中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究人員的一個團(tuán)隊(duì)zui近利用鉆石中的一種特殊結(jié)構(gòu)做探針，在室內(nèi)溫度空氣條件下獲得單個蛋白質(zhì)分子的磁共振譜。該成果使利用基于鉆石的高分辨率納米磁共振成像診斷成為可能。

這一發(fā)現(xiàn)5日發(fā)表在新一期美國《科學(xué)》雜志上。負(fù)責(zé)該研究的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授杜江峰說，通用的磁共振技術(shù)已被廣泛用于基礎(chǔ)研究和醫(yī)學(xué)應(yīng)用等多個領(lǐng)域，但其研究對象通常為數(shù)十億個分子，單個分子*的信息無法觀測?；阢@石的新型磁共振技術(shù)在繼承傳統(tǒng)磁共振優(yōu)勢的同時，將研究對象推進(jìn)到單個分子，成像分辨率由毫米級提升至納米級，但其主要難點(diǎn)是源自單分子的信號太弱。

為此，杜江峰的團(tuán)隊(duì)利用碳－12富集的鉆石為載體，注入氮離子使其產(chǎn)生一種名為“氮－空位點(diǎn)缺陷"的結(jié)構(gòu)，并使該結(jié)構(gòu)發(fā)揮探針作用，在納米尺度上靠近被探測的蛋白質(zhì)。此外，他們利用一種名為“多聚賴氨酸"的物質(zhì)保護(hù)蛋白質(zhì)，確保其在研究過程中的穩(wěn)定性。

研究人員選取了細(xì)胞分裂中的一種重要蛋白質(zhì)MAD2為研究對象。經(jīng)過兩年多的努力和逾百次嘗試，zui終他們成功在室內(nèi)溫度及空氣條件下獲取了單個蛋白質(zhì)分子的磁共振譜，并通過譜形分析，獲取了其動力學(xué)性質(zhì)。

關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)的用途，杜江峰表示，zui直接的用途是在不影響蛋白質(zhì)性質(zhì)的前提下檢測其結(jié)構(gòu)和動力學(xué)性質(zhì)，直接在細(xì)胞膜上或細(xì)胞內(nèi)研究蛋白質(zhì)分子，“這對生命科學(xué)研究來說有極大吸引力"。

總之，該技術(shù)拓寬了單個分子領(lǐng)域的研究范圍，在分析化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)、高分子、磁性材料等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景和實(shí)用價值。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合掃描探針、高梯度磁場等技術(shù)，未來可將該探測技術(shù)用于生命及材料領(lǐng)域的單個分子成像、結(jié)構(gòu)解析、動力學(xué)監(jiān)測，甚至直接深入細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行微觀磁共振研究，為獲得科學(xué)新發(fā)現(xiàn)孕育可能。

《科學(xué)》雜志的審稿人評價該工作是“單個蛋白質(zhì)分子檢測的突破性成果"，開啟了利用“氮－空位點(diǎn)缺陷"進(jìn)一步研究“自旋標(biāo)記"蛋白質(zhì)的可能，有重要應(yīng)用前景。參與這項(xiàng)研究的還有來自中國科學(xué)院強(qiáng)磁場科學(xué)中心和德國斯圖加特大學(xué)的研究人員。