我国首获室温大气下单个蛋白质分子磁共振谱

中国科学技术大学杜江峰教授领衔的研究团队将量子技术应用于单个蛋白质分子研究，在室温大气条件下获得了世界上首张单蛋白质分子的磁共振谱。该成果近日发表在《科学》上，同期配以专文评价该工作“能够有效克服以往测蛋白分子结构时需要提纯和长成单晶的困难，并且能够实现对单蛋白质分子在细胞内的原位检测……是通往活体细胞中单蛋白质分子实时成像的里程碑”。

该研究不仅将磁共振技术的研究对象从数十亿个分子推进到单个分子，并且“室温大气”这一宽松的实验环境为该技术未来在生命科学等领域的广泛应用提供了必要条件，使得高分辨率的纳米磁共振成像及诊断成为可能。该技术有望帮助人们从单分子的更深层次来探索生命和物质科学的机理，对于生物、物理、化学、材料等多个学科领域具有深远的意义。

磁共振技术已被广泛应用于基础研究和医学等各大领域。但当前通用的磁共振谱仪研究对象通常为数十亿个分子，成像分辨率仅为毫米量级，无法观测到单个分子的独特信息。而此前研究显示，基于钻石的新型磁共振技术能将研究对象推进到单分子，成像分辨率可提升至纳米级。但实现这一目标的主要难点是单分子信号太弱难以探测。

杜江峰研究团队利用钻石中的氮-空位点缺陷作为量子探针（以下简称“钻石探针”），选取细胞分裂中的一种重要蛋白为探测对象。先将蛋白从细胞中分离，并将标记物（氮氧自由基）固定在蛋白的特定位置，然后将此蛋白分子放置到钻石表面，此时标记物距离“钻石探针”约10纳米，会产生仅相当于地磁场1/16的极微弱的磁信号。“钻石探针”具有感知极弱磁信号的能力，在激光和微波操控下，它形成一个量子传感器，将单分子信号转化为光学信号而加以检测。经过两年多的努力，研究人员成功在室温大气条件下首次获取了单个蛋白质分子的磁共振谱，并通过对比不同磁场下的多组磁共振谱的特征，获取了此蛋白质分子的动力学性质。

专家表示，以此为基础，与扫描探针、高梯度磁场等技术结合，未来可将该技术应用于生命及材料领域的单分子成像、结构解析、动力学监测，甚至直接深入细胞内部进行微观磁共振研究。

   （选自《中国医药报》2015年3月18日第五版）