关于单分散聚糖分子形貌的实空间观测

生物分子的形貌决定了它的功能。对于酶和其他蛋白质分子来说，这一规律早已经被人们所观测到并为人熟知。然而对于地球上的另一种主要的生物大分子——聚糖来说，人们仍然缺乏有效的直接观测表征手段。以至于，人们到目前为止，还不清楚这种也被称作碳水化合物的分子是否也像蛋白质一样折叠，从而产生不同的性质。更重要的，现有人们所依赖的非直接观测手段只能揭示样品分子的平均结构。但是对于聚糖分子这种复杂多变的分子来说，这些对平均结构的观测所提供的信息并不准确。尤其在研究其构型和生物化学功能的关系时，这些平均信息的作用和价值会大打折扣。

近日，德国马克思普朗克固体研究所Klaus Kern教授团队，马克思普朗克胶体界面研究所Peter H. Seeberger教授团队以及牛津大学Stephan Rauschenbach教授合作报道了单分散聚糖分子的直接实空间成像。人们首次在实空间中观测到单分散聚糖分子的形貌，并实现了不同同分异构体间连接结构及连接位置的辨别。

文章要点

单分散聚糖分子的获得。利用离子电喷雾技术，将多糖分子从溶液状态气化并电离，通过高灵敏度的飞行质谱筛选，进而利用弱电场，将其可控沉积到冷却到120K的金属单晶表面，获得了单分散的聚糖分子。样品被转移到冷却至4.5K 的扫描隧道显微镜中进行表征。

单分散聚糖分子形貌的实空间观测。采用低温扫描隧道显微镜，对单个聚糖分子进行亚纳米级分辨的成像。通过对不同结构单元位置和连接的精细表征，辨别出了不同同分异构体的连接方式以及连接位置，实现了对其形态的判断。

这项技术复合了多种国际前沿研究手段。利用高灵敏度的飞行质谱，分子束流经过精确筛选，保证了样品的高纯度以及清洁。人们可以从混合溶液中选取想要表征的分子来进行沉积表征。利用亚纳米级空间分辨的扫描隧道显微镜，在实空间实现了分子连接结构及位置的辨别。这项技术不但适用于小的聚糖分子，对于自然界中存在的生物分子也可进行表征。

图注：（a， d）不同聚糖分子同分异构体的化学结构及聚糖符号表达式；（b， e） 相应分子的扫描隧道显微镜图像；（c， f） 扫描隧道显微镜图像中对应的线起伏图。
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