重排原子

p 　　当我们在谈论生命时，我们谈论的都是化学分子。DNA也好，蛋白质也罢，正是这些生物大分子发生的原子重排，才催生出无数生化反应，为地球带来生命。 /p p style=" text-align: center " img title=" 001.JPEG" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/c0bbe2b5-3415-4594-bc51-72b794f474de.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 　　本研究的主要负责人David Liu教授(图片来源：Broad研究所) /strong /p p 　　今日，Broad研究所的华人学者David Liu教授公布了一项了不起的研究!他的团队开发了一种“碱基编辑器”，能在细胞内用简单的化学反应，使DNA的一种碱基进行原子重排，让它变成另一种碱基。与CRISPR-Cas9等流行的基因编辑手段不同，这种技术无需使DNA断裂，就能完成基因的精准编辑。这项研究发表在了顶尖学术期刊《自然》上。 /p p style=" text-align: center " img title=" 002.JPEG" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/25395cd0-f659-4486-b95c-07cbee1c729a.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　 strong 　将近一半的致病变异来源于C-G组合到A-T组合的改变(图片来源：《自然》) /strong /p p 　　要看懂这项研究，我们先来看看DNA本身。我们知道，DNA的双螺旋结构由4种碱基：腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)组成。它们A和T配对，C和G配对，就像字母一样，编写了人类的遗传信息。然而由于化学结构的问题，C这个字母不大稳定，容易出现自发的脱氨突变，把原本的好好的C-G组合，变成A-T组合。据估计，每天人类的每个细胞里都会出现100-500次这样的突变。而人类已知的致病单碱基变异，高达一半属于这种突变。 /p p style=" text-align: center " img title=" 003.JPEG" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/3079c9ad-aff8-4c2e-b7ab-54dc17de1cbe.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 　　合适的脱氨反应能将腺嘌呤转变为结构类似于鸟嘌呤的肌苷(图片来源：《自然》) /strong /p p 　　换句话说，如果我们能定点修复这些基因突变，把A-T变回C-G，就有望从根源上纠正人类的许多遗传疾病。这正是Liu教授团队的研究思路。在实验室中，他们观察到了一个很有意思的现象——腺嘌呤(A)在出现脱氨反应后，会变成一种叫做肌苷的分子，而它与鸟嘌呤(G)的结构非常接近，也能成功骗过细胞里的DNA聚合酶。简单的几轮DNA复制后，A-T组合就能变回C-G。 /p p 　　但科学家们遇到一个棘手的问题——自然界中并没有能够在DNA中催化腺嘌呤进行脱氨反应的酶。 /p p 　　如果没有现成的道路，那就开辟一条!在人体中，科学家们发现了一种叫做TadA的酶，它能催化转运RNA上的腺嘌呤(A)，使它脱氨。尽管催化的对象不同，但Liu教授的团队认为它有足够的应用潜力。于是，利用演化的力量，科学家们对TadA进行了改造。他们将编码TadA的基因引入大肠杆菌内，并寄希望于这种酶能在大肠杆菌快速的繁衍中，突变出催化DNA腺嘌呤的能力。 /p p style=" text-align: center " img title=" 004.JPEG" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/77d2e2cb-4181-4432-b16c-f701f36c851b.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　 strong 　本研究中，碱基编辑器的作用机理(图片来源：《自然》) /strong /p p 　　同时，科学家们也想到，DNA上的腺嘌呤特别多，总不能把他们全都转化为鸟嘌呤吧。因此，特异性地对某个碱基进行催化，是这套系统迈入实际应用的关键。Liu教授想到了自己的实验室邻居张锋教授，这名华人学者以CRISPR基因编辑技术而闻名于世。如果我们借助CRISPR-Cas9系统的精准，但不让它切开双链DNA，或许就能定点对腺嘌呤进行原子重排，让它变成另一种碱基。为此，科学家们在筛选TadA酶的过程中，也同样引入了一套切不动DNA的特殊CRISPR-Cas9系统，用于精准定位。 /p p 　　功夫不负有心人!这套系统虽然极为复杂，但在经历了漫长的7代筛选后，Liu教授团队终于开发出了一款全新的“碱基编辑器”，其核心正是能有效针对DNA的TadA酶。无论是在细菌里，还是在人类细胞中，这款编辑器都能顺利发挥作用。在人类细胞里，它的编辑效率超过了50%! /p p style=" text-align: center " img title=" 005.JPEG" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201710/insimg/e1500d56-ca99-4809-932c-2bd6c898751f.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　 strong 　这套系统能有效用于人类细胞(图片来源：《自然》) /strong /p p 　　尽管这套系统利用了CRISPR-Cas9系统，但科学家们在这篇论文里指出，他们开发的技术与CRISPR-Cas9系统各有千秋。在矫正单碱基突变方面，它比CRISPR-Cas9系统更为有效，也更“干净”。它几乎没有引起任何随机插入和删除等突变，在全基因组里的脱靶效应也要好于CRISPR-Cas9技术。要知道，这可是人们对CRISPR-Cas9技术安全性的最大担忧之一。 /p p 　　先前，研究人员们也同样开发了编辑其他碱基的方法。目前，Liu教授的团队已经有了把C变成T，把A变成G，把T变成C，以及把G变成A的工具。诚然，这些工具目前距离人类临床应用还有不小的距离。但要知道，它只涉及碱基的原子重排，无需让DNA双链断裂，从而降低了基因治疗过程中的风险。此外，许多遗传病都是单基因突变，用这些工具进行治疗也显得更为有的放矢。 /p p 　　我们感谢Liu教授的团队为我们带来如此令人兴奋的基因编辑新工具。毫无疑问，基因编辑的时代已经到来，你准备好迎接冲击了吗? /p p 　　参考资料：[1] Programmable base editing of AT to GC in genomic DNA without DNA cleavage /p p & nbsp /p

p style=" text-indent: 2em " 天津大学元英进教授带领的合成生物学团队，继人工合成酵母染色体打破非生命物质和生命物质界限后，日前首次利用精确控制基因组重排技术，培养出了能几何级生长的“超级酵母菌”。该成果填补了国内基因组结构变异的技术空白，提高了细胞工厂生产效率。该研究成果的三篇相关论文在《自然通讯》期刊同期发表。 /p p style=" text-indent: 2em " 据介绍，以前的DNA变异技术大多只针对基因层面进行小规模改造，在更加复杂的基因组结构变异层面的人工构建技术仍具有挑战。& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /p p style=" text-indent: 2em " 天津大学科研团队正是瞄准这一难题，研究出能够精准控制基因重排的方法，使作为研究对象的合成型酵母菌，在有限时间内产生几何级增长的基因组变异，驱动其快速进化生长。 /p p style=" text-indent: 2em " 为了能够精准调控合成型酵母基因组重排过程，天地大的科研人员特意为细胞设计了一把“入门锁”，打开这把“锁”要用两把“钥匙”，只有两把“钥匙”同时转动的状态下，细胞内的基因组重排才会开启。而这两把“钥匙”就是添加到菌株培养基中的两种物质——半乳糖和雌激素。在它们的互相作用下，通过使用这一精准控制技术对合成型酵母基因组进行多轮迭代重排，酵母种类多样性得到了极大丰富。科研人员从中筛选出大量高产β-胡萝卜素的菌株，经过5轮迭代基因组重排，合成型酵母菌中β-胡萝卜素产量提升了38.8倍。 /p p style=" text-indent: 2em " 在此基础上，研究人员还分别通过杂合二倍体基因组重排和跨物种基因组重排，获得了可以在摄氏42度温度下生长加快的菌株和咖啡因耐受性明显增强的酵母菌株。英国帝国理工大学的研究者们也利用天津大学合成型5号染色体的酵母菌进行基因组重排，实现底盘细胞的快速进化，显著提升了酵母紫色杆菌素合成能力和五碳糖代谢利用能力。 /p p style=" text-indent: 2em " 这一研究未来对提升能源医药化学品的生产合成，对于工业菌株进化和功能知识发现具有重要意义。上述研究还得到国家自然科学基金委、科技部973计划以及国际合作项目的支持。 /p

