记者23日从中国科学技术大学获悉，该校杜江峰院士与中科院生物物理所徐涛院士团队合作，实现对细胞原位铁蛋白分子中铁离子的磁性自旋成像，将原位蛋白质磁成像分辨率推进到了10纳米以下。该研究成果日前发表在4月出版的《科学·进展》期刊上。
传统磁共振技术的空间分辨率在微米级别以上，而细胞内的生物分子大小为纳米级别，产生的磁信号非常弱，线圈传感器探测不了，拍不出“高清照片”，看不到单分子结构。在细胞原位实现生物分子的纳米级磁共振成像和结构解析，一直是生物学研究的“皇冠”级难题。
杜江峰团队自主研制出细胞原位纳米磁共振成像实验平台，其关键器件是“钻石传感器”，它等效为一个单电子自旋量子比特。“钻石传感器”能够感应并接收到来自样品的微弱的磁信号，在激光和微波操控下，再将接收到的细胞分子的磁信号转换成光信号，用光子探测器读出信号并结合原子力显微镜进行成像。
这个自制的纳米磁共振成像实验平台，就像一架原子力显微镜，它能搭载着细胞样品，精准地靠近“钻石传感器”。为方便“钻石传感器”收集磁信号，细胞样品在悬臂梁的带领下，结合原子力显微镜的扫描方法，在空间上钻石传感器以纳米级别的位移“走遍”整个细胞剖面，最终实现对细胞内分子的成像。
据介绍，原子力显微镜就像体检床，搭载着处理过的细胞样品，在磁成像平台上进行扫描成像。最终，研究人员观测到了细胞内部存在于细胞器中的铁蛋白，而且分辨率达到了10纳米。该成果为未来实现细胞原位蛋白质磁共振成像打下了良好的技术基础，也为开展细胞原位分子尺度的磁共振谱学研究提供了可能。（记者吴长锋）