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意義重大的蛋白質結晶

對“靜止”的蛋白質進行觀察，很多“疑難雜癥”都能浮出水面，蛋白質晶體對于生命科學的研究具有重大意義。以今年年初爆發的新型冠狀病毒（2019-nCoV）為例，我國科學家就是利用病毒的水解酶與的復合物晶體成功解析了原子結構，可為抗病毒的快速篩選和研發提供有力的工具。截止2020年1月1日，蛋白質數據庫收錄了超過16萬個蛋白質晶體的原子結構信息，已經滲透到了眾多領域，如藥學，醫學，農業，材料學等。目前，有9位科學家因解析蛋白質的晶體結構而獲得諾貝爾獎。然而，讓蛋白質結晶可不是一件容易的事情。在科學界，蛋白質晶體的生長常常被認為是“藝術”遠多于“科學”，甚至有許多科學家為了晶體更好地結晶，開始有些“小”：比如把做好的結晶板放在車上開出去幾個小時，或是在晶體實驗柜門上貼了兩只大恐龍貼紙……其實，這些“小”都反映出：蛋白質晶體的結晶過程受到很多因素的影響，能夠有一顆完整的結晶是一件很困難的事情。想要獲得足夠質量的晶體，尤其對新穎的、表征不佳的基因產物來說，通常是新結構測定項目中困難也是耗時的步驟。

蛋白結晶板研究實驗

相對于傳統的蛋白質結晶中實驗研究以及模擬研究所針對的單晶體尺度,本主要在過程尺度上對蛋白質結晶過程中晶體群體的生長行為進行了系統的模型化和實驗研究. 蛋白質晶體的形狀以及產品的粒度分布是衡量結晶產品質量的主要指標,但是目前對蛋白質結晶的群體粒數衡算模型的研究還非常少,而且只能模擬粒度分布。

蛋白結晶板

首先探索了基于SU-8負性光刻膠的雙層芯片模具制作工藝,另外,為了在微流控芯片中形成均勻分散的蛋白液滴,我們對基于PDMS(聚二硅氧烷)的微流控芯片的表面性質進行了研究,分別觀察和評價了不同鍵合方法所制作液滴型PDMS微流控芯片應用于制備油包水和水包油兩種液滴分散體系的效果;實驗結果顯示熱擴散鍵合方法適用于制作油包水型PDMS液滴型微流控芯片,而等離子鍵合方法制作的PDMS芯片適于形成水包油型的液滴分散體系。為了實現芯片中樣品液滴的有效操控和分配,我們在微流控芯片中集成了空氣閥結構。

獲取蛋白質晶體是蛋白質三維結構解析,藥品生產,自組裝納米體系構建等過程中重要的步驟.例如,利用X射線衍射技術對蛋白質進行三維結構解析時,首先需要通過結晶條件篩選,獲得質量較高的蛋白質晶體,進而進行衍射得到蛋白質結構相關信息.蛋白質結晶需要經歷從未飽和區經亞穩區至形核區的形核過程以及從形核區到亞穩區的生長成熟過程.在整個蛋白質結晶過程中,形核過程是至關重要的一步.均相形核過程中,結晶體系中各個部分形核概率相同,當蛋白質結晶體系中溶液的過飽和度足夠克服形核勢壘時,在形核區發生成核,因而在低濃度的結晶溶液體系中,均相形核存在一定的局限性。