我国科学家获得世界首张单个蛋白质分子磁共振谱

中国科学技术大学杜江峰教授领衔的研究团队将量子技术应用于单个蛋白分子研究，在室温大气条件下获得了世界上首张单个蛋白质分子的磁共振谱。该研究不仅将磁共振技术的研究对象从数十亿个分子推进到单个分子，并且“室温大气”的实验环境为该技术未来在生命科学等领域的广泛应用提供了必要条件，使得高分辨率的纳米磁共振成像及诊断成为可能。

3月6日的国际学术期刊《科学》将该项研究作为亮点文章发表，称其是“通往活体细胞中单个蛋白质分子实时成像的里程碑”。

据介绍，磁共振技术能够准确、快速和无破坏地获取物质的组成和结构信息，已被广泛应用于基础研究和医学等领域。然而，由于受制于探测方式，目前通用的磁共振谱仪的研究对象通常为数十亿个分子，成像分辨率仅为毫米量级，无法观测到单个分子的独特信息。

杜江峰研究团队利用钻石中的氮—空位点缺陷作为量子探针（以下简称“钻石探针”），选取了细胞分裂中的一种重要蛋白为探测对象。他们首先将蛋白从细胞中分离并将标记物（氮氧自由基）固定在蛋白的特定位置，然后将此蛋白分子放在钻石表面，此时标记物距离“钻石探针”约10纳米，会产生仅相当于地磁场1/16的极微弱的磁信号。“钻石探针”具有感知极弱磁信号的能力，在激光和微波操控下，它形成一个量子传感器，将单分子信号转化为光学信号而加以检测。杜江峰研究团队在室温大气条件下获取了单个蛋白质分子的磁共振谱，并通过对比不同磁场下的多组磁共振谱的特征，获取了它的动力学性质。

专家指出，未来可将该技术应用于生命及材料领域的单分子成像、结构解析、动力学监测，甚至直接深入细胞内部进行微观磁共振研究。

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人们日常生活中常说的磁共振，是指磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI），其是利用核磁共振现象制成的一类用于医学检查的成像设备。

磁共振成像（MRI）的基本原理是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫做核磁共振成像。MRI提供的信息量不但大于医学影像学中的其他许多成像术，而且不同于已有的成像术，因此，它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。它可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像，不会产生CT检测中的伪影；不需注射造影剂；无电离辐射，对机体没有不良影响。MRI对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效，同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。 MRI也存在不足之处。它的空间分辨率不及CT，带有心脏起搏器的患者或有某些金属异物的部位不能作MRI的检查，另外价格比较昂贵。