我科學家首次在室溫大氣環境下探測到單個蛋白質分子磁共振譜

 

　　日前，中國科學技術大學杜江峰教授領銜的研究團隊將量子技術應用于單個蛋白質分子研究，在室溫大氣條件下獲得了*上首張單蛋白質分子的磁共振譜。該研究不僅將磁共振技術的研究對象從數十億個分子推進到單個分子，并且“室溫大氣”這一寬松的實驗環境為該技術未來在生命科學等領域的廣泛應用提供了必要條件，使得高分辨率的納米磁共振成像及診斷成為可能。

 

　　國際著名學術期刊《科學》3月6日發表這項成果并配發專文予以報道。專文高度評價稱這個進展是“通往活體細胞中單蛋白質分子實時成像的里程碑”，贊譽其“實現了一個雄心勃勃的目標”。

 

　　磁共振技術能夠準確、快速和無破壞地獲取物質的組成和結構信息，已被廣泛應用于基礎研究和醫學等各大領域。然而當前通用的磁共振譜儀受制于探測方式，其研究對象通常為數十億個分子，成像分辨率僅為毫米量級，無法觀測到單個分子的獨特信息。基于鉆石的新型磁共振技術則能將研究對象推進到單分子，成像分辨率提升至納米級。但實現這一目標面臨諸多挑戰，主要是單分子信號太弱難以探測。

 

　　杜江峰研究團隊利用鉆石中的氮—空位點缺陷作為量子探針（以下簡稱“鉆石探針”），選取細胞分裂中的一種重要蛋白為探測對象。首先將蛋白從細胞中分離并將標記物固定在蛋白的特定位置，然后將此蛋白質分子放在鉆石表面，此時標記物距離“鉆石探針”約10納米，會產生僅相當于地磁場十六分之一的極微弱的磁信號。“鉆石探針”在激光和微波操控下，形成一個量子傳感器，將單分子信號轉化為光學信號而加以檢測。經過兩年多的努力，*終成功地在室溫大氣條件下首次獲取了單個蛋白質分子的磁共振譜，并通過對比不同磁場下的多組磁共振譜的特征，獲取了它的動力學性質。

 

　　專家認為，以此為基礎，和掃描探針、高梯度磁場等技術結合，未來可將該技術應用于生命及材料領域的單分子成像、結構解析、動力學監測，甚至直接深入細胞內部進行微觀磁共振研究。