2021年10月4日，Journal of Physical Chemistry letters 在线报道了中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心软物质物理实验室翁羽翔研究组（SM6组）题为“电化学红外光谱揭示光合放氧中心锰簇拟合物在多重氧化还原状态中的结构重排（Structural Reorganization of a Synthetic Mimic of the Oxygen-Evolving Center in Multiple Redox Transitions Revealed by Electrochemical FTIR Spectra）”的研究工作。该工作利用傅里叶变换红外光谱仪在低波数波段研究了人工合成的锰簇在电化学氧化过程中的机构变化，为光合放氧中心裂解水的反应机制研究开辟了一条新途径。光合作用是自然界利用太阳光大规模地将二氧化碳和水合成有机物并放出氧气的过程。在地球与生命进化过程中，具有放氧复合体的放氧光合生物的出现，使地球大气层中的氧气从无到有、逐渐积累并恒定在大约21％的水平，大大加速了地球演化、生物圈形成与繁荣的进程。光系统Ⅱ核心复合体是光能驱动水氧化的重要场所，具有光解水放氧功能的系统II核心复合体是一个由多个蛋白亚基、锰簇、色素分子等辅助因子组成的色素膜蛋白复合体。其核心锰簇是含有五个金属离子的Mn4O5Ca。其中的三个Mn原子，四个氧原子和一个钙离子占据六面体的8个顶点，形成立方体结构。太阳光经捕光天线吸收后分步传给反应中心的叶绿素特殊对，并实现电荷分离，形成的正电荷将邻近的酪氨酸Z氧化成正离子自由基，后者进一步将锰簇物氧化，驱动水的氧化并放出氧气：早期闪光诱导动力学研究表明，氧气的释放需要4个持续的闪光过程才能完成一个放氧周期。Kok等在1970就提出天然锰簇物放氧中心存在一个由S0-S4的5个状态构成的循环反应模式（即Kok 循环）。S0，S1，S2 ，S3 和S4分别表示放氧锰簇物的不同氧化还原状态。每一次氧化诱导的状态改变都会丢失一个电子，而每循环一次则需吸收4个光子，积累4个氧化当量（失去4个电子，积累4个质子）才能把水分子完全裂解，释放氧气后再次回复到S0态，如图1所示。2H2O−4e−⟶4hvO2↑+4H+" role="presentation"的释放需要4个持续的闪光过程才能完成一个放氧周期。图1. Kok循环示意图光系统放氧中心复合物的晶体结构研究表明，放氧中心锰簇物是由锰离子和钙离子经D1和CP43蛋白上氨基酸羧基侧链结合而形成的生物自组装结构。由于D1蛋白对强光很敏感，在体内的代谢周转十分迅速，半衰期大约为十分钟。可见，在自然界中放氧中心锰簇物是依靠生物的自修复功能实现其持续运转的。天然氧中心锰簇物的不稳定性对光合作用水裂解的机制研究也带来了相应的困难。2015年中科院化学研究所张纯喜研究小组在光系统放氧中心人工拟合物的研究中获得重大进展，成功合成了新型Mn4O4Ca簇合物（Science, 2015, 348, 690-693）。迄今为止，该类化合物是与天然放氧中心锰簇物最为接近的人工拟合物，该拟合物中四个Mn离子的价态（+3，+3，+4，+4）与天然放氧中心锰簇物S1态一致，而且同样具有催化水裂解的功能。此人工合成物为天然放氧中心锰簇物裂解水过程的微观机制研究提供了良好的契机。相关实验研究中，位于红外光谱低频波段（

笔者从社交媒体获悉，美国化学家、全球著名麦克拉弗蒂重排反应（McLafferty rearrangement）的提出者、质谱界泰斗Fred W. McLafferty教授于近日逝世（1923-2021），谨此讣告。Fred W. McLafferty（1923-2021）Fred McLafferty教授 在1959年报道了McLafferty重排反应（McLafferty rearrangement），属于质谱分析中的一种重排裂解反应。即具有γ-氢的侧链苯、烯烃、环氧化合物、醛、酮等化合物经六元环过渡态，使γ-氢转移至带有正电荷的原子上，同时在α,β原子间发生裂解，反应可以是自由基或离子机理。也因此McLafferty教授被誉为质谱界的泰斗。Fred McLafferty教授于 1923 年出生于伊利诺伊州埃文斯顿，但在内布拉斯加州奥马哈上小学，1940 年从奥马哈北部高中毕业。McLafferty教授在内布拉斯加大学学习直至 1943 年获得学士学位。二战期间他在欧洲担任步兵（在那里他获得了包括青铜之星和紫心勋章在内的高荣誉），战后于内布拉斯加大学学习，1947 年获得硕士学位，1950 年在康奈尔大学威廉米勒正在攻读有机化学博士学位。作为一名研究生，他在爱荷华大学与 R. L. Shriner 一起学习，并于 1950 年加入陶氏化学，在那里他担任质谱和气相色谱的负责人。 1956 年，他成为陶氏在弗雷明汉东方研究实验室的主任。1964 年成为普渡大学化学教授，1968 年成为康奈尔大学德拜化学教授。他以在质谱方面的开创性工作而闻名，他在 1950 年代与 Roland Gohlke 首次将质谱与气相色谱技术结合起来。在陶氏，他开发了第一台 GC/MS 设备，在研究过程中，他发现了后来闻名学界的麦克拉弗蒂重排反应。 1998 年，他还开发了电子捕获解离 (ECD) 方法，即在气相中裂解成离子。在康奈尔大学，他开发了质谱数据及其评估的数据库，包括使用人工智能方法（包括 PBM 程序，基于质谱的概率匹配）等。Fred McLafferty教授是美国国家科学院院士（1982 年），也是美国艺术与科学院（1985 年）、美国科学促进会（1980 年）和 XL 学院的成员。他于 1996 年获得化学先驱奖，1999 年获得 Heyrovský 奖章，1992 年获得罗伯特博伊尔分析科学奖，1985 年获得 JJ Thomson国际质谱学会金奖，1989年获得Frank H. Field 和 Joe L. Franklin 质谱学杰出成就奖，1971年美国化学会化学仪器奖、1999年Giulio Natta金奖、2001年瑞典化学会Torbern Bergman奖章、1985年Oesper奖、1986年SC Lind奖和1984年William H. 尼科尔斯奖章，2003年美国质谱学会的杰出贡献奖，2004年法国化学会Lavoisier奖、2006年国际蛋白质结构协会Pehr Edman 奖章、2012年东方分析论坛颁布的质谱领域杰出成就奖。他拥有内布拉斯加大学、普渡大学和列日大学的名誉博士学位，并且是意大利化学学会的名誉会员。图源：ASMS社交媒体博文图源：威斯康星大学葛瑛教授社交媒体博文

日前，昆明理工大学材料科学与工程学院蔡金明教授团队研究成果以“Real-Space Imaging of a Phenyl Group Migration Reaction on Metal Surfaces”为题，发表在Nature Communications14, 970 (2023)上。该研究工作得到了国家自然科学基金项目、云南省科学基金项目、中科院战略先导项目等多个项目资助。据介绍，表面合成由于其精准性和易观测性，一直是化学合成领域的重要方向，然而目前表面合成只实现了少数已有的化学反应，探索表面合成过程中的新反应、新机理一直是国际上的研究热点，是精准制备低维纳米材料的关键所在。化学迁移反应是一类特殊的化学重排反应，会在分子中的某一位点产生自由基，随后高反应活性的自由基位点在分子内部转移，导致分子中基团位置的改变。与传统的亲核重排反应不同，芳香基自由基迁移反应的机理一直以来都存在争议。鉴于此，昆明理工大学材料科学与工程学院蔡金明教授团队系统研究了1,4-二甲基-2,3,5,6-四苯基苯（DMTPB）分子在Au(111)、Cu(111)和Ag(110)三种基底上不同反应活性和不同对称性的化学反应。利用具有原子分辨能力的扫描隧道显微镜（STM）和具有化学键分辨能力的非接触原子力显微镜（NC-AFM）精确识别了反应过程中的中间产物以及最终产物的精细结构，证实了在DMTPB分子内发生了新奇的苯基迁移反应，并结合第一性原理计算，揭示了DMTPB分子内苯基迁移反应的机制。该工作为简化化学反应路径、合成新的低维纳米材料提供了新的研究思路。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理国家重点实验室研究员白雪冬课题组利用像差矫正透射电子显微镜实时原子成像技术和分子动力学模拟方法，揭示了CeO在激活条件下氧原子各向异性扩散的原子机制。该工作以Visualizing Anisotropic Oxygen Diffusion in Ceria under Activated Conditions& nbsp 为题发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该研究利用像差校正电镜对CeO2纳米颗粒进行表征，实现了Ce原子和O原子直接原子分辨成像，同时发现透射电镜高能电子束传递给氧化铈中氧原子足够多的能量导致氧原子析出并伴随氧化铈产生萤石相CeO2和铁锰矿相Ce2O3的相转变(图1)。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/0eb98acd-9ef6-4be9-a733-b5c8381dabca.jpg" title=" 图1：CeO2结构演变的原子分辨TEM成像。.png" alt=" 图1：CeO2结构演变的原子分辨TEM成像。.png" / /p p style=" text-align: center " strong 图1：CeO2结构演变的原子分辨TEM成像 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 利用电子束进行动态观察表征，同时作为诱导氧离子迁移的手段，捕获了反应中的氧原子和它的实时扩散路径（图2）。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/b0a3291d-134c-458c-b79f-9f8bb5785e8f.jpg" title=" 图2：O原子扩散与Ce原子重排过程的原位TEM成像以及分子动力学模拟.png" alt=" 图2：O原子扩散与Ce原子重排过程的原位TEM成像以及分子动力学模拟.png" / /p p style=" text-align: center " strong 图2：O原子扩散与Ce原子重排过程的原位TEM成像以及分子动力学模拟 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 原位实时观察到氧化铈中氧原子扩散的优先路径，通过实验观测和分子动力学模拟，发现了萤石结构氧化铈中氧原子以& lt 001& gt 方向作为优先传输通道。结合第一性原理计算，揭示了其物理原因在于氧原子扩散过程中伴随的电子重新分布使局域库仑作用力发生改变，导致晶格扰动，氧原子扩散路径选择扰动能量最低的方向（图3）。 !--001-- /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/add1c0c8-118d-40ef-8cc3-3f1c93518814.jpg" title=" 图3：CeO2表面活性的原位TEM表征及氧原子输运动力学的分子动力学模拟.jpg" alt=" 图3：CeO2表面活性的原位TEM表征及氧原子输运动力学的分子动力学模拟.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 图3：CeO2表面活性的原位TEM表征及氧原子输运动力学的分子动力学模拟 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这种氧原子扩散过程中伴随的配位价态的变化也得到了原位电子能量损失谱分析结果的佐证（图4）。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/013a5cd5-05ec-41c9-91c0-71f9524f160e.jpg" title=" 图4：电子能量损失谱揭示中间化学键状态的变化.png" alt=" 图4：电子能量损失谱揭示中间化学键状态的变化.png" / /p p style=" text-align: center " strong 图4：电子能量损失谱揭示中间化学键状态的变化 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 本研究揭示的萤石结构二氧化铈中氧原子各向异性传输机制对于其各向异性相关的性质和功能调控具有指导作用。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 上述工作得到中科院、科技部、国家自然科学基金委、北京自然科学基金委和中科院青促会的资助。表面室SF1组研究生朱亮和纳米室N04组研究生金鑫是该文章的共同第一作者。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a href=" https://www.instrument.com.cn/download/shtml/934197.shtml" target=" _self" span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 文章链接 /span /a /p

