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【世界快播报】我国研发新型功能化石墨烯 可改善冷冻电镜优势取向问题

2022-11-22 15:57:37 来源:化工仪器网


(资料图片仅供参考)

精确解析蛋白质、核酸等生物大分子的三维结构及生物大分子之间的相互作用机制,深入到分子甚至原子层面解析生命活动的各种现象和机制是现代生物学重要的研究方向。单颗粒冷冻电镜是结构生物学的主要研究手段之一,其技术突破曾让结构生物学经历了一场“分辨率革命”。

但是目前冷冻电镜技术仍存在很多不足,尤其是高质量的冷冻电镜样品制备。在样品制备中遇到的气液界面、优势取向和背景噪音等问题对于冷冻电镜的结构解析效率有着很大的影响。为解决这一问题,清华大学和北京大学的研究团队合作研发了一种开发了一种产生具有不同静电电荷功能的石墨烯载网的方法。该研究于11月7日在《自然·通讯》杂质在线发表。

载网主要用于在电镜观察时负载小尺度的样品,为了确保样品能负载在载网上,通常还需要在裸网上面需覆盖一层支撑膜。

研究人员利用多种带有不同电荷性质基团(如氨基和磺酸根)的重氮盐分子对CVD生长的石墨烯膜进行功能化修饰,从而获得带有不同电荷性质的石墨烯支撑膜。然后利用石蜡作为转移介质,将石墨烯支撑膜洁净转移到电镜载网上。石墨烯的清洁转移仍然是石墨烯基支撑膜在冷冻电镜中应用的主要实际障碍之一,研究人员发现石蜡是一种理想的转移介质,与其他常用的转移介质相比,石蜡熔解温度相对较低(50-60°C),石墨烯吸附能更小,转移污染更少。

经过冷冻电子断层扫描重构表征实验,研究人员证实,这种功能化石墨烯支撑膜能够有效吸附目标生物大分子,从而避免气液界面所带来的潜在风险。另外,因为石墨烯表面修饰的基团带有不同的电荷性质,从而提供了与目标生物大分子不同的相互作用方式,达到丰富取向分布的目的。

单颗粒冷冻电镜数据分析表明,带有负电性修饰的石墨烯倾向性地结合生物大分子颗粒表面的正电性区域,而带有正电性修饰的石墨烯则结合生物大分子颗粒的负电性区域,实现了调控生物大分子的取向分布。此外,研究人员还发现种功能化石墨烯支撑膜提供了一个较为友好的作用界面,有助于保护生物大分子的三维结构。

石墨烯作为目前世界上已知最薄、最强、导电导热性能最高的新型纳米材料一直是材料学研究的热点,被应用于储能、医疗、电子等各个领域。该项研究成果将石墨烯用于制作冷冻电镜载网,再一次拓展了石墨烯的应用领域,使石墨烯能够为人类前沿科学研究做出更大贡献。

(资料来源:清华大学)

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