颜宁团队发《PNAS》：首次开发出制备单层石墨烯膜材料新方法

文章来源：iNature

冷冻电子显微镜（cryo-EM）提供了一种有效的方法来研究生物大分子的结构。直接电子检测和先进算法的技术突破使cryo-EM能够以接近原子的分辨率绘制生物大分子的精确结构细节。随着cryo-EM的扩展，许多研究人员的共同看法是cryo-EM的瓶颈在于样品制备。Cryo-EM要求将蛋白质颗粒悬浮在薄薄的玻璃化冰中以避免变性。为了实现这一点，无定形碳膜和多孔碳网格已被广泛使用。碳膜（通常为20 nm厚）不可避免地会引入电子散射，这会增加噪声并降低图像分辨率。

因此，有孔的碳网格（可在孔区域中形成溶液层）已被认为是用于高分辨率单粒子分析的首选冷冻电磁网格。但是，其并不适用于所有蛋白质。尽管有些蛋白质更喜欢附着在碳膜上而无法进入孔中，但另一些蛋白质却以折衷的方式停留在空气-水界面上。另外，冰厚度的不均匀性使得难以在整个网格上搜索薄冰区域，其中图像对比度对于高分辨率图像处理是最佳的。由于稀薄的冰块和高蛋白密度是蛋白质结构高分辨率重建的关键，因此可以解决这些问题将使cryo-EM受益。

2019年12月26日，颜宁团队在国际权威期刊PNAS上发表题为“High-yield monolayer graphene grids for near-atomic resolutioncryoelectron microscopy”的文章，开发了一种更方便，成本更低的方法来制造高质量的石墨烯冷冻EM网格用于单颗粒冷冻EM分析。

研究团队通过使用有机分子辅助转移方法将连续的单层石墨烯从其原始基板铜箔转移到多孔碳栅格上来制造石墨烯冷冻EM栅格。在转移过程中，通过使用一层薄的甲基丙烯酸甲酯（MMA）支撑石墨烯，该方法可以使悬浮的石墨烯非常高地覆盖孔区域。

来自不同地区的统计数据表明，悬浮的单层石墨烯的平均产率约为99％，高于任何先前报道的功能性石墨烯冷冻EM网格。使用这种方法获得的高石墨烯产量在批次之间是一致的。此外，清洁工艺足以去除大多数有机分子残留物并获得清洁的石墨烯表面。整个制造过程大约需要几个小时，并且可以批量生产多达数百个网格，而无需特殊的设备或大量的试剂。

冷冻电子显微镜（cryo-EM）代表了生物大分子结构测定的前沿技术。然而，与低温样品制备相关的技术挑战限制了cryo-EM无法实现更广泛的目标物的更高分离度。

该研究证明了高产量的单层石墨烯支撑膜改善了低温样品的质量。到目前为止，使用这种方法，已经通过cryo-EM和最少的数据集实现了最小蛋白质的最高分辨率结构。该技术为更接近原子分辨率的cryo-EM的更通用的冷冻样品制备铺平了道路。

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