写于 2017-09-01 03:28:31| 金沙平台| 总汇

通过加州理工学院发明的4D电子显微镜观察到的DNA结构:Zewail&Lorenz / Caltech加州理工学院的研究人员开发了可视化生物纳米结构在空间和时间上的行为的技术,提供了找出生物体刚度的方法

具有纳米级特性的网络帕萨迪纳,加利福尼亚州 - 从帝国大厦到金门大桥的每一个伟大的结构,都依赖于特定的机械性能来保持坚固和可靠的刚性 - 材料的刚度 - 对于保持强大的功能特别重要从巨大的建筑物到最小的纳米尺度结构的一切在生物纳米结构中,如DNA网络,很难测量这种刚度,这对它们的性质和功能至关重要但加州理工学院(Caltech)的科学家最近开发了技术用于可视化biolog的行为空间和时间上的纳米结构,允许它们直接测量刚度并在整个网络中映射其变化新方法在2月4日早期版本的美国国家科学院院刊(PNAS)中概述“这种类型的可视化是将我们带入以前没有探索过的生物科学领域,“诺贝尔奖获得者艾哈迈德泽维尔,莱纳斯鲍林化学教授和加州理工学院物理学教授说道,他与泽维尔实验室的博士后学者乌尔里希洛伦兹合着论文”我们提供的方法可以直接找出具有纳米级特性的生物网络的刚度“了解DNA结构的机械特性对于构建坚固的生物网络至关重要,以及其他应用

据Zewail介绍,这种生物力学可视化在空间和时间应适用于其他生物纳米材料的研究,包括abnor作为阿尔茨海默氏症和帕金森病的Zewail和Lorenz等疾病的恶性蛋白质组装,首次使用加州理工学院物理生物学中心开发的四维(4D)电子显微镜观察了DNA纳米结构在空间和时间上的运动

超快科学和技术该中心由Zewail执导,他于2005年创建了它以促进对化学和生物行为的基本物理学的理解“在自然界中,物质的行为取决于其结构 - 其原子在三者中的排列空间的大小 - 以及结构如何随时间变化,第四维,“Zewail解释”如果你看慢动作的马驰骋,你可以按照疾驰的时间,你可以详细看到什么,例如每一条腿都在随着时间的推移当我们达到纳米尺度时,这是一个不同的故事 - 我们需要将空间分辨率提高到马的十亿倍为了可视化正在发生的事情“Zewail因其飞秒化学的发展而获得1999年诺贝尔化学奖,该技术使用超短激光闪光来观察在飞秒时间尺度(百万分之一秒)发生的基本化学反应虽然femtochemistry可以捕捉运动中的原子和分子,给出时间维度,但它不能同时显示空间的尺寸,因此材料的结构这是因为它利用波长远远超过纳米结构尺寸的激光,使得不可能在像DNA这样的微小物理结构中解析和成像纳米尺度的细节为了克服这个主要障碍,4D电子显微镜采用了一些单独的电子流,这些电子会散射出物体以产生图像

电子被加速到皮米的波长,或万亿分之一秒一个仪表,提供用ar可视化空间结构的能力溶解度比纳米结构高一千倍,时间分辨率为飞秒或更长时间在PNAS中报告的实验开始于通过在嵌入薄碳膜的孔上拉伸DNA而形成的结构

使用显微镜中的电子,几个从碳膜上切下DNA丝,使得在4D显微镜下实现三维独立结构 接下来,科学家利用激光激发DNA结构中的振荡,使用电子脉冲作为时间的函数进行成像 - 第四维通过观察这些振荡的频率和振幅,直接测量刚度“It令人惊讶的是,我们可以通过复杂的网络实现这一目标,“Zewail说道

”然而通过切割和探测,我们可以进入网络的选择区域并了解其行为和属性“使用4D电子显微镜,Zewail的团队已经开始可视化称为淀粉样蛋白的蛋白质组装,据信它们在许多神经退行性疾病中发挥作用,他们正在继续研究这些网络的生物力学特性

他说这种技术不仅可以广泛应用于生物组装,而且在纳米结构的材料科学中为PNAS论文“DNA结构的生物力学”中概述的研究提供资金

通过4D电子显微镜可视化,“由美国国家科学基金会和空军科学研究办公室提供

加州理工学院超快科学技术物理生物学中心得到Gordon和Betty Moore基金会出版物的支持:Ulrich J Lorenz和Ahmed H Zewail,“通过4D电子显微镜可视化的DNA结构的生物力学”,PNAS 2013;提前发布于2013年2月4日,doi:101073 / pnas1300630110来源:加州理工学院Katie Neith新闻图片:Zewail&Lorenz / Caltech