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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學院辦院方針

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【中國科學報】中國科大首次在水溶液環(huán)境中實現(xiàn)單生物分子磁共振譜探測

2018-09-13 中國科學報楊保國

【字體：大中小】

語音播報

　　中國科學技術(shù)大學杜江峰院士領銜的研究團隊運用量子技術(shù)，首次在室溫水溶液環(huán)境中探測到單個DNA分子的磁共振譜，向運用單分子磁共振研究生物分子在生理環(huán)境中的構(gòu)像和分子間相互作用邁出了重要一步。該成果發(fā)表在9月出版的《自然—方法》上。

　　磁共振技術(shù)能夠在溶液環(huán)境準確無損地獲取物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)信息，是目前研究生物分子結(jié)構(gòu)和動力學的最有效工具之一。然而，受限于探測靈敏度，傳統(tǒng)磁共振技術(shù)無法實現(xiàn)單分子研究。研究人員利用鉆石傳感器，在綠色激光和特定頻率微波脈沖的調(diào)制下，形成對磁信號敏感的量子干涉儀，將微弱的磁信號放大為量子相位信號，并利用光學手段讀出。同時，由于鉆石傳感器的尺寸在原子量級，可以實現(xiàn)納米尺度的空間分辨能力。因此，鉆石傳感器可以實現(xiàn)單個分子探測，并能通過磁共振譜學解析其結(jié)構(gòu)和動力學等信息。

　　水溶液環(huán)境是生物分子保持生物活性并進行生命活動所必需的環(huán)境，在水溶液環(huán)境中進行單分子磁共振探測是研究其生物功能的必經(jīng)之路。杜江峰與美國南加州大學教授覃智峰合作，以雙鏈DNA分子作為探測對象，將其放在鉆石表面并填充水溶液以保持其生理狀態(tài)。

　　研究人員設計了一套化學反應流程，將DNA分子的一條鏈一端通過氨基修飾，化學鍵合“拴”在鉆石表面，保證了DNA分子在鉆石表面的均勻分布。同時，將一種常用的氮氧自由基順磁標簽標記到DNA的另一條鏈，可以在水溶液中與鍵合鏈自由地復合—解鏈。最終，該團隊成功獲取了水溶液環(huán)境下單個DNA分子的磁共振譜，并通過譜分析得到其動力學和環(huán)境特征信息。

　　該工作向細胞原位單分子研究邁出了重要一步，以此為基礎，和掃描探針、梯度磁場等技術(shù)相結(jié)合，未來可將該技術(shù)應用于生命科學領域的單分子成像、結(jié)構(gòu)解析和動力學檢測，從單分子層面理解生物特性和生命功能。

　　相關論文信息：https://www.nature.com/articles/s41592-018-0084-1

　?。ㄔd于《中國科學報》 2018-09-13 第1版要聞)

　　中國科學技術(shù)大學杜江峰院士領銜的研究團隊運用量子技術(shù)，首次在室溫水溶液環(huán)境中探測到單個DNA分子的磁共振譜，向運用單分子磁共振研究生物分子在生理環(huán)境中的構(gòu)像和分子間相互作用邁出了重要一步。該成果發(fā)表在9月出版的《自然—方法》上。
　　磁共振技術(shù)能夠在溶液環(huán)境準確無損地獲取物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)信息，是目前研究生物分子結(jié)構(gòu)和動力學的最有效工具之一。然而，受限于探測靈敏度，傳統(tǒng)磁共振技術(shù)無法實現(xiàn)單分子研究。研究人員利用鉆石傳感器，在綠色激光和特定頻率微波脈沖的調(diào)制下，形成對磁信號敏感的量子干涉儀，將微弱的磁信號放大為量子相位信號，并利用光學手段讀出。同時，由于鉆石傳感器的尺寸在原子量級，可以實現(xiàn)納米尺度的空間分辨能力。因此，鉆石傳感器可以實現(xiàn)單個分子探測，并能通過磁共振譜學解析其結(jié)構(gòu)和動力學等信息。
　　水溶液環(huán)境是生物分子保持生物活性并進行生命活動所必需的環(huán)境，在水溶液環(huán)境中進行單分子磁共振探測是研究其生物功能的必經(jīng)之路。杜江峰與美國南加州大學教授覃智峰合作，以雙鏈DNA分子作為探測對象，將其放在鉆石表面并填充水溶液以保持其生理狀態(tài)。
　　研究人員設計了一套化學反應流程，將DNA分子的一條鏈一端通過氨基修飾，化學鍵合“拴”在鉆石表面，保證了DNA分子在鉆石表面的均勻分布。同時，將一種常用的氮氧自由基順磁標簽標記到DNA的另一條鏈，可以在水溶液中與鍵合鏈自由地復合—解鏈。最終，該團隊成功獲取了水溶液環(huán)境下單個DNA分子的磁共振譜，并通過譜分析得到其動力學和環(huán)境特征信息。
　　該工作向細胞原位單分子研究邁出了重要一步，以此為基礎，和掃描探針、梯度磁場等技術(shù)相結(jié)合，未來可將該技術(shù)應用于生命科學領域的單分子成像、結(jié)構(gòu)解析和動力學檢測，從單分子層面理解生物特性和生命功能。
　　相關論文信息：https://www.nature.com/articles/s41592-018-0084-1
　?。ㄔd于《中國科學報》 2018-09-13 第1版要聞)

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