意義重大的蛋白質(zhì)結(jié)晶

對“靜止”的蛋白質(zhì)進(jìn)行觀察，很多“疑難雜癥”都能浮出水面，蛋白質(zhì)晶體對于生命科學(xué)的研究具有重大意義。以今年年初爆發(fā)的新型冠狀病毒（2019-nCoV）為例，我國科學(xué)家就是利用病毒的水解酶與的復(fù)合物晶體成功解析了原子結(jié)構(gòu)，可為抗病毒的快速篩選和研發(fā)提供有力的工具。截止2020年1月1日，蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫收錄了超過16萬個蛋白質(zhì)晶體的原子結(jié)構(gòu)信息，已經(jīng)滲透到了眾多領(lǐng)域，如藥學(xué)，醫(yī)學(xué)，農(nóng)業(yè)，材料學(xué)等。目前，有9位科學(xué)家因解析蛋白質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)而獲得諾貝爾獎。然而，讓蛋白質(zhì)結(jié)晶可不是一件容易的事情。在科學(xué)界，蛋白質(zhì)晶體的生長常常被認(rèn)為是“藝術(shù)”遠(yuǎn)多于“科學(xué)”，甚至有許多科學(xué)家為了晶體更好地結(jié)晶，開始有些“小”：比如把做好的結(jié)晶板放在車上開出去幾個小時，或是在晶體實驗柜門上貼了兩只大恐龍貼紙……其實，這些“小”都反映出：蛋白質(zhì)晶體的結(jié)晶過程受到很多因素的影響，能夠有一顆完整的結(jié)晶是一件很困難的事情。想要獲得足夠質(zhì)量的晶體，尤其對新穎的、表征不佳的基因產(chǎn)物來說，通常是新結(jié)構(gòu)測定項目中困難也是耗時的步驟。

蛋白結(jié)晶板研究實驗

相對于傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)結(jié)晶中實驗研究以及模擬研究所針對的單晶體尺度,本主要在過程尺度上對蛋白質(zhì)結(jié)晶過程中晶體群體的生長行為進(jìn)行了系統(tǒng)的模型化和實驗研究. 蛋白質(zhì)晶體的形狀以及產(chǎn)品的粒度分布是衡量結(jié)晶產(chǎn)品質(zhì)量的主要指標(biāo),但是目前對蛋白質(zhì)結(jié)晶的群體粒數(shù)衡算模型的研究還非常少,而且只能模擬粒度分布。

蛋白結(jié)晶板

首先探索了基于SU-8負(fù)性光刻膠的雙層芯片模具制作工藝,另外,為了在微流控芯片中形成均勻分散的蛋白液滴,我們對基于PDMS(聚二硅氧烷)的微流控芯片的表面性質(zhì)進(jìn)行了研究,分別觀察和評價了不同鍵合方法所制作液滴型PDMS微流控芯片應(yīng)用于制備油包水和水包油兩種液滴分散體系的效果;實驗結(jié)果顯示熱擴(kuò)散鍵合方法適用于制作油包水型PDMS液滴型微流控芯片,而等離子鍵合方法制作的PDMS芯片適于形成水包油型的液滴分散體系。為了實現(xiàn)芯片中樣品液滴的有效操控和分配,我們在微流控芯片中集成了空氣閥結(jié)構(gòu)。

獲取蛋白質(zhì)晶體是蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)解析,藥品生產(chǎn),自組裝納米體系構(gòu)建等過程中重要的步驟.例如,利用X射線衍射技術(shù)對蛋白質(zhì)進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)解析時,首先需要通過結(jié)晶條件篩選,獲得質(zhì)量較高的蛋白質(zhì)晶體,進(jìn)而進(jìn)行衍射得到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)信息.蛋白質(zhì)結(jié)晶需要經(jīng)歷從未飽和區(qū)經(jīng)亞穩(wěn)區(qū)至形核區(qū)的形核過程以及從形核區(qū)到亞穩(wěn)區(qū)的生長成熟過程.在整個蛋白質(zhì)結(jié)晶過程中,形核過程是至關(guān)重要的一步.均相形核過程中,結(jié)晶體系中各個部分形核概率相同,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)結(jié)晶體系中溶液的過飽和度足夠克服形核勢壘時,在形核區(qū)發(fā)生成核,因而在低濃度的結(jié)晶溶液體系中,均相形核存在一定的局限性。