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中科大再获突破,生物分子研究迈出重要一步

合肥在线  2018-09-10 16:18   稿源: 合肥在线

  合肥在线讯(记者 王旭)记者从中国科大获悉,中国科大杜江峰院士领衔的研究团队运用量子技术首次在室温水溶液环境中探测到单个DNA分子的磁共振谱,从而向运用单分子磁共振研究生物分子在生理环境中的构像和分子间相互作用迈出了重要一步。该工作发表在2018年9月出版的《自然-方法》,并被选为五篇封面标题文章之一。

  据了解,磁共振技术能够在溶液环境准确无损地获取物质的组成和结构信息,是目前研究生物分子结构和动力学的最有效的工具之一。然而,传统的磁共振技术受限于探测灵敏度,其研究对象通常为数十亿分子的宏观体系,无法实现单分子的研究。中国科大杜江峰院士团队利用钻石中的氮-空位点缺陷作为量子传感器,它在绿色激光和特定频率微波脉冲的调制下,形成对磁信号敏感的量子干涉仪,将微弱的磁信号放大为量子相位信号,并利用光学手段进行读出。同时,由于钻石传感器的尺寸在原子量级,可以实现纳米尺度的空间分辨能力。因此,钻石传感器可以实现单个分子探测,并能通过磁共振谱学解析其结构和动力学等信息。

  杜江峰院士领导的团队此前的研究已经表明,基于钻石传感器能够探测单个蛋白质分子的磁共振谱,实现了单分子磁共振的首次突破。该实验中的蛋白质分子被生物胶固定在钻石表面。然而,水溶液环境是生物分子保持生物活性并进行生命活动所必须的环境,在水溶液环境中进行单分子的磁共振探测是研究其生物功能的必经之路。

  据介绍,该工作为在水溶液环境中研究单个生物分子的结构和功能提供一种新的技术方法,是朝向细胞原位单分子研究迈出的重要一步。以此为基础,和扫描探针、梯度磁场等技术相结合,未来可将该技术应用于生命科学领域的单分子成像、结构解析和动力学检测,从单分子层面理解生物特性和生命功能,具有广泛的应用前景。

  中国科学院微观磁共振重点实验室石发展、孔飞和赵鹏举为该论文并列第一作者,杜江峰院士和覃智峰教授为该文通讯作者。此项研究得到了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院和安徽省的资助。

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