中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰教授領(lǐng)銜的研究團隊將量子技術(shù)應(yīng)用于單個蛋白分子研究，在室溫大氣條件下獲得了世界上首張單個蛋白質(zhì)分子的磁共振譜。該研究不僅將磁共振技術(shù)的研究對象從數(shù)十億個分子推進到單個分子，并且“室溫大氣”的實驗環(huán)境為該技術(shù)未來在生命科學(xué)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供了必要條件，使得高分辨率的納米磁共振成像及診斷成為可能。

3月6日的國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》將該項研究作為亮點文章發(fā)表，稱其是“通往活體細(xì)胞中單個蛋白質(zhì)分子實時成像的里程碑”。

據(jù)介紹，磁共振技術(shù)能夠準(zhǔn)確、快速和無破壞地獲取物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)信息，已被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。然而，由于受制于探測方式，目前通用的磁共振譜儀的研究對象通常為數(shù)十億個分子，成像分辨率僅為毫米量級，無法觀測到單個分子的獨特信息。

杜江峰研究團隊利用鉆石中的氮—空位點缺陷作為量子探針（以下簡稱“鉆石探針”），選取了細(xì)胞分裂中的一種重要蛋白為探測對象。他們首先將蛋白從細(xì)胞中分離并將標(biāo)記物（氮氧自由基）固定在蛋白的特定位置，然后將此蛋白分子放在鉆石表面，此時標(biāo)記物距離“鉆石探針”約10納米，會產(chǎn)生僅相當(dāng)于地磁場1/16的極微弱的磁信號。“鉆石探針”具有感知極弱磁信號的能力，在激光和微波操控下，它形成一個量子傳感器，將單分子信號轉(zhuǎn)化為光學(xué)信號而加以檢測。杜江峰研究團隊在室溫大氣條件下獲取了單個蛋白質(zhì)分子的磁共振譜，并通過對比不同磁場下的多組磁共振譜的特征，獲取了它的動力學(xué)性質(zhì)。

專家指出，未來可將該技術(shù)應(yīng)用于生命及材料領(lǐng)域的單分子成像、結(jié)構(gòu)解析、動力學(xué)監(jiān)測，甚至直接深入細(xì)胞內(nèi)部進行微觀磁共振研究。

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