中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心陸輕鈾課題組與張欣課題組合作，利用自制溶液掃描隧道顯微鏡（L-STM）實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)亞分子特征成像。Nano Research 以Sub-molecular features of single proteins in solution resolved with scanning tunneling microscopy 為題在線發(fā)表了該研究成果。
掃描隧道顯微鏡（STM）能夠?qū)Φ鞍踪|(zhì)分子實(shí)現(xiàn)單分子成像，但大部分圖像是在空氣或者真空條件下獲得，不能夠反映出蛋白質(zhì)分子的真實(shí)結(jié)構(gòu)。利用原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡在溶液中對(duì)蛋白質(zhì)分子成像的相關(guān)研究也有很多，但是由于蛋白質(zhì)分子的表面結(jié)構(gòu)在溶液環(huán)境下的不穩(wěn)定性以及成像技術(shù)等的限制，已報(bào)道的蛋白分子圖像大都呈現(xiàn)球形或者橢球形的大致外形，而無法展示其亞分子結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，這極大限制了人們對(duì)蛋白在溶液環(huán)境下結(jié)構(gòu)的了解。同時(shí)，核磁共振（NMR）技術(shù)雖然能夠?qū)Φ鞍自谌芤涵h(huán)境中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，但是對(duì)蛋白的大小有所要求，并且不能得到單分子成像。因此，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)分子在溶液環(huán)境下的STM高分辨成像，解析蛋白質(zhì)分子的真實(shí)細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)依然面臨非常大的挑戰(zhàn)。
陸輕鈾實(shí)驗(yàn)室自行研制的溶液掃描隧道顯微鏡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，能夠在無隔音減震的環(huán)境下獲得石墨的原子分辨率圖像。為實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白質(zhì)分子的高分辨成像，改進(jìn)了探針針尖包封技術(shù)，控制溶液漏電流小于20 pA。同時(shí)將傳統(tǒng)的“全圖恒高成像模式”改進(jìn)為一行一調(diào)整的“逐行恒高成像模式”（以前一行隧道電流的平均值決定下一行恒高掃描的高度值），這樣既能夠在一定程度上保證探針不干擾樣品表面，同時(shí)也保證了成像速度。
最后，利用該成像技術(shù)，研究人員實(shí)現(xiàn)了鏈霉親和素、抗體和EGFR 等不同大小和形狀蛋白的單分子高分辨率成像，直接觀測(cè)到這三種蛋白質(zhì)分子的細(xì)節(jié)特征。此外，EGFR 分子的二聚結(jié)構(gòu)以及分子間的動(dòng)態(tài)過程也首次被直接觀測(cè)到。
此項(xiàng)技術(shù)將為進(jìn)一步研究蛋白質(zhì)在溶液近生理狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)和功能提供一個(gè)強(qiáng)有力的工具。
該研究工作得到了中科院百人計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金以及合肥大科學(xué)中心等項(xiàng)目的支持。
溶液掃描隧道顯微鏡對(duì)(a)表皮生長(zhǎng)因子受體激酶區(qū)和(b)鏈霉親和素蛋白的高分辨率單分子成像
