象。首先將蛋白從細(xì)胞中分離并將標(biāo)記物固定在蛋白的特定位置，然后將此蛋白質(zhì)分子放在鉆石表面，此時(shí)標(biāo)記物距離“鉆石探針”約10納米，會(huì)產(chǎn)生僅相當(dāng)于地磁場(chǎng)十六分之一的極微弱的磁信號(hào)。“鉆石探針”在激光和微波操控下，形成一個(gè)量子傳感器，將單分子信號(hào)轉(zhuǎn)化為光學(xué)信號(hào)而加以檢測(cè)。經(jīng)過(guò)兩年多的努力，*終成功地在室溫大氣條件下首次獲取了單個(gè)蛋白質(zhì)分子的磁共振譜，并通過(guò)對(duì)比不同磁場(chǎng)下的多組磁共振譜的特征，獲取了它的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。
專家認(rèn)為，以此為基礎(chǔ)，和掃描探針、高梯度磁場(chǎng)等技術(shù)結(jié)合，未來(lái)可將該技術(shù)應(yīng)用于生命及材料領(lǐng)域的單分子成像、結(jié)構(gòu)解析、動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)，甚至直接深入細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行微觀磁共振研究。
#1樓