近年来有机质谱分析广泛应用于食品安全、环境保护、化学化工、制药、生命科学、材料科学等各个领域，成为一种非常重要的定性定量分析方法。质谱的定性分析是基于对质谱谱图的解析实现的，但由于有机化合物种类繁多，繁杂的裂解规律不容易记忆，又缺乏解析的思路和方法，很多质谱分析人员在拿到谱图后常感觉到无从下手。 　　为适应广大分析工作者的工作需求，2009年信立方质谱培训中心与仪器信息网合作，在北京举办期了第一期谱图解析培训班，广受学员好评，但由于名额有限，许多分析人员错过此次培训机会。为了继续满足广大质谱分析工作者的培训需求和热情，培训中心定于2009年11月30日-12月4日在北京举办第二期有机质谱谱图解析专题技术培训班，欢迎有志于提高谱图解析水平人员报名并尽早确认。 【适用对象】使用有机质谱联用仪进行常规检测、科研或研发的技术人员 【培训目标】系统掌握有机质谱谱图解析的基本方法，了解有机化合物的裂解反应类型和基本裂解规律，结合实例讲解谱图解析的基本思路和方法，为有机质谱的定性分析打下良好基础。 【主讲专家】 王光辉（中国科学院化学研究所质谱中心研究员，中国最早从事质谱研究的专家之一） 苏焕华（北京石油化工科学研究院高级工程师，组织过多种质谱应用技术培训） 【课程内容】 一、谱图解析基础知识 1、原子中电子的排布 2、奇电子离子与偶电子离子 3、氮规则 4、环加双键值 5、同位素峰 6、分子离子的识别7、单分子反应 二、离子的丰度 1、质荷比与离子丰度包含的结构信息 2、影响碎片离子丰度的基本因素 (a) 产物的稳定性 (b) 空间因素 (c) 键的不稳定性 三、离子碎裂的基本类型 1 、电荷及游离基定域的概念 2 、σ 断裂，简单的键断裂 3 、α 断裂，游离基诱导键断裂 4、 i 断裂，电荷中心诱导键断裂 5、 α 断裂与 i 断裂的竞争 6、 环的开裂 7、 重排反应 (a) 游离基诱导的重排 (b) 电荷诱导的重排 8 、置换反应 (rd) 9 、消除反应 (re) 四、常见有机化合物的质谱特征 1、碳氢化合物 2、醇、酮、醛、酸、酯、醚 3、胺类 4、酰胺类 5、腈 五、由质谱图推测分子结构 基本方法、思路及实例练习 六、NIST谱图库简介 注：学员可自带原始数据采集文件，讲师可采用学员的文件作为案例进行分析 【课程特色】 讲师均为长期从事质谱分析研究的高职人员，具有丰富的理论知识和实践经验 内容以应用技术为主，并有基础知识讲解理论、实践与应用全面结合 独有的有机质谱应用技术水平测试题，可清楚的对比学习前后的技术水平 学员可带问题参加学习班，在学习班和专家即时讨论交流，解决实际问题 学员专享网上社区，学员可互动交流，免费下载资料，参加讲师的网上答疑活动。 培训结束后所有学员均送仪器信息网VIP积分2000分，用以下载资料或换取礼品。 　　信立方质谱培训中心致力于有机质谱培训，每年均开设气质联用、液质联用、谱图解析等不同类型和层次的质谱培训班。更多培训信息请参阅信立方质谱培训中心在仪器信息网的专栏http://training.instrument.com.cn 　　另：信立方质谱培训中心将于11月25日在北京召开的BCEIA展会上举办GC-MS、LC-MS、MALDI-TOF-MS采购讲座，邀请王光辉、盛龙生、苏焕华等资深专家讲解有机质谱采购中的必备知识及注意事项，有相关采购需求的用户可来电咨询报名办法。 信立方质谱培训中心： 电话：010-51299927-101 13269178446 传真：010-51413697 Email：training@instrument.com.cn 联系人：张老师

3月12-14日，广州国际分析测试及实验室设备展览会（简称2015 China Lab）在广州保利世贸博览馆隆重举行。加拿大欧罗拉生物科技有限公司(www.aurorabiomed.com.cn)的亚洲商务服务团队在集团董事长梁洞泉博士的带领下，首次亮相。 展位现场 为了配合大会分析测试的主题，本次展会欧罗拉主要展出了公司自主研发的元素分析测试系列产品，包括：原子吸收光谱仪TRACE 1800， 原子荧光光谱仪LUMINA 3400以及微波消解系统TRANSFORM 800。 产品介绍 此外，液体处理工作站也是欧罗拉另一系列自主研发产品。除了展示的VERSA1100高通量基因组液体工作站， VERSA10小型液体处理工作站更有幸被挑选参加大会举办的新品巡礼活动。VERSA 10液体处理工作站是一款具有高通量液体处理能力同时设计紧凑外形小巧的仪器。可提供灵活多样的实验方案操作需求，比如PCR反应体系的建立，核酸提取纯化，连续稀释，NGS文库建立，盘面重排和所有的重复移液操作等，在通量处理能力及成本承受力之间取得完美的平衡。 Aurora参加新品巡礼活动（左图：企业演讲；右图：新品展示） 关于欧罗拉生物科技 欧罗拉生物技术有限公司(Aurora Biomed Inc.)是生命科学、环境科学、药物研发/安全和化学分析研究等实验室自动化方案设计与研发的全球性领导者。我们提供的技术与服务可以在提高质量、准确度和精确度的同时提高样品处理量，我们致力于提高人类生活质量及环境的可持续性。 欧罗拉生物技术有限公司的产品包括：自动化液体处理工作站、原子吸收光谱仪、原子荧光光谱仪、离子通道筛选技术和微波消解系统，它们可以在众多的应用领域中提供高通量的样品处理。我们的总部设在加拿大，并在全球有多个销售、技术支持和售后服务点。

