在人體內(nèi)，有數(shù)千不同的蛋白質(zhì)。每個蛋白質(zhì)都有獨特的形狀，這樣決定了它們獨特的功能。科學家們至今都有很難捕捉單個蛋白的圖像。問題在于，高功率成像工具往往會抹導致脆弱的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，因此研究人員拍攝數(shù)以百萬計的照片，來全面地了解一種蛋白質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)。這些工具所產(chǎn)生的圖像，通常是模糊的，并且一些蛋白質(zhì)不能被拍照，因為它們無法形成晶體。

現(xiàn)在，一個研究團隊已經(jīng)可以用新的石墨烯材料來采集單個蛋白的圖像。根據(jù)最近公布的arXiv上的一項研究，這種使用全新材料石墨烯獲得的蛋白質(zhì)圖像是第一個針對單個蛋白質(zhì)的高分辨率圖像。

捕捉單個蛋白質(zhì)的圖像時，研究人員將蛋白質(zhì)的溶液霧化，并混合到非常薄的石墨烯片上。然后他們使用了低能量的全息電子顯微鏡，通過彈跳電子束來撞擊蛋白質(zhì)，然后記錄這些電子與其它電子的如何相互作用產(chǎn)生的圖像。這種低能量的電子束可以保證蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)太大的破壞。不同于以前其他成像方法，研究人員使用全息電子顯微鏡可以保證蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性和可靠性。利用計算機技術(shù)，研究人員使用了全息電子顯微鏡產(chǎn)生的圖像來重建蛋白質(zhì)的原始結(jié)構(gòu)。

細胞色素C圖像。A）從全息電子顯微鏡獲取的細胞色素C蛋白的圖像。B）三種不同的蛋白質(zhì)觀察角度的重建。C）使用電子計算機技術(shù)來數(shù)字重建的蛋白質(zhì)的不同角度的模型。

研究人員試圖將自己解析的結(jié)構(gòu)與幾種已經(jīng)廣為人知的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)做對比，比如血紅蛋白（在紅血球中攜帶氧氣的蛋白），牛血清白蛋白（在實驗室常用的蛋白）和細胞色素C（細胞內(nèi)的電子轉(zhuǎn)移在他）。他們比較了所得圖像，并與其他成像技術(shù)獲得的圖像做對比，并發(fā)現(xiàn)，他們的照片有更高的清晰度。研究人員接下來希望獲取其他未解析過的蛋白質(zhì)圖像。如果科學家更好地了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，他們可以找可能存在的錯誤折疊的蛋白、如阿爾茨海默氏癥，帕金森氏和亨廷頓氏病相關的蛋白質(zhì)，這對于人類健康和基礎生物學的研究大有益處。