两个诺贝尔奖的碰撞，生物学家颜宁为石墨烯找到一条新出路！

小纳米

2020-01-05

当我们在谈交叉学科的时候，我们在谈什么呢？如果只是随便拼凑两个不同领域，如果不能起到1+1>2的效果，所谓的交叉，意义何在？

冷冻电镜，这个物理学家发明的玩具，因为帮助了生物学家，最后获得诺贝尔化学奖，堪称交叉学科的典范。最近，美国国家科学院外籍院士，普林斯顿大学终身讲席教授颜宁团队最新的一篇PNAS论文，在冷冻电镜和石墨烯这两个诺贝尔奖的关键议题中找到交叉点，为我们提供了又一个交叉学科的范例。

图丨颜宁教授微博截图，授权使用

2010年获得诺贝尔物理奖之后，石墨烯的发展该走向何方？何谓“杀手锏”级的应用？成为了当今世界，尤其是中国科学界和工业界备受关注的问题。

2017年，冷冻电镜获得诺贝尔化学奖。如何把应用范围拓展到更广阔的研究体系？如何实现更高的分辨率？这是生物界和物理界未来最主要的议题之一。

2019年12月26日，颜宁教授团队，具体地说是颜宁教授“来自纳米科学专业的博后韩亦沫轻轻松松改变了石墨烯grids的制备方法”，帮助冷冻电镜上了一个新台阶。他们采用一种简单的策略，可制备出单层石墨烯覆盖率高达99％的冷冻电镜专用网格，超过70％的网格可用于采集有效数据，从11000个颗粒中，研究团队以目前最小的蛋白质为例，获得了最高的分辨率：2.6 Å（也就是0.26 nm）。

图1. 石墨烯网格用于冷冻电镜

总结地说，这种石墨烯网格的主要优势在于：

1）极高的空间分辨率。

2）极少的样品量要求。蛋白密度增加了至少5倍，为极其重要而又无法大量生产的蛋白质提供了结构解析的机会。

3）极简单的制备方法。大多数结构生物学实验室都可以做。

4）极广泛的纳米材料兼容性。可针对特定蛋白质定制设计网格。

值得一提的是，这种石墨烯网格已经申请专利保护“Fabrication of nanomaterial cryogenicelectron microscopy (cryoEM) grids.”

图2. 石墨烯网格制备方法

很多时候，新的思路都是来自另一个领域，一个生物学家的纳米材料专业博士后为石墨烯找到了一条通往生命科学的新出路。颜宁教授在微博中称“在princeton要做的跨学科研究算是迈出第一步，但这只是提供个工具而已。”

第一作者：韩亦沫，康奈尔大学博士毕业，师从国际顶级电镜科学家David A. Muller（2018年，Muller团队实现了0.39Å的电镜空间分辨率，刷新了电镜分辨率的世界纪录【点击阅读详细解读】）；普林斯顿大学博士后期间合作导师为颜宁教授，即将赴莱斯大学任助理教授。

韩亦沫老师正在筹备组建自己的课题组，欢迎有志之士加入！请感兴趣的同学向莱斯大学材料科学和纳米工程系提交PhD申请材料，也可邮件联系韩老师。

联系邮箱：yimoh@princeton.edu

参考文献：

Yimo Han, Nieng Yan et al. High-yield monolayer graphene grids fornear-atomic resolution cryoelectron microscopy. PNAS 2019.

https://www.pnas.org/content/early/2019/12/24/1919114117