Solarbe(索比)光伏太阳能网讯：不管你是否相信，我们并不完全了解太阳能电池的工作原理，特别是有机薄膜太阳能电池。但最近加拿大、伦敦和塞浦路斯的科学家使用激光器，将一些光线引入来帮助制造更高效的太阳能电池板。 　　本周早些时候，来自蒙特利尔科学与技术设施委员会、英国伦敦帝国学院和塞浦路斯大学大学的科学家在《自然传播》上发表的一份新报告中解释他们的发现：&ldquo 我们的发现对机制理解所有的太阳能转换系统方面的分子细节的发电机制非常重要。&rdquo 第一作者，蒙特利尔大学Francoise Provencher称：&ldquo 我们几十年来致力理解有机光伏分子的工作原理图这一' 圣杯' ，终于取得重大进展。&rdquo 　　&ldquo 我们用飞秒激发拉曼光谱，&rdquo 来自科学和技术中央激光设施理事会的Tony Park说，&ldquo 飞秒激发拉曼光谱技术是一种先进的超快激光技术，它提供了在极快的化学反应里，化学键是如何变化的细节。分子与激光脉冲相互作用时，激光提供了分子的振动信息。&rdquo 　　Experimental setup used to map defect densities in organic thin films. A pulsed laser beam is used to raster-scan the material of interest, which is assembled in a field-effect geometry, allowing changes in current flow to be detected. The yellow zones indicate sites at which the defect density is particularly high. (Credit: Christian Westermeier) 　　表征薄膜电池表面活性层结构 　　由此获得的信息显示了太阳能电池中的分子演化过程。他们发现了两项重点：快速分子重排和极少量分子松弛和重组。重排或响应速度非常快 - 仅300飞秒(femtosecond)。研究人员表示，一飞秒相对于一秒的概念，就象是一秒相对于370万年。 　　&ldquo 在这些设备中，光吸收加速了电子和带正电荷物质的形成。最终要提供电力，这两个相互吸引的粒子就必须分开，电子必须离开。如果电子不能足够快地移开，则正电荷和负电荷就会简单地再结合，结果是什么变化也没有。太阳能设备的整体效率就在于正负电荷重新组合和分离的比例。&rdquo 斯塞浦路斯大学的Sophia Hayes解释说。 　　&ldquo 我们的研究结果为未来理解生产高效太阳能电池的系统的差别，或者理解那些系统应该有高发电效率却并没有表现出来的原因，提供了可能的路径。更多更深入的了解什么可行，什么不可行，对将来设计更好的太阳能电池将明显有益，&ldquo 蒙特利尔大学卡洛斯· 席尔瓦，也是这项研究的资深作者进一步表示。 　　慕尼黑Ludwig Maximilian大学Bert Nicket领导的科学家团队首次成功地用激光激发材料对有机薄膜太阳能电池的活性层进行了功能表征，&ldquo 我们已开发出一种方法用激光对材料进行光栅扫描，聚焦的光束通过旋转衰减器调制成不同的方式。这样我们就能够直接映射分布在有机薄膜上的缺陷空间分布，这是以前从未实现过的，&ldquo Christian Westermeier解释说。 　　太阳能电池通过光子激发分子产生自由电子和正电空穴，来将光能转换成电能。电荷载流子被电极捕获的时间和电池的活性层详细结构有关。原子规则排列中的缺陷会捕获载流子，也减少可用电流。新的映射方法使研究人员能够检测到与激光激发缺陷局部相关的电流变化。 　　该研究显示，在并五苯有机半导体中，这些缺陷往往集中在一定位置上。选择并五苯来实验，因为它是目前可用于有机半导体生产的导电最好的材料，理解这些表层热电的特别之处非常有意义。是什么在这些地方产生了缺陷?可能是由于化学污染，或是分子的排列不规则? 　　飞秒激发拉曼光谱这种新技术，为理解有机薄膜发电的深层机理提供了新的途径。

扫描隧道显微镜 (STM) 基于量子隧穿效应能够以亚埃的纵向精度和真实原子分辨率对样品表面成像。无论是金属还是半导体，甚至到衬底上沉积的有机分子材料，均可直接可视化测量。然而，STM 的时间分辨率仅限于亚毫秒范围，不利于材料超快动力学的研究。 为了克服上述障碍，日本筑波大学的研究人员开发了一种新型 STM 系统，它采用基于激光的泵浦探针方法将时间分辨率从皮秒提高到数十飞秒（ACS Photonics，doi：10.1021/acsphotonics.2c00995）。该系统可以将极短时间尺度内发生的物理现象可视化，例如相变期间原子的重排或电子的快速激发。中红外电场驱动的扫描隧道显微镜系统示意图光泵浦探针法一般经常被用于一些超快现象测试。泵浦激光脉冲首先激发样品，然后经过一段时间延迟后，探测激光脉冲撞击样品并测量其透射率或反射率。测量的时间分辨率仅受激光脉冲持续时间的限制。研究人员将这种方法与电场驱动的 STM 相结合，后者使用载波包络相位控制的光源产生近场，从而在 STM 尖端和样品之间施加瞬时电场，从而捕捉到非平衡状态下的超快动力学现象。团队强调，他们的新型STM显微镜可广泛应用于包括太阳能电池或纳米级电子设备在内的各种各样的材料研究。该研究的主要负责人Hidemi Shigekawa 表示，在凝聚态物质中，动力学通常不是空间均匀的，而是受到原子缺陷等局部结构的强烈影响，这些结构可以在很短的时间内发生变化。在实验中，他们将经过一个近红外 (NIR) 波长范围和 8.1 fs 脉冲宽度的啁啾脉冲放大器后的光束分离，其中一束光束被转换为中红外 (MIR)。 NIR 光束通过一个光学延迟级，并与 MIR 光束以同轴排列，用于泵浦探针测量。它们被聚焦在容纳样品的超高真空室中的 STM 尖端顶点上。为了验证系统性能，研究人员使用 NIR 脉冲光作为激发，MIR 光作为探针进行了时间分辨 STM 测量。碲化钼作为被观察的样品，这是一种过渡金属二硫化物，它具有重要的非平衡动力学。实验结果显示，MIR 电场驱动显微镜（具有高于 30 fs 的增强时间分辨率）在 0 到 1 ps 的时间范围内成功可视化了样品中的光诱导超快非平衡动力学。观察结果与载波动力学相关的能带结构的变化一致。STM 系统还解析了具有原子分辨率的快照图像，可以跟随激发的影响。正如团队主要成员Yusuke Arashida 在新闻稿提到的那样，“虽然我们新型STM的放大倍数不以为奇，但却是在时间分辨率上的一重大进步”。

美国马萨诸塞大学阿默斯特分校和佐治亚理工大学科学家在最新一期《自然》杂志在线版发表论文称，他们采用3D打印方法，制作出一种双相纳米结构高熵合金（HEA），其强度和延展性优于现有其他先进的3D打印材料，有望催生可用于航空航天、医学、能源和运输等领域的高性能部件。通过先进3D打印制造的高熵合金在多个尺度上具有层次结构，表现出更高强度和良好的延展性。图片来源：佐治亚理工学院官网过去15年，HEA越来越受欢迎。HEA是由5种或5种以上等量或大约等量的金属制成的合金，具有许多理想的性质，因此在材料科学及工程领域备受重视。3D打印技术目前已用于材料开发领域，基于激光的3D打印可以产生大的温度梯度和高冷却速率，而传统方法很难做到这一点。此次，研究人员将HEA与先进的3D打印技术——激光粉末床熔融结合，开发出具有前所未有性能的新材料。由于该工艺使材料熔化和凝固速度非常快，所得到材料的微观结构与传统方法制造出的材料大相径庭。新材料的微观结构看起来像一种网状结构，由名为面心立方（FCC）和体心立方（BCC）的纳米层状结构交替组成，这些层被嵌入微尺度共晶团中，分级纳米结构HEA使两相能够协同变形。研究人员表示，这种不寻常微观结构的原子重排使其拥有超高强度和更高的延展性，与传统金属铸件相比，新材料的强度提升了3倍，延展性不减反增。使HEA拥有更强韧性和更好延展性有助于研制出机械效率高且节能的轻质结构。研究团队还开发出了双相晶体塑性计算模型，以了解FCC和BCC纳米片层所起的作用，以及它们如何协同工作以增加材料的强度和延展性。结果显示，BCC纳米片层具有极坚固的特性，这对于实现合金卓越的强度—延展性协同作用至关重要。未来，科学家们有望利用3D打印技术和HEA研制出可广泛应用于生物医学、航空航天等领域的高性能部件。

2011年6月，多家仪器厂商及检测机构将举行多场讲座培训。仪器信息网对这些讲座加以整理，希望能对用户有所帮助。以下是各厂商的讲座具体内容(按时间顺序排列，同一时间段的讲座培训排名不分先后)： 　　5月31日-6月3日：2011年Brookfield流变测试和粉体流动特性测量技术培训会 　　Brookfield将在今年5月31日-6月3日在北京、上海、广州三地举办的RS流变分析和PFT粉体流动测试技术交流会，将针对各用户的QC和R&D部门，讲解流变分析测试原理，在实际样品检测的应用 帮助客户解决粉体在加工、运输、储存中发生的流动困难，指导客户如何设计粉体加工、储存设备。......【详细】 　　6月6日-6月10日：2011干细胞技术临床转化应用讲座与培训 　　“2011干细胞技术临床转化应用讲座”将邀请国内外干细胞领域的顶级科研和临床研究专家，分享干细胞技术进展，临床研究技术及临床标准探索，内容涉及干细胞培养/分化/重排/调控/临床研究实例等各项技术。同期，主办方还在同济大学医学院开展“胚胎干细胞技术培训班”。......【详细】 　　6月9日-6月10日：北京吉天公司原子荧光技术交流会(广州) 　　北京吉天仪器有限公司和广东省分析测试协会共同组织的于2011年6月8日在广州举办的“原子荧光分析技术应用讲座”。主办方邀请原子荧光原创发明人介绍原子荧光最先进的技术和应用方法以及仪器原理、条件选择、仪器调试、故障排除等内容，届时还会邀请吉天公司研发部老师介绍公司的流动注射分析仪、快速溶剂萃取仪、形态分析仪等填补国内空白的新仪器。......【详细】 　　6月13日-6月17日：核磁共振高级培训班 　　信立方质谱培训中心将于2011年6月13至17日在北京举办核磁共振高级培训班，旨在让学员系统掌握核磁共振的基础知识，了解核磁共振仪的原理、结构、性能，提高仪器的操作、分析技术水平，熟悉日常维护要求，为应用研究方法开发打下扎实的基础。......【详细】 　　6月14日-6月21日：赛默飞世尔司法科学鉴定技术专题报告会 　　赛默飞世尔科技公司特邀美国禁毒署高级司法鉴定科学家SANFORD A. ANGELOS先生 (简历附后) 来华做司法科学鉴定技术专题报告会，内容涉及：毒品分析概况和法规指南、红外和拉曼光谱在毒品分析中的应用、质谱在毒品分析中的应用等。......【详细】 　　6月15日-6月16日：HACH公司1720E、2100N浊度仪的低浊度准确性演示会/培训班 　　美国哈希(HACH)公司将于6月15日-16日在北京举办1720E、2100N浊度仪的低浊度准确性演示会/培训班，内容涉及：浊度理论 浊度校准的过程演示 验证HACH在线浊度仪在低浊度的准确性 在线浊度(1720E)和实验室浊度(2100N)的数据对比等。......【详细】 　　6月17日-6月19日：贝克曼库尔特毛细管电泳高级培训研讨会 　　贝克曼库尔特商贸(中国)有限公司将于2011年06月17-19日举办毛细管电泳高级培训研讨会，地点为北京大学化与分子工程学院，内容涉及：毛细管电泳技术原理及应用进展 如何增加毛细管电泳分析的重现性 仪器保养及使用注意事项 实际上机操作 软件操作培训等。......【详细】 　　6月19日—6月24日：北京吉天2011年第二期原子荧光培训班 　　北京吉天仪器有限公司将举办本年度第二期原子荧光及相关技术培训班，培训内容主要有：原子荧光仪器的基本原理和分析技术，包括分析样品前处理技术，届时还将邀请专家和仪器设计工程师，讲解仪器最佳的实验条件选择及配件更换技巧，以及常见问题的处理和排除等。......【详细】 　　 以上信息来自于仪器信息网”讲座培训”栏目，统计截止时间为5月27日18:00。

