星報訊(記者 于彩麗)市場星報、安徽財經網(zgstyb.cn)、掌中安徽記者從中國科學技術大學獲悉，該校杜江峰院士領導的中科院微觀磁共振重點實驗室研制出細胞原位納米磁共振成像實驗平臺，與中科院生物物理所徐濤院士團隊合作，實現了對細胞原位鐵蛋白分子中鐵離子的磁性自旋成像，將原位蛋白質磁成像分辨率推進到了10納米以下。該研究成果發(fā)表在2019年4月出版的《科學·進展》期刊上。
據介紹，原子核處于外磁場中，能夠吸收和放出對應頻率的電磁輻射，發(fā)生磁共振現象�，F代醫(yī)學廣泛使用的磁共振技術就是利用這個原理成像。然而，傳統(tǒng)磁共振技術的空間分辨率在微米級別以上，無法對人體細胞內部分子成像。細胞內的生物分子大小為納米級別，產生的磁信號非常弱，線圈傳感器探測不了，拍不出“高清照片”。在細胞原位實現生物分子的納米級磁共振成像和結構解析一直是生物學研究的“皇冠”難題。
杜江峰團隊在此前研究的基礎上，自主研制出細胞原位納米磁共振成像實驗平臺，該實驗平臺的關鍵器件是“鉆石傳感器”。將鉆石晶體結構中的一個碳原子(6個電子)替換成氮原子(7個電子)，加上緊鄰氮原子旁邊的一個空位，這就形成了“鉆石傳感器”的核心——氮-空位點缺陷，它等效為一個單電子自旋量子比特。“鉆石傳感器”能夠感應并接收到來自樣品的微弱的磁信號，在激光和微波操控下，再將接收到的細胞分子的磁信號轉換成光信號，用光子探測器讀出信號并結合原子力顯微鏡進行成像。
杜江峰團隊自制的納米磁共振成像實驗平臺，能搭載著細胞樣品，精準地靠近“鉆石傳感器”。這個納米磁共振成像實驗平臺，要“診斷”的“病人”是人的肝癌細胞株(HepG2)。細胞內的鐵蛋白分子中含有鐵離子，其在室溫下具有順磁性，在納米磁共振成像實驗平臺上，它發(fā)出的磁信號可以被“鉆石傳感器”探測到。
為了讓鐵離子得到準確地檢查，杜江峰團隊通過高壓冷凍替代方法將活細胞瞬間“凍住”，并用樹脂類材料包裹起來，再用切片的方法將表面修剪成納米級平整度。原子力顯微鏡就像體檢床，搭載著處理過的細胞樣品，在磁成像平臺上進行掃描成像。最終，研究人員觀測到了細胞內部存在于細胞器中的鐵蛋白，而且分辨率達到了10納米。
據悉，此次研究成果為未來實現細胞原位蛋白質磁共振成像打下了良好的技術基礎，也為開展細胞原位分子尺度的磁共振譜學研究提供了可能。
