激光可提高低溫電子顯微鏡的時間分辨率

導讀：

蛋白質時刻在運動著，時刻在變化著。科學家們(men) 利用低溫電子顯微鏡讓即使是在微秒內(nei) “瞬息萬(wan) 變”的蛋白質亦能“有跡可循”。低溫電子顯微鏡其實離我們(men) 並不遙遠，有諸多應用~

2017年，Jacques Dubochet、Joachim Frank和Richard Henderson因在低溫電子顯微鏡(Cryo-electronic microscopy，簡稱cryoEM)方麵的貢獻而獲得諾貝爾化學獎，低溫電子顯微鏡是一種能夠以原子分辨率捕捉蛋白質等生物分子圖像的成像技術。在cryoEM中，樣品被放在玻璃冰中——當水快速結冰而無法結晶時形成的類似玻璃的冰。隨著樣品玻璃化，可以用電子顯微鏡拍攝它們分子結構的高分辨率照片，這是一種使用電子束而不是利用光形成圖像的儀器。

▲圖片摘要來源：DOI: 10.1016/j.cplett.2021.138812

cryoEM離我們的生活並不遠，它為生命科學、化學和醫學領域的應用提供了新的可能。例如，它最近被用來繪製新型冠狀病毒刺突蛋白的結構圖，有利於新冠肺炎疫苗的開發。

▲2020年研究人員繪製的新型冠狀病毒刺突蛋白在原子尺度上的3D“藍圖”。來源《Nature》

蛋白質不斷改變著它們在細胞中的三維結構。這些構象重排是蛋白質完成其特殊功能所不可或缺的，並且在很短的時間內即可完成（百萬分之一到千分之一秒）。這種運動可以說是“瞬息萬變”，以至於目前的cryoEM協議無法對其進行實時觀察，這使得我們對蛋白質的理解並不全麵。

但是，由洛桑聯邦理工學院（EPFL）基礎科學學院的Ulrich Lorenz領導的一個科學家小組開發了一種cryoEM方法，在《Chemical Physics Letters》上公開了他們的成果，可以捕捉微秒(即百萬分之一秒)內的蛋白質運動圖像。該方法包括用激光脈衝快速熔化玻璃化樣品。當冰融化成液體時，有一個可調的時間期，研究人員利用此時間可以誘導蛋白質，使其以在細胞自然液態裏的方式進行移動。

來源：Jonathan M. Voss et al, Rapid melting and revitrification as an approach to microsecond time-resolved cryo-electron microscopy, Chemical Physics Letters (2021).DOI: 10.1016/j.cplett.2021.138812

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