近日，太阳集团1088vip蔣淩翔副研究員課題組在Nature子刊Nature Communications (IF 12)上以Single-crosslink microscopy in a biopolymer network dissects local elasticity from molecular fluctuations為題發表原創研究性論文。該工作利用熒光顯微鏡對高分子交聯網絡的交聯點進行了成像和跟蹤，在單分子尺度上闡明網絡的波動和局域彈性之間的關系，首次提出了“單交聯點顯微學”的概念。太阳集团app首页為第一完成單位，蔣淩翔副研究員為第一作者和共同通訊作者，合作者美國科學院院士Steve Granick為共同通訊作者。該成果得到了期刊編輯部的亮點推薦。研究工作得到了國家自然科學基金，廣東省自然科學基金和我校的資助。
期刊截圖
高分子材料的功能和應用與其力學性質密切相關，常見的流變儀、萬能測試機等隻能測量材料的宏觀性質。近年來基于AFM等技術發展的單分子力譜等測試雖然可以拉伸單個高分子鍊，但是無法原位研究高分子材料中的分子鍊。如何才能在單分子尺度上将高分子交聯網絡中的局域力學性質測繪出來成為一個亟待解決的問題。
宏觀的彈簧在壓力(F)作用下會發生形變(X)，符合胡克定律F=kX；通過測量F和X就能知道彈簧的彈性系數k。研究者注意到這一經典定律在單分子尺度的交聯點依然成立（在線性區間内），交聯點在分子熱運動（提供壓力）的作用下在平衡位置附近波動，波動的範圍正是由局域彈性系數決定的。其中分子熱運動的能量是已知的(kBT)，研究者隻需要測量交聯點的波動幅度，并建立合适的模型，就能計算出單個交聯點的局域彈性。因此，研究者對交聯點進行了熒光标記，利用熒光顯微鏡追蹤交聯點的波動路徑，最終測繪出各個交聯點的局域彈性。研究者将這一方法稱為“單交聯點顯微學”。
單交聯點顯微學及其在激動蛋白微絲中的應用
在前期工作的基礎上(PNAS 2017, 114, 3322-3327)，研究者将肌動蛋白微絲（約16nm粗，10-20um長）通過biotin-avidin交聯起來，并追蹤了綠色熒光标記的交聯點在平衡位置周圍的波動。研究者建立了适用于semiflexible polymer的理論模型，并預期交聯點的波動軌迹分布為紡錘體形，與實驗結果吻合。
最終研究者測繪出了該高分子網絡的局域彈性。在視野中，每一個紡錘體代表一個交聯點，紡錘體的大小反應交聯點的波動大小，紡錘體的顔色代表局域彈性的大小。可以注意到，這個視野中的高分子網絡的性質是很不均勻的，彈性大小從0.8到8Pa不等。視野中高彈性區域和低彈性區域共存，它們之間沒有明顯的相關性。除了這種生物高分子的網絡以外，該方法還有望被應用于柔性高分子、合成高分子等體系，并為人們在單分子尺度上表征高分子網絡結構和性質提供一種切實可行的思路。
論文鍊接：
Lingxiang Jiang,* Qingqiao Xie, Boyece Tsang, and Steve Granick,* Single-crosslink microscopy in a biopolymer network dissects local elasticity from molecular fluctuations, Nature Communications 2019, 10, 3314, doi: 10.1038/s41467-019-11313-7
https://www.nature.com/articles/s41467-019-11313-7
