樣品制備已成為冷凍電鏡技術(shù)解析生物樣品高分辨率結(jié)構(gòu)的主要限速步驟。在該過程中，氣液界面效應(yīng)、背景噪音和優(yōu)勢(shì)取向等問題，可能導(dǎo)致冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析失敗或重復(fù)性較差。石墨烯因其低背景噪音、高機(jī)械強(qiáng)度和高導(dǎo)電性等特性，被用作冷凍電鏡樣品制備支撐膜，以提升樣品質(zhì)量。

不久前，清華大學(xué)王宏偉課題組和北京大學(xué)彭海琳課題組合作開發(fā)了一種基于石墨烯“三明治” 結(jié)構(gòu)的冷凍電鏡生物樣品制備方法，以“石墨烯三明治技術(shù)用以生物冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析”為題，發(fā)表于《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》期刊。

該研究通過在兩層石墨烯間封裝生物樣品溶液，制備冰層厚度適宜的石墨烯“三明治”樣品（圖1），用于高分辨冷凍電鏡重構(gòu)。

常規(guī)石墨烯膜制備冷凍電鏡樣品的方法能夠增加顆粒吸附，減輕氣液界面帶來(lái)的干擾。然而，石墨烯支持膜僅存在于冰層一側(cè)，不能消除另一側(cè)氣液界面對(duì)樣品的影響，并且在支撐膜親水性不佳時(shí)，容易出現(xiàn)樣品脫水現(xiàn)象（圖1a）。

圖1.采用石墨烯作為支持膜的冷凍電鏡樣品制備示意圖

為解決這一問題，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種石墨烯“三明治”技術(shù)，在生物樣品溶液兩側(cè)都鋪設(shè)石墨烯支持膜，對(duì)生物樣品進(jìn)行封裝，進(jìn)而制備冷凍電鏡樣品，從而徹底避免氣液界面等問題的影響（圖1b）。

圖2.石墨烯“三明治”結(jié)構(gòu)應(yīng)用于冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析