近日，中国科学技术大学教授梁海伟课题组与北京航空航天大学教授水江澜课题组等合作，发展了一种高温硫锚定合成方法学，实现了小尺寸金属间化合物（IMCs）燃料电池催化剂的普适性合成，成功构建出由46种Pt基二元和多元IMCs催化剂组成的材料库，并基于该材料库发现了IMCs电催化氧还原活性与其二维晶面应力之间的强关联性。该项研究成果发表在国际期刊《科学》上。　　金属间化合物又称原子有序合金，具有规整的表面或近表面原子有序排列结构和独特的电子特性，在众多化学反应中表现出优异的催化性能并因此受到广泛关注。特别是在质子交换膜燃料电池领域中，Pt基IMCs有望成为新一代低Pt阴极氧还原催化剂并大幅降低燃料电池核心部件膜电极的成本。虽然在热力学上，IMCs结构相对于传统的无序固溶体合金结构是稳定相，但IMCs的合成往往需要高温热处理来克服固相中原子有序化重排的动力学能垒（图2A）。然而，高温热处理不可避免会造成金属颗粒的严重烧结和活性金属表面积的降低（图2B），并最终导致Pt利用率的下降和燃料电池成本的大幅提升。因此，发展小尺寸Pt基IMCs催化剂的合成方法是大幅降低燃料电池成本的关键所在。　　在该项工作中，研究人员基于梁海伟课题组近期在金属—碳载体强相互作用领域取得的系列成果，使用硫掺杂碳（S-C）为载体，发展了一种高温硫锚定合成策略（图2C），构建出由46种小尺寸Pt基IMCs催化剂组成的材料库，包括20种二元（囊括了所有3d过渡金属元素和数种p区元素）以及26种多元IMCs（图3）。系列谱学表征证实Pt和碳载体中掺杂的硫原子之间存在强键合作用，该作用极大程度上抑制了合金颗粒在高温下的烧结，从而能够在高温下形成平均尺寸小于5纳米的IMCs催化剂。X射线衍射和球差电镜表征证明了IMC物相的成功合成、小尺寸性、高度有序性以及规整的原子有序排列结构（图4）。　　基于构建的庞大、完备的材料库，研究人员发现IMCs电催化氧还原本征活性与其二维晶面应力存在强关联性：在很宽的压缩应变范围内，其氧还原活性随着压缩应变的增加呈现单调上升趋势（图5A、B）。该现象不同于现有经典理论预测的火山关系趋势。研究人员猜测，由于存在压缩应变弛豫现象，最外层原子的真实压缩应变会显著小于测量值，从而无法表现出存在峰值的火山曲线关系。基于此，研究人员进一步预测：若能进一步通过减小IMCs的晶格常数增大压缩应变，将有望将催化活性推向峰值。　　研究所制备的部分IMCs催化剂表现出优异的电催化氧还原性能。特别是氢氧燃料电池测试表明，PtNi IMC催化剂展现出记录性催化活性（0.9V电压下，质量活性高达1.84 A/mgPt）（图5C）。在氢空燃料电池测试中，尽管Pt用量比商业Pt/C催化剂低10倍以上，PtCo IMCs催化剂表现出与Pt/C催化剂相当的电池性能（图5D）。具有超低Pt负载的PtCo IMC阴极在高化学计量比气流下达到了1.08 W/cm2的峰值功率密度，展现出优异的应用前景。未来通过对碳载体的多孔结构和表面化学性质进行优化改性，有望降低局部氧传输阻抗来进一步提高氢空燃料电池性能。　　本项工作的合作者还包括中科院高能物理研究所副研究员储胜启、中国科大同步辐射国家实验室教授朱俊发、电子科技大学教授崔春华以及中国科大微尺度理化中心博士林岳。该项工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项基金、北京市自然科学基金重点研究专题以及中科院青促会的资助。　　论文链接

中国科学技术大学国家同步辐射实验室教授宋礼团队基于插层型锌离子电池正极材料的同步辐射谱学表征，提出了插层剂诱导Vt2g轨道占据的概念，开发了具有快速充电性能的铵根插层五氧化二钒锌离子电池正极材料。相关研究成果以Intercalant-induced Vt2gorbital occupation in vanadium oxide cathode toward fast-charging aqueous zinc-ion batteries为题，发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。　　水系锌离子电池（ZIBs）凭借安全、无毒以及较高的理论容量而成为最具潜力的可持续储能技术之一。在众多ZIBs电极材料中，层状钒氧化物具有晶体结构可调、容量高等特点，是现阶段广泛研究的正极材料。基于离子或分子预插层策略可以有效解决正极材料的晶格空间不足和电子传导性低等问题，从而进一步提升电池性能。然而，目前对插层型正极材料的研究聚焦于层间空间膨胀对容量的贡献。因此，发展先进的原位表征技术，从原子轨道方面深入理解由插层剂引起的电极材料内在结构变化是未来高性能正极材料设计和开发的关键。　　本工作发挥同步辐射光源的综合性实验平台的优势，结合多种原位与非原位同步辐射谱学实验技术，揭示了铵根离子（NH4+）插层后，V2O5中V 3dt2g轨道占据的变化以及充放电过程中的可逆演变规律。研究发现，NH4+插层在较大程度上诱发了V-O键的结构畸变，进一步导致电子结构的重排，促使Vt2g轨道中3dxy空态的占据。这种Vt2g轨道占据提高了材料的电导率，联合NH4+插层后拓宽的层间距，从而显著加速了锌离子（Zn2+）的转移，实现了锌离子电池的超高倍率性能。测试结果表明，在电流密度为200 C时，铵根插层五氧化二钒（NH4+-V2O5）正极材料的比容量仍维持在101.0 mA h g-1，且充电时间仅需18 s。该工作从原子轨道方面对插层型V2O5材料中Zn2+储能机制的理解提供了依据，并为高性能锌离子电池在快充储能器件中的应用奠定了基础。　　研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院青年创新促进会、中科院国际伙伴计划与合肥综合性国家科学中心能源研究院等的支持。应用于高性能ZIBs正极材料NH4+-V2O5的Vt2g轨道占据机制。 应用于高性能ZIBs正极材料的NH4+-V2O5储能机理分析。

