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精確解析蛋白質、核酸等生物大分子的三維結構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構生物學的主要研究手段之一，其技術突破曾讓結構生物學經歷了一場“分辨率革命”。

但是目前冷凍電鏡技術仍存在很多不足，尤其是高質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構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)了一種產生具有不同靜電電荷功能的石墨烯載網的方法。該研究于11月7日在《自然·通訊》雜質在線發(fā)表。

載網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上，通常還需要在裸網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的石墨烯支撐膜。然后利用石蠟作為轉移介質，將石墨烯支撐膜潔凈轉移到電鏡載網上。石墨烯的清潔轉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移介質，與其他常用的轉移介質相比，石蠟熔解溫度相對較低(50-60°C)，石墨烯吸附能更小，轉移污染更少。

經過冷凍電子斷層掃描重構表征實驗，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，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。

單顆粒冷凍電鏡數據分析表明，帶有負電性修飾的石墨烯傾向性地結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合生物大分子顆粒的負電性區(qū)域，實現(xiàn)了調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構。

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，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)

關鍵詞： 生物大分子 研究人員 大分子的