中國科大首次在「水」中實現單個生物分子磁共振譜探測

中國科大首次在「水」中實現單個生物分子磁共振譜探測

2018-09-07 09:49:00來源：央廣網

　　 央廣網合肥9月7日消息（記者劉軍 通訊員楊保國）記者從中國科大獲悉，中國科大杜江峰院士領銜的研究團隊運用量子技術首次在室溫水溶液環境中探測到單個DNA分子的磁共振譜，從而向運用單分子磁共振研究生物分子在生理環境中的構像和分子間相互作用邁出了重要一步。該工作發表在2018年9月出版的《自然-方法》，並被選為五篇封面標題文章之一。

　　圖註：基於鑽石傳感器實現水溶液中的DNA分子探測

　　據了解，磁共振技術能夠在溶液環境準確無損地獲取物質的組成和結構信息，是目前研究生物分子結構和動力學的最有效的工具之一。然而，傳統的磁共振技術受限於探測靈敏度，其研究對象通常為數十億分子的宏觀體系，無法實現單分子的研究。中國科大杜江峰院士團隊利用鑽石中的氮-空位點缺陷作為量子傳感器，它在綠色雷射和特定頻率微波脈衝的調製下，形成對磁信號敏感的量子幹涉儀，將微弱的磁信號放大為量子相位信號，並利用光學手段進行讀出。同時，由於鑽石傳感器的尺寸在原子量級，可以實現納米尺度的空間分辨能力。因此，鑽石傳感器可以實現單個分子探測，並能通過磁共振譜學解析其結構和動力學等信息。

　　杜江峰院士領導的團隊此前的研究已經表明，基於鑽石傳感器能夠探測單個蛋白質分子的磁共振譜，實現了單分子磁共振的首次突破。該實驗中的蛋白質分子被生物膠固定在鑽石表面。然而，水溶液環境是生物分子保持生物活性並進行生命活動所必須的環境，在水溶液環境中進行單分子的磁共振探測是研究其生物功能的必經之路。

　　據介紹，該工作為在水溶液環境中研究單個生物分子的結構和功能提供一種新的技術方法，是朝向細胞原位單分子研究邁出的重要一步。以此為基礎，和掃描探針、梯度磁場等技術相結合，未來可將該技術應用於生命科學領域的單分子成像、結構解析和動力學檢測，從單分子層面理解生物特性和生命功能，具有廣泛的應用前景。

　　中國科學院微觀磁共振重點實驗室石發展、孔飛和趙鵬舉為該論文並列第一作者，杜江峰院士和覃智峰教授為該文通訊作者。此項研究得到了科技部、國家自然科學基金委、中國科學院和安徽省的資助。

　　

編輯： 鮑玉嬋