新技术对蛋白质分子“拍照”

ystabc

最近，德克萨斯A&M大学的研究人员将磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技术的空间分辨率从几个微米提高到了几个纳米的的尺度，这一进展使得这种装置目前能够对单个蛋白质分子进行成像。
0 n2 O/ R, L  U8 o: U. x  S* i! H此前，已有其他技术可以对分子进行成像，比如原子力显微镜、电子显微镜和磁共振力显微镜等，但是上述方法都有各自的局限性，对样品和环境有特殊的要求，还有可能对样品造成损伤。而由Philip Hemmer教授领导的团队所开发的这种新方法，可以在常温、大气的环境下对单个蛋白质分子进行无损伤的探测。
/ y, n8 o7 @3 h$ z+ D5 D2 I4 j这种新方法主要是利用了金刚石中的氮-空位（nitrogen-vacancy，N-V）结构，如图所示，在金刚石的晶格中，有一个碳原子被氮原子取代，并且在相邻的位置有一个碳原子的空位。这种结构对弱磁场非常敏感，而且这种测量具有非常好的空间选择性，因此可以利用N-V结构对具体到单个原子核所产生的微弱磁场（原子核的固有磁矩）进行探测，从而实现对单个分子的成像，而不是像之前的同类方法只能对一定数量样品的集体平均效应进行测量。此外，这种结构十分稳定，并不需要低温、真空等苛刻的实验条件。
5 H, k) ~8 W9 l$ L% o+ J: O?

新技术对蛋白质分子“拍照”

金刚石中的N-V结构。C表示碳原子，N表示氮原子，V表示空位。图片来源：http://www.pi3.uni-stuttgart.de/SMG/smg_systeme_diamant.htm
“MRI的分辨率可以达到原子级别，但是必须要在足够小的尺度上进行测量，这就是挑战所在。”Philip Hemmer教授在接受果壳网采访时这样说到。该工作的主要贡献者Tobias Staudacher和Friedemann Reinhard在采访中表示，在未来，这种技术有可能对单个分子进行三维“拍照”，即通过对构成分子的每一个原子进行精确测量，来得到整个分子的结构。这对分子生物学和材料科学都有着十分重要的意义。此外，这种结构还能够对量子位（Qubits）或量子门进行测量和操作，也许可以在量子计算领域里一展身手。
. w; ?! J6 k6 U# G3 C6 b

新技术对蛋白质分子“拍照”

利用N-V结构对样品进行探测（示意图）。下半部分为金刚石，红色区域为N-V结构；上半部分是被测样品。图片由德克萨斯A&M大学的Tobias Staudacher提供。
信息来源：EurekAlert!

lovesiruying

NV色心在金刚石中有自然形成的，也可以通过离子注入的方法人工制造，这里面不是探测NV的结构，而是利用NV做探针，对分子成像