? ? ? ?4月23日，中國科學技術(shù)大學傳來消息，該校科研人員與合作者利用自主研制的“鉆石傳感器”，能給肝癌細胞拍“超清寫真”，且分辨率達到了10納米。

　　據(jù)悉，中國科學技術(shù)大學杜江峰院士領(lǐng)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(xiàn)了對細胞原位鐵蛋白分子的磁性成像，將原位蛋白質(zhì)磁成像分辨率推進到了10納米，達到了以上成果。

納米磁共振成像實驗平臺示意圖

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? ? ? ?傳統(tǒng)的磁共振成像技術(shù)，無法拍出“高清照片”

　　在細胞原位實現(xiàn)納米級分子成像是生物學研究的重要目標之一。在眾多成像技術(shù)中，磁共振成像技術(shù)能夠快速、無破壞地獲取樣品體內(nèi)的自旋分布圖像，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在多個科學領(lǐng)域中。特別是在臨床醫(yī)學中，因其對生物體幾乎無損傷，對疾病的機理研究、診斷和治療起著重要的作用。

　　然而，傳統(tǒng)的磁共振成像技術(shù)使用磁感應(yīng)線圈作為傳感器，空間分辨率極限在微米以上，而細胞內(nèi)的生物分子大小為納米級別，產(chǎn)生的磁信號非常弱，線圈傳感器探測不了，拍不出“高清照片”，看不到單分子結(jié)構(gòu)。

　　因此，在細胞原位實現(xiàn)生物分子的納米級磁共振成像和結(jié)構(gòu)解析，一直是生物學研究的“皇冠”級難題。

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? ? ? ?納米磁共振成像實驗平臺，搭載細胞樣品

　　為突破磁共振成像的分辨率極限，杜江峰課題組使用鉆石中的氮-空位固態(tài)點缺陷單自旋作為磁敏感單元（簡稱“鉆石傳感器”），自主研制了細胞原位納米磁共振成像實驗平臺。

? ? “鉆石傳感器”能夠感應(yīng)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(zhuǎn)換成光信號，用光子探測器讀出信號并結(jié)合原子力顯微鏡進行成像。

? ? ? ?這個自制的納米磁共振成像實驗平臺，就像一架原子力顯微鏡，它能搭載著細胞樣品，精準地靠近“鉆石傳感器”。為方便“鉆石傳感器”收集磁信號，細胞樣品在懸臂梁的帶領(lǐng)下，結(jié)合原子力顯微鏡的掃描方法，在空間上鉆石傳感器以納米級別的位移“走遍”整個細胞剖面，最終實現(xiàn)對細胞內(nèi)分子的成像。

? ? ?“鉆石傳感器”成像分辨率可達10納米

　　該工作使用鐵代謝和鐵蛋白功能研究中的模式細胞——人的肝癌細胞株（HepG2）進行納米磁成像實驗研究。磁性信號來源于鐵蛋白分子內(nèi)的鐵離子，在室溫下具有順磁性。

? ? ? ?首先研究人員使用高壓冷凍替代方法將活細胞瞬間固定并包埋，然后用切片的方法將細胞剖開，并用基于鉆石刀的超薄切片技術(shù)將表面修整成納米級平整度。這時，存在于細胞內(nèi)部的蛋白質(zhì)暴露在細胞剖面上，可以與鉆石傳感器近距離接觸。

? ? ? ?通過對樣品進行掃描，研究人員觀測到了細胞內(nèi)部存在于細胞器中的鐵蛋白，分辨率達到了10納米。為了拓展成像功能，實驗小組還發(fā)展了電鏡-磁關(guān)聯(lián)成像技術(shù)，同時使用兩種不同的技術(shù)手段實現(xiàn)了對同一鐵蛋白團簇的觀測。

　　該成果將細胞內(nèi)蛋白質(zhì)分子磁成像的空間分辨率提高了近2個數(shù)量級，為未來實現(xiàn)細胞原位蛋白質(zhì)磁共振成像打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)，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。