(資料圖片僅供參考)

精確解析蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的三維結(jié)構(gòu)及生物大分子之間的相互作用機(jī)制，深入到分子甚至原子層面解析生命活動(dòng)的各種現(xiàn)象和機(jī)制是現(xiàn)代生物學(xué)重要的研究方向。單顆粒冷凍電鏡是結(jié)構(gòu)生物學(xué)的主要研究手段之一，其技術(shù)突破曾讓結(jié)構(gòu)生物學(xué)經(jīng)歷了一場“分辨率革命”。

但是目前冷凍電鏡技術(shù)仍存在很多不足，尤其是高質(zhì)量的冷凍電鏡樣品制備。在樣品制備中遇到的氣液界面、優(yōu)勢取向和背景噪音等問題對于冷凍電鏡的結(jié)構(gòu)解析效率有著很大的影響。為解決這一問題，清華大學(xué)和北京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)合作研發(fā)了一種開發(fā)了一種產(chǎn)生具有不同靜電電荷功能的石墨烯載網(wǎng)的方法。該研究于11月7日在《自然·通訊》雜質(zhì)在線發(fā)表。

載網(wǎng)主要用于在電鏡觀察時(shí)負(fù)載小尺度的樣品，為了確保樣品能負(fù)載在載網(wǎng)上，通常還需要在裸網(wǎng)上面需覆蓋一層支撐膜。

研究人員利用多種帶有不同電荷性質(zhì)基團(tuán)(如氨基和磺酸根)的重氮鹽分子對CVD生長的石墨烯膜進(jìn)行功能化修飾，從而獲得帶有不同電荷性質(zhì)的石墨烯支撐膜。然后利用石蠟作為轉(zhuǎn)移介質(zhì)，將石墨烯支撐膜潔凈轉(zhuǎn)移到電鏡載網(wǎng)上。石墨烯的清潔轉(zhuǎn)移仍然是石墨烯基支撐膜在冷凍電鏡中應(yīng)用的主要實(shí)際障礙之一，研究人員發(fā)現(xiàn)石蠟是一種理想的轉(zhuǎn)移介質(zhì)，與其他常用的轉(zhuǎn)移介質(zhì)相比，石蠟熔解溫度相對較低(50-60°C)，石墨烯吸附能更小，轉(zhuǎn)移污染更少。

經(jīng)過冷凍電子斷層掃描重構(gòu)表征實(shí)驗(yàn)，研究人員證實(shí)，這種功能化石墨烯支撐膜能夠有效吸附目標(biāo)生物大分子，從而避免氣液界面所帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)。另外，因?yàn)槭┍砻嫘揎椀幕鶊F(tuán)帶有不同的電荷性質(zhì)，從而提供了與目標(biāo)生物大分子不同的相互作用方式，達(dá)到豐富取向分布的目的。

單顆粒冷凍電鏡數(shù)據(jù)分析表明，帶有負(fù)電性修飾的石墨烯傾向性地結(jié)合生物大分子顆粒表面的正電性區(qū)域，而帶有正電性修飾的石墨烯則結(jié)合生物大分子顆粒的負(fù)電性區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了調(diào)控生物大分子的取向分布。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)種功能化石墨烯支撐膜提供了一個(gè)較為友好的作用界面，有助于保護(hù)生物大分子的三維結(jié)構(gòu)。

石墨烯作為目前世界上已知最薄、最強(qiáng)、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最高的新型納米材料一直是材料學(xué)研究的熱點(diǎn)，被應(yīng)用于儲(chǔ)能、醫(yī)療、電子等各個(gè)領(lǐng)域。該項(xiàng)研究成果將石墨烯用于制作冷凍電鏡載網(wǎng)，再一次拓展了石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域，使石墨烯能夠?yàn)槿祟惽把乜茖W(xué)研究做出更大貢獻(xiàn)。

(資料來源：清華大學(xué))

關(guān)鍵詞： 生物大分子 研究人員 大分子的