我國研發(fā)新型功能化石墨烯 可改善冷凍電鏡優(yōu)勢取向問題
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】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制，深入到分子甚至原子層面解析生命活動的各種現(xiàn)象和機制是現(xiàn)代生物學重要的研究方向。 單顆粒冷凍電鏡是結(jié)構(gòu)生物學的主要研究手段之一，其技術(shù)突破曾讓結(jié)構(gòu)生物學經(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，清華大學和北京大學的研究團隊合作研發(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負載小尺度的樣品，為了確保樣品能負載在載網(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(如氨基和磺酸根)的重氮鹽分子對CVD生長的石墨烯膜進行功能化修飾，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用的主要實際障礙之一，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)表征實驗，研究人員證實，這種功能化石墨烯支撐膜能夠有效吸附目標生物大分子，從而避免氣液界面所帶來的潛在風險。另外，因為石墨烯表面修飾的基團帶有不同的電荷性質(zhì)，從而提供了與目標生物大分子不同的相互作用方式，達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電性區(qū)域，實現(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較為友好的作用界面，有助于保護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、導電導熱性能最高的新型納米材料一直是材料學研究的熱點，被應用于儲能、醫(yī)療、電子等各個領域。該項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用領域，使石墨烯能夠為人類前沿科學研究做出更大貢獻。
(資料來源：清華大學)
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