Science：3百万美元超级设备清晰显示细胞膜组分

生物通报道：斯坦福大学教授Boxer同来自斯坦福大学、加州大学戴维斯分校和美国劳伦斯利物莫国家实验室的同事，研制出一种设备，能够对细胞膜进行100纳米级分辨率（此级别的分辨率是前所未有的，比分子尺寸大，比细胞尺寸小）成像。研究结果发表于29日《Science》。

生物通报道：斯坦福大学生物物理、生化学家Steven Boxer认为：由毫无生气的化学囊膜形成的袋子和活细胞之间的根本不同在于它们的组织机制。Boxer同来自斯坦福大学、加州大学戴维斯分校（California-Davis）和美国劳伦斯利物莫国家实验室（ Lawrence Livermore National Laboratory）的同事，研制出一种设备，能够对细胞膜进行100纳米级分辨率（此级别的分辨率是前所未有的，比分子尺寸大，比细胞尺寸小）成像。弄清组成细胞膜的化学成分和各个成分的组装机制——它们在细胞膜中是怎样排列的，怎样对外界环境做出反应，以及在每部分细胞膜的含量，有助于揭示细胞的奥妙。研究结果发表于29日《Science》。

“生物膜的化学组分决定生物膜的功能，” Boxer在一次采访中说。Boxer最近由于论文“seminal contributions and advancement of the field of biophysics through his groundbreaking research in several areas: supported membranes, Stark effect spectroscopy of proteins, properties of autofluorescent proteins and photosynthetic reaction centers”成为受Biophysical Society提名的五位成员之一。

研究人员还包括斯坦福化学博士后Mary Kraft，Mary Kraft负责的工作是用同位素标记油脂，为所有的测量过程准备样品；加州大学戴维斯分校化学工程和材料科学副教授Marjorie Longo，其设计的相分离膜（phase-separated membranes）技术为整个工作提供了灵感；LLNL成像质谱仪（imaging mass spectrometry）专家Peter Weber 和 Ian Hutcheon，他们为实验提供了超级设备。

一、标价3百万美元的超级设备

这种超级实验设备是一种高特异性质谱仪（mass spectrometer），当其聚集离子束对样本表面进行扫描时，可以测量离子束所穿过区域的质量（mass）。“你可以掌握离子束所聚焦的直径为100纳米，深度为10纳米的区域的详细信息，” Boxer在解释质谱仪工作原理时说，“首先通过质谱仪对一个区域采样,然后移动离子束对下一个100纳米区域进行扫描，接下来对比各个100纳米级区域的信息。反复移动离子束、开启光栅，最终能够对整个样品成像。”

这种质谱仪名为NanoSIMS 50，标价3百万美元，由法国Cameca Instruments 公司制造，现在置于为LLNL。NanoSIMS 50能够显示细胞膜的分子组成，分辨率较光学显微镜高，通过提供样本的化学组成信息，弥补了原子力显微镜（atomic force microscopy）缺陷，原子粒显微镜依赖于尖部“触摸”样本表面，所以只能提供形态学信息而不能分辨化学组成，而且对样本的结构组成要求较高，只能对晶体结构的样本进行分析。
地质学家、天文学家、原料科学家和工程师对此新设备觊觎已久，希望能够利用NanoSIMS 50分析岩石、灰尘、聚合物和纳米电子的特征。生物学家早在5年前，就开始利用其对100纳米级别的生物样本进行分析了。

Boxer带领的研究小组先利用原子力显微镜定位目的膜区，然后利用NanoSIMS 50分析该区域的化学成分。“任何一种技术的本身都是不完善的，但是将它们联合起来就可以获得强大的功能” Boxer说。

Boxer 说：“关键在于NanoSIMS 50能够对样本定量分析。”能够清晰绘制目的区域的化学特征“我们能够对混合物中的一种微量成分进行分析……它的灵敏度太高了。”细胞膜不是由一种成分组成的，使得灵敏度对于细胞膜分析至关重要，NanoSIMS 50便达到了这个要求。（未完，具体研究结果请看下期）（生物通记者 小粥）