大家好，本周为大家介绍一篇发表在J. Am. Chem. Soc.上的文章，Transient Structural Dynamics of Glycogen Phosphorylase from Nonequilibrium Hydrogen/Deuterium-Exchange Mass Spectrometry，文章作者是英国埃克塞特大学的Jonathan J. Phillips。　　变构调节指在蛋白质的正构位点上的变化通过蛋白质内部传递，最终影响到变构位点的结构，从而调整白质功能。理解蛋白质功能转换背后的特定结构动态变化对于分子生物学和药物发现领域至关重要。尽管变构现象自从提出以来已有广泛的研究，但是关于信号如何在蛋白质内部长距离传递的具体机制仍然不甚清楚。很大程度上是由于缺乏能够在时间和空间上高分辨率测量这些信号的生物物理方法。糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase，GlyP)是研究变构调节常用的标准蛋白，GlyP与II型糖尿病和转移性癌症的治疗密切相关。GlyP作为一种典型的变构酶，其活性受磷酸化修饰、多种天然配体和药物的调控。本文旨在通过开发和应用非平衡毫秒级氢/氘交换质谱(neHDX-MS)技术，来精确定位GlyP在变构激活和抑制期间的动态结构变化。这项技术能够提供蛋白质在毫秒时间尺度上的局部结构动态信息，有助于揭示变构调节过程中的瞬态结构特征，从而为理解蛋白质的动态行为和设计变构调节剂提供重要的结构信息。　　作者首先确定了能够完全激活或抑制GlyP的条件。25 mM 的AMP能实现GlyPb的最大激活(图1A)。32 mM咖啡因足以完全抑制GlyPa(图1B)。并且观察到50ms内AMP和咖啡因能够达到最佳激活/抑制状态(图1C和1D)。　　图1.糖原磷酸化酶b的变构激活和糖原磷酸化酶a的抑制。　　随后作者通过neHDX-MS捕捉由AMP引起的GlyPb变构激活过程中的局部结构扰动。通过激活过渡态与未激活和激活状态之间的HDX差异，作者将这些肽段分成了七个类群。其中重点值得关注的类群是c、d(其他类群对应区域及趋势不在此详细介绍)，因为他们的HDX行为与未激活和激活时的稳定态都有明显差异，这些局部区域的结构变化是过渡态的独特体现(图2A)。其中，c类群主要涵盖了tower helix区(图2B)，说明该区域在从未激活到激活状态的过渡态中，表现出相较于前后二者皆较高的动态性。d类群涵盖活性位点，说明活性稳点结构在因结合发生了结构稳定化现象。为了从原子水平理解这些瞬态结构变化，研究人员使用了一种基于Energy Calculation and Dynamics(ENCAD)的方法，Climber，来模拟从非活性状态到活性状态转变过程中的过渡态内部作用变化。结果显示，tower helix在激活过程中经历了氢键先断裂后形成的变化，这与观察到的HDX增加相一致(图4A)。　　图2.GlyPB中表现不同结构动力学行为的类群。　　图3.局部区域HDX动力学。　　图4.GlyP在活性和非活性状态之间的结构插值。　　随后作者探讨了咖啡因如何通过变构抑制影响GlyPa的结构动态。同样作者也比较了抑制过渡态与未抑制和抑制状态之间的HDX差异，分成了七个类群。在这几组类群中，仅有m表现出较未抑制和抑制状态都较明显的氘代上升趋势(图2C、图3C&D)。m区域涵盖了tower helix区(图2D)，说明该区域在未抑制状态到完全抑制状态的过渡阶段内，发生了局部去结构化现象。此外，在280s loop和250′ loop区域也表现出类似的瞬时去稳定化现象。结合AMP激活实验中的现象表明，尽管咖啡因和AMP作用于GlyP的不同位点，但它们都可能通过类似的变构路径(即tower helix的去稳定化)来引起GlyP的变构调节，从而实现对该蛋白功能的调控。同样在Climber分析中，可以观察到对应区域发生了氢键重排，与neHDX-MS结果呼应(图4B)。　　本文讨论了GlyP的变构调节中间态涉及的局部结构动态变化，并通过毫秒级neHDX-MS揭示了这些变化。结果表明激活和抑制过渡态都涉及到tower helix的氢键断裂和局部结构重排，这是两个途径的共同特点。本研究的亮点在于开发了一种新的neHDX-MS方法，能够在毫秒时间尺度上观察蛋白质的变构结构动态。这种方法不仅对理解GlyP的变构机制具有重要意义，而且可以广泛应用于不同蛋白质的变构研究，为理解蛋白质的变构调节提供了新的视角和工具。　　撰稿：罗宇翔　　编辑：李惠琳　　文章引用：Transient Structural Dynamics of Glycogen Phosphorylase from Nonequilibrium Hydrogen/Deuterium-Exchange Mass Spectrometry　　参考文献　　Kish, M. Ivory, D. P. Phillips, J. J., Transient Structural Dynamics of Glycogen Phosphorylase from Nonequilibrium Hydrogen/Deuterium-Exchange Mass Spectrometry. J. Am. Chem. Soc. 2023, 146 (1), 298-307.

非晶合金（又称金属玻璃）因具有一系列优异性能，在空天、国防、能源等领域显示出广阔应用前景。然而，非晶合金极易形成纳米尺度变形局部化剪切带，而剪切带快速扩展诱致的宏观脆性严重地限制了其走向广泛的工程应用。因此，非晶合金剪切带问题成为力学、物理与材料等相关领域共同关注的重要课题。本征上，非晶合金剪切带涌现是一类远离热力学平衡下时空多尺度耦合的非线性过程。空间上，固有的结构不均匀性会引起强烈的变形及动力学行为的梯度效应。时间上，涵盖原子振动、原子团簇协同重排、塑性流动等多个速率过程。这些事件均具有各自的特征时间和空间尺度，他们的关联耦合控制剪切带涌现，使变形高度集中在宽度或厚度为数十纳米的带状区域，并以近声速的模式快速扩展。与原子周期有序排列的晶态合金不同，原子长程拓扑无序堆垛的非晶合金变形内蕴三种高度耦合纠缠的原子尺度运动：剪切、体胀和旋转。这三种局域原子运动的强纠缠是非晶合金剪切带涌现精细物理图像尚未探明的关键瓶颈。近期，中科院力学所戴兰宏研究团队在该问题研究上取得新进展。基于连续介质力学理论框架，研究人员首先提出了一个同时考虑仿射和非仿射变形信息的两项梯度模型（Two-term gradient model, TTG模型），可以完整地描述无序固体介质的局部变形场，突破了目前广泛使用的单纯仿射或非仿射模型的局限。研究人员进一步完成了对剪切、体胀、旋转这三个高度纠缠的局域运动的解耦，并在原子尺度上定义了全新的局部剪切、体胀、旋转运动事件的定量描述符。为了表征这三类原子团簇运动，提出了剪切主导区（shear dominated zone, SDZ）、体胀主导区（dilatation dominated zone, DDZ）及旋转主导区（rotation dominated zone，RDZ）的概念和定量表征方法，克服了目前流行的剪切转变区（shear transformation zone, STZ）不能表征原子团簇旋转运动和定量描述体胀运动的不足。在此基础上，研究人员利用大规模分子动力学模拟，对非晶合金从均匀变形到局部化剪切带涌现全过程进行精细表征。通过追踪SDZ、DDZ及RDZ原子团簇运动演化时空序列，发现初始宏观均匀变形阶段剪切、体胀及旋转团簇运动事件呈现出类似“军队行动”式的步调协同一致行为，具体表现为SDZ、DDZ及RDZ在空间离散的“类液”软区随机同步激活。基于统计学的极值理论分析，研究人员发现在这个阶段，体胀局域运动事件较剪切和旋转事件的空间分布展现出更明显的非高斯长拖尾特征，表明体胀局域化流动（DDZ）起先导的主控作用。原子团簇通过体胀运动（DDZ）完成局部软化过程，随着变形加剧，这种体胀局域软化进一步激活其邻近硬区的旋转运动，进而逐渐打破了SDZ、DDZ和RDZ三者间同步激活，转变为SDZ、DDZ及RDZ的非均匀间隔分布。增强的RDZ运动又进一步加剧了SDZ和DDZ局域运动，进而诱发硬区团簇的软化。当软化程度达到临界时，硬区壁垒被打破，激活的SDZ、DDZ及RDZ相互贯穿形成剪切带。研究人员进一步基于逾渗理论，对SDZ、DDZ及RDZ原子团簇运动事件从初期均匀变形阶段的随机离散激活到变形局部化剪切带涌现时的群体贯穿演变全过程进行定量分析，发现剪切带涌现属于定向逾渗（directed percolation），并且呈现出临界幂律标度行为。本项工作提出的两项梯度（TTG）模型及三种原子团簇运动单元（SDZ、DDZ及RDZ）新概念为无序固体介质变形定量描述提供了基本工具，所揭示的剪切带涌现过程原子尺度精细图像及临界行为为深入认知非晶合金剪切带提供了新的线索。该研究成果近期以“Hidden spatiotemporal sequence in transition to shear band in amorphous solids”为题发表在Physical Review Research 4, 23220 (2022)，第一作者为博士生杨增宇。该项研究工作得到了国家自然科学基金重大项目“无序合金的塑性流动与强韧化机理” 、基础科学中心项目“非线性力学的多尺度问题”、中科院B类战略性先导科技专项项目“复杂介质系统前沿与交叉力学”等资助。论文链接：doi:10.1103/PhysRevResearch.4.023220图1 非晶合金剪切带中的旋转（涡旋）、剪切和体胀运动事件图2 剪切-体胀事件与旋转事件的关联“破缺”，空间分布从同步激活转变为交替间隔分布图3 剪切带涌现前出现原子旋转团簇运动（RDZ）显著增强（图中白色气泡代表RDZ，也即原子运动的涡旋结构）图4 非晶合金剪切带涌现原子尺度演变过程示意图

硫化物是月岩和月壤的重要副矿物，蕴含丰富的结构、化学和同位素信息，是研究月球岩浆活动和陨石撞击的重要材料。作为重要的硫化物，镍黄铁矿（(Fe,Ni)9S8）常与陨硫铁共生。已有研究发现，在Apollo 14号角砾岩中，镍黄铁矿穿插于陨硫铁内部形成陨硫铁—镍黄铁矿集合体；在Apollo17号角砾岩中，镍黄铁矿仅赋存于陨硫铁表面；而对Luna 24号月球玄武岩研究则发现，镍黄铁矿以包裹体形式赋存于陨硫铁内部。基于这些早期研究，研究者提出了三种镍黄铁矿的可能成因：1）S与FeNi金属、钛铁矿发生化学反应形成；2）Ni与陨硫铁反应形成；3）岩石冷却过程中从富Ni的陨硫铁中出溶形成。然而，由于缺乏矿物显微学和晶体学信息，以上认识无法准确厘定镍黄铁矿的成因机制。因此，从微纳尺度到原子水平开展镍黄铁矿及其母体的精细结构研究，是认识不同类型月岩中镍黄铁矿的分布及其成因的关键，进而有助于制约月球硫化物及其母岩的演化历史。中国科学院地质与地球物理研究所电子显微镜实验室唐旭工程师、李金华研究员与合作者综合利用聚焦离子束-扫描电镜-透射电镜技术（FIB-SEM-TEM），对嫦娥五号返回月壤样品（CE-5）的玄武岩和角砾岩颗粒中的硫化物开展精细结构研究，获得以下新认识：（1）CE-5月壤玄武岩岩屑中镍黄铁矿以包裹体形式赋存于陨硫铁内部（陨硫铁成分（wt.%）：～61.8-62.4% Fe，～35.4-37.1% S，0.02-0.06% Ni），组成了陨硫铁—镍黄铁矿集合体。而在所分析的月壤角砾岩中，镍黄铁矿多以片状晶和静脉包裹体的形式赋存于陨硫铁的内部和边部（陨硫铁成分（wt.%）：～59.6-61.7% Fe，～34.7-35.4% S，0.51-2.78% Ni），还在镍黄铁矿内部发现了赋存的Fe-Ni金属，三者组成了陨硫铁-镍黄铁矿-FeNi金属集合体（图1）。图1 （a-f）玄武岩岩屑的背散射图像和硫化物的成分叠加图；（g-l）角砾岩岩屑的背散射图像和硫化物的成分叠加图（2）透射电镜晶体学分析表明，玄武岩中的镍黄铁矿和寄主矿物陨硫铁具有共格的生长关系，二者的晶体取向关系为[0001]Tro // [-111]Pn，(03-30)Tro // (04-4)Pn，(30-30)Tro // (440)Pn，(3-300)Tro // (404)Pn，d(03-30)Tro≈d(04-4)Pn，d(30-30)Tro≈d(440)Pn，d(3-300)Tro≈d(404)Pn（图2d-f）。在角砾岩中，镍黄铁矿和寄主陨硫铁具有[-12-10]Tro // [-112]Pn，(0002)Tro // (1-11)Pn，(30-30)Tro // (440)Pn，d(0002)Tro≈d(1-11)Pn，d(30-30)Tro≈d(440)Pn的晶体学拓扑关系（图2j-图2l），同样表明镍黄铁矿与陨硫铁具有共格生长关系。此外，透射电镜分析还证实包裹体Fe-Ni金属（镍纹石）取向于镍黄铁矿生长，二者的晶体取向关系为[01-1]Ta // [-112]Pn, (200)Ta // (440)Pn（图2m-图2o）。这些晶体学特征指示，镍黄铁矿从寄主陨硫铁中出溶形成，镍纹石从寄主镍黄铁矿中出溶形成。图2 （a-f）月球玄武岩中镍黄铁矿和陨硫铁的透射电镜成分和结构分析。（g-o）角砾岩中镍黄铁矿、镍纹石和陨硫铁的透射电镜分析（3）基于原子迁移模型，他们进一步从物理机制上阐释了矿物陨硫铁→镍黄铁矿和镍黄铁矿→镍纹石出溶转变的可行性（图3）。陨硫铁为六方结构，[10-10]方向呈ABAB…堆垛顺序，Ni原子通过扩散和原子重排，并取代部分Fe原子，形成ABCABC…堆垛顺序，即面心立方镍黄铁矿结构。对于镍黄铁矿→镍纹石转变，以[001]方向镍黄铁矿的L1和L2层原子示例，L1层的S原子和空位以及L2层的空位被Fe/Ni原子取代，并沿{00n}生长，最终形成镍纹石结构。图3 陨硫铁（Tro）→镍黄铁矿（Pn）和镍黄铁矿（Pn）→镍纹石（Ta）出溶转变的原子迁移模型综上，该研究揭示月球玄武岩和角砾岩中的镍黄铁矿均是从陨硫铁中出溶形成，既不是迁移的S与FeNi金属等反应，也不是迁移的Ni和陨硫铁反应形成。结合角砾岩中陨硫铁的Ni含量及其赋存的FeNi金属包裹体，该研究推测角砾岩中镍黄铁矿的形成可能与外来的陨石撞击有关联（图4）。这些发现为探索月球硫化物的起源和地质演化提供了新的限定，也为其他地外样品（如小行星、彗星等）的矿物演化研究提供了新方法。图4 玄武岩(a-c)和角砾岩(d-g)中镍黄铁矿和镍纹石的形成模式　　研究成果发表于国际学术期刊Lithos（唐旭，田恒次，孙世铎，谷立新，李秋立，李献华，李金华*. Origin and implication of pentlandite in Chang’e-5 lunar soils [J]. Lithos, 2023, 458-459: 107342. DOI：10.1016/j.lithos.2023.107342）。该成果受国家自然科学基金项目（42225402和41890843）、所重点部署项目(IGGCAS-202101)和所实验技术创新基金项目（TEC202304）的资助。

有机质谱谱图解析培训班 课程基本信息 培训机构： 信立方质谱培训中心 适用对象： 使用有机质谱联用仪进行常规检测、科研或研发的技术人员。 课程详细信息 费用:3800 开班地点:北京市 开班时间:2015-05-26 培训天数: 共4天 详细地址 外国专家公寓（华严北里8号院外国专家大厦） 授课专家 王光辉 中国科学院化学研究所质谱中心研究员，中国最早从事质谱研究的专家之一，参与了国内多项质谱仪器的研发工作，有丰富的理论知识、实践经验和培训教学经验。著有《有机质谱解析》等专著。 苏焕华 北京石油化工科学研究院高级工程师,70年代初开始有机质谱应用研究，参与了国内质谱仪器的研发工作，组织过多种质谱应用技术培训，有丰富的教学经验。著有《色谱-质谱联用技术及应用》等专著。 课程内容 一、谱图解析基础知识 1、原子中电子的排布 2、奇电子离子与偶电子离子 3、氮规则 4、环加双键值 5、同位素峰 6、单分子反应 二、离子的丰度 1、质荷比与离子丰度包含的结构信息 2、影响碎片离子丰度的基本因素 三、离子碎裂的基本机理 1、断裂 2、环的开裂 3、重排反应 4、置换反应 5、消除反应 四、常见有机化合物的质谱图特征 1、碳氢化合物 2、醇、酮、醛、酸、酯、醚 3、胺类 4、酰胺类 5、腈 五、由质谱图推测分子结构 1、基本方法及思路 2、实例练习 六、NIST谱图库检索实用技术 1、NIST谱图库简介 2、NIST谱图库主要功能 3、NIST谱图库检索实例 注：学员可自带原始数据采集文件，讲师可采用学员的文件作为案例进行分析） 课程特色 讲师均为长期从事质谱分析研究的高职人员，具有丰富的理论知识和实践经验； 有机质谱谱图解析的基础知识、基本规律和精选实例相结合，深入浅出，通俗易懂； 独有的有机质谱谱图解析水平测试题，可清楚的对比学习前后的技术水平； 学员可带问题参加学习班，在学习班和专家即时讨论交流，解决实际问题； 会务信息 汇款方式： 银行转帐： 户　名：北京信立方科技发展股份有限公司 开户行：兴业银行积水潭支行 帐　号：321 2601 001 0000 1500 优惠措施： 1、组团报名2-5人，报名费用每人减少100元； 2、5人以上组团报名优惠请联系客服， 电话：010-51654077-8123；15801550477。 联系方式 联系人： 安先生 Email： job@instrument.com.cn 联系电话： 010-51654077-8123 传真：010-82051730

