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　　最近，在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下，吉林大學(xué)張文科教授進(jìn)一步發(fā)展了方法，將研究對(duì)象拓展到高分子分子間相互作用直接測(cè)量，分別在高分子結(jié)晶態(tài)分子間相互作用和RNA與蛋白質(zhì)間相互作用取得重要進(jìn)展。

　　對(duì)于核酸與蛋白質(zhì)的相互作用機(jī)理的研究有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)許多重要生命過(guò)程，如病毒感染及癌細(xì)胞生長(zhǎng)的調(diào)控。而研究生物體系中核酸與蛋白質(zhì)的相互作用對(duì)于準(zhǔn)確揭示它們之間的作用機(jī)理更具實(shí)際意義，但長(zhǎng)期以來(lái)由于難以找到適當(dāng)方法獲得直接測(cè)量，使得此研究進(jìn)展緩慢。張文科與中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)所蘇朝暉、王倩等合作，選取了煙草花葉病毒（TMV）為研究對(duì)象，利用單分子力譜方法研究了其基因組RNA與蛋白質(zhì)外殼之間的相互作用。通過(guò)精細(xì)調(diào)控，將TMV顆粒以豎直方式固定在固體基片表面，然后利用AFM針尖與TMV內(nèi)部的RNA之間的物理吸附作用，將RNA基因組從其蛋白質(zhì)外殼中逐步提拉出來(lái)，直接測(cè)得了RNA從其蛋白質(zhì)外殼上解組裝所需外力的大�。ㄒ�(jiàn)圖1）。該解組裝力隨著拉伸速率的增加而增大，隨著pH值的增加而降低。研究還發(fā)現(xiàn)，解組裝的RNA在適宜條件下可以重新結(jié)合到其蛋白質(zhì)外殼上。通過(guò)此研究他們將AFM單分子力譜方法拓展到復(fù)雜生物體系中核酸與蛋白質(zhì)相互作用的研究中，同時(shí)有望將該技術(shù)應(yīng)用到病毒感染機(jī)理的研究。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11036-11038。

　　高分子材料的力學(xué)性質(zhì)是由高分子鏈結(jié)構(gòu)與高分子鏈之間的相互作用所決定。但是，由于體系的復(fù)雜性，對(duì)處于凝聚態(tài)的高分子體系中分子間相互作用的單分子研究很難實(shí)現(xiàn)。張文科與清華大學(xué)張希教授合作，他們?cè)趪?guó)際上率先將原子力顯微鏡（AFM）的成像與單分子力譜巧妙地結(jié)合起來(lái)，建立了從單分子水平研究高分子單晶中聚合物鏈之間相互作用的方法。以末端含巰基修飾的聚氧乙烯（PEO）單晶為模型體系，先利用自晶種法從其稀溶液中制備出PEO單晶；接著利用金納米粒子與巰基之間化學(xué)吸附標(biāo)記巰基末端，結(jié)合AFM成像來(lái)定位金納米粒子；再利用雙巰基修飾的AFM針尖與特定的金納米粒子接觸，通過(guò)化學(xué)吸附形成橋連（見(jiàn)圖2）。他們利用這種方法成功地實(shí)現(xiàn)了高分子鏈從其晶體中的單分子拉伸，定量測(cè)量了高分子鏈間相互作用的強(qiáng)度。該研究拓寬了單分子力譜方法在高分子凝聚態(tài)研究中的應(yīng)用，并可能用于單分子水平研究各種高分子的結(jié)晶行為。相關(guān)研究成果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 3226-3229。論文發(fā)表后，Nature Materials雜志以“Getting a grip”為題，將該項(xiàng)工作作為“研究亮點(diǎn)”進(jìn)行了報(bào)道。同時(shí)，NPG Asia Materials 以“Polymer science: Investigating interactions”為題也進(jìn)行了評(píng)述。

圖1  單分子力譜測(cè)定煙草花葉病毒中RNA從其蛋白質(zhì)外殼上解組裝所需外力

圖2 單分子力譜定量測(cè)定高分子單晶中聚合物鏈間相互作用