中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學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）實現(xiàn)了蛋白質亞分子特征成像。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）能夠對蛋白質分子實現(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分子的真實結構。利用原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡在溶液中對蛋白質分子成像的相關研究也有很多，但是由于蛋白質分子的表面結構在溶液環(huán)境下的不穩(wěn)定性以及成像技術等的限制，已報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構細節(jié)，這極大限制了人們對蛋白在溶液環(huán)境下結構的了解。同時，核磁共振（NMR）技術雖然能夠對蛋白在溶液環(huán)境中的結構進行解析，但是對蛋白的大小有所要求，并且不能得到單分子成像。因此，實現(xiàn)蛋白質分子在溶液環(huán)境下的STM高分辨成像，解析蛋白質分子的真實細節(jié)結構依然面臨非常大的挑戰(zhàn)。
陸輕鈾實驗室自行研制的溶液掃描隧道顯微鏡結構穩(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。為實現(xiàn)對蛋白質分子的高分辨成像，改進了探針針尖包封技術，控制溶液漏電流小于20 pA。同時將傳統(tǒng)的“全圖恒高成像模式”改進為一行一調整的“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，同時也保證了成像速度。
最后，利用該成像技術，研究人員實現(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，直接觀測到這三種蛋白質分子的細節(jié)特征。此外，EGFR 分子的二聚結構以及分子間的動態(tài)過程也首次被直接觀測到。
此項技術將為進一步研究蛋白質在溶液近生理狀態(tài)下的結構和功能提供一個強有力的工具。
該研究工作得到了中科院百人計劃、國家自然科學基金以及合肥大科學中心等項目的支持。
溶液掃描隧道顯微鏡對(a)表皮生長因子受體激酶區(qū)和(b)鏈霉親和素蛋白的高分辨率單分子成像