有机质谱分析基于不同质荷比(m/z)的带电离子在电场或磁场中的不同运动行为进行定性或定量分析，具有灵敏度高、样品用量少、分析速度快、同时进行多组份分析等优点。近年来在我国发展很快，广泛应用于食品安全、环境保护、化学化工、制药、生命科学、材料科学等各个领域，成为日常工作中非常重要的定性定量分析方法。质谱的定性分析基于对质谱谱图的解析而实现，但由于有机化合物种类繁多，繁杂的裂解规律不易记忆，又缺乏解析的思路和方法，很多质谱分析人员在拿到谱图后常感觉到无从下手。 为适应广大分析技术工作者的需求，信立方培训中心将于2015年8月18日-21日在北京举办第十二期有机质谱谱图解析专题培训班，欢迎有志提高有机质谱谱图解析水平的分析人员来参加。 培训时间：2015年8月18-21日 培训地点：外国专家大厦（华严北里8号院外国专家大厦（北四环） 适用对象： 各企事业单位、科研院所从事食品卫生、检验检测、石油化工有环境监测及等行业负责分析测试的技术人员，以及各大专院校相关专业在校研究生及分析中心等技术人员。 学习目标： 系统掌握有机质谱谱图解析的基本方法，了解有机化合物的裂解反应类型和基本裂解规律，结合实例讲解谱图解析的基本思路和方法，为有机质谱的定性分析打下坚实基础。 课程特色： p 讲师均为长期从事质谱分析研究的高职人员，具有丰富的理论知识和实践经验； p 有机质谱谱图解析的基础知识、基本规律和精选实例相结合，深入浅出，通俗易懂； p 独有的有机质谱谱图解析水平测试题，可清楚的对比学习前后的技术水平； p 学员可带问题参加学习班，在学习班和专家即时讨论交流，解决实际问题； 授课专家： 　　1、王光辉 中国科学院化学研究所质谱中心研究员，中国最早从事质谱研究的专家之一，参与了国内多项质谱仪器的研发工作，有丰富的理论知识、实践经验和培训教学经验。代表著作：《有机质谱解析》； 　　2、苏焕华 北京石油化工科学研究院高级工程师,70年代初开始有机质谱应用研究，参与了国内质谱仪器的研发工作，组织过多种质谱应用技术培训，有丰富的教学经验。代表著作：《色谱-质谱联用技术及应用》； 3、授课专家不宜公开； 授课大纲： 　一、谱图解析基础知识 　 1、原子中电子的排布 　　2、奇电子离子与偶电子离子 　　3、氮规则 　　4、环加双键值 　　5、同位素峰 　　6、单分子反应 二、离子的丰度 　 1、质荷比与离子丰度包含的结构信息 2、影响碎片离子丰度的基本因素 三、离子碎裂的基本机理 　1、断裂 　2、环的开裂 　3、重排反应 　4、置换反应 　　5、消除反应 四、常见有机化合物的裂解及质谱图特征 　　1、碳氢化合物 　　2、醇、酮、醛、酸、酯、醚 　　3、胺类、酰胺类 　　4、卤代物、硝基化合物 5、腈 五、由质谱图推测分子结构 　　1、基本方法及思路 2、实例练习 六、NIST谱图库检索实用技术 　　1、NIST谱图库简介 　　2、NIST谱图库主要功能 3、NIST谱图库检索实例 培训费用 每人3800元，2人以上组团报名可每人优惠100元（含报名费、培训费、资料费、培训期间每日午餐费用）。 颁发证书 参加相关培训并通过考试的学员，可以获得： 由信立方培训中心颁发并有授课老师签字的结业证书。该证书可作为有关单位专业技术人员能力评价、考核和任职的重要依据。 报名咨询 联系人：李茹 电话：010-51654077-8119/15910410867 邮箱：liru@instrument.com.cn

信立方质谱培训中心致力于质谱应用技术培训工作。为满足当前从事质谱应用技术人员的迫切需求，培训中心与仪器行业最大的门户网站仪器信息网合作，在考察全国各类质谱应用技术培训现状的基础上，借鉴、发扬培训成效显著的质谱应用技术培训班的成功经验，旨在提高相关从业人员应用技术水平，使质谱技术更好地服务于科研、生产及质控，监测等领域。自2009年，迄今已开设二十余期不同类型和层次的质谱培训班，受到广大学员的欢迎和好评。2013年培训中心将继续举办此系列质谱培训班，并不断增加和更新培训内容，详情请查看信立方质谱培训中心。报名地址：http://www.instrument.com.cn/training/training_info.asp?TRI_No=101009 有机质谱分析基于不同质量数的带电离子在电场或磁场中的不同运动行为的原理进行定性或定量分析，具有灵敏度高、样品用量少、分析速度快、可同时进行多组分分析等优点，近年来在我国发展很快，广泛应用于食品安全、环境保护、化学化工、制药、生命科学、材料科学等各个领域，成为一种非常重要的定性定量分析方法。质谱的定性分析是基于对质谱谱图的解析实现的，但由于有机化合物种类繁多，繁杂的裂解规律不容易记忆，又缺乏解析的思路和方法，很多质谱分析人员在拿到谱图后常感觉到无从下手。为适应广大分析技术工作者的需求，我们将与仪器信息网合作于2013年12月3日-6日在北京举办有机质谱谱图解析专题培训班，欢迎有志提高有机质谱谱图解析水平的分析人员来参加。 专家团队 　　&diams 王光辉 中国科学院化学研究所质谱中心研究员，中国最早从事质谱研究的专家之一，参与了国内多项质谱仪器的研发工作，有丰富的理论知识、实践经验和培训教学经验。代表著作：《有机质谱解析》 　　&diams 苏焕华 北京石油化工科学研究院高级工程师,70年代初开始有机质谱应用研究，参与了国内质谱仪器的研发工作，组织过多种质谱应用技术培训，有丰富的教学经验。代表著作：《色谱-质谱联用技术及应用》 课程大纲 一、谱图解析基础知识 二、离子的丰度 1、原子中电子的排布 2、奇电子离子与偶电子离子 3、氮规则 4、环加双键值 5、同位素峰 6、单分子反应 1、质荷比与离子丰度包含的结构信息 2、影响碎片离子丰度的基本因素 三、离子碎裂的基本机理 四、常见有机化合物的质谱图特征 1、断裂 2、环的开裂 3、重排反应 4、置换反应 5、消除反应 1、碳氢化合物 2、醇、酮、醛、酸、酯、醚 3、胺类 4、酰胺类 5、腈 五、由质谱图推测分子结构 六、NIST谱图库检索实用技术 1、基本方法及思路 2、实例练习 1、NIST谱图库简介 2、NIST谱图库主要功能 3、NIST谱图库检索实例 咨询及报名联系方法 　　电话：010-51654077-8113 13810253507 传真：010-82051730 　　Email：training@instrument.com.cn

贾伟、陈熙 沃特世科技（上海）有限公司实验中心 氢氘交换质谱法是一种研究蛋白质空间构象的质谱技术。它在蛋白质结构及动态变化研究、蛋白质相互作用位点发现、蛋白表位及活性位点鉴定方面有着广泛的应用。随着氢氘交换质谱技术的不断发展，它正在成为结构生物学家及生物药物研发的重要手段。 氢氘交换质谱（HDX MS，hydrogen deuterium exchange mass spectrometry）是一种研究蛋白质空间构象的质谱技术。其原理是将蛋白浸入重水溶液中，蛋白的氢原子将于重水的氘原子发生交换，而且蛋白质表面与重水密切接触的氢比位于蛋白质内部的或参与氢键形成的氢的交换速率快，进而通过质谱检测确定蛋白质不同序列片段的氢氘交换速率，从而得出蛋白质空间结构信息[1]。这个过程就像将握着的拳头浸入水中，然后提出水面并张开手掌。这时，湿润的手背表明它在&ldquo 拳头&rdquo 的结构中处于外表面，而较为干燥的手心表明它是&ldquo 拳头&rdquo 的内部。除样品制备外，氢氘交换质谱法的主要过程包括：交换反应、终止反应、将蛋白快速酶切为多肽、液相分离、质谱检测、数据解析。其中交换步骤需要在多个反应时长下进行，如0s、10s、1min、10min、60min等，以绘制交换率曲线，得到准确全面的信息。氢氘交换质谱技术在蛋白质结构及其动态变化研究[1]、蛋白质相互作用位点发现[2]、蛋白表位及活性位点鉴定方面有着广泛的应用[3]。 与经典的蛋白质结构研究方法相比，如X射线晶体衍射（X-Ray Crystallography）和核磁共振（NMR. Nuclear Magnetic Resonance）等方法，氢氘交换质谱不能够提供精确的蛋白空间结构，它直接提供的主要信息包括哪些氨基酸序列位于蛋白质空间结构的表面位置（包括动态变化中的）、可能的活性位点和蛋白-蛋白相互作用位点等。但是氢氘交换质谱技术有着其他经典方法不具备的优点：首先，可以进行蛋白质结构动态变化的研究是氢氘交换质谱的一个突出优点，包括变化中的活性位点及表位；其次，氢氘交换质谱在蛋白复合体构象的研究中也具有独到的优势；此外，氢氘交换质谱还具有对样品需求量小、纯度要求相对较低、研究对象为溶液环境下的蛋白质的天然构象而非晶体中构象等优势[1,4,5]。自1991年第一篇研究论文发表起，氢氘交换质谱技术不断发展，已经成为结构生物学及质谱技术中一个非常重要的应用领域[6]。但是氢氘交换质谱实验的复杂的实现过程在一定程度上影响了其应用的广泛度。主要的难点有：1、如何避免交换后氘代肽段的回交现象；2、实验控制的高精确性和重现性要求；3、交换后造成的叠加的质谱峰如何准确分辨；4、简易高效的分析软件需求；5、以氨基酸为单位的交换位点辨析。沃特世公司自2005年起，针对以上难点不断进行攻关，推出了目前唯一商业化的全自动氢氘交换质谱系统解决方案&mdash &mdash nanoACQUITY UPLC® HD-Exchange System(图1)。在全世界范围内，这套系统已经帮助科学家在包括Cell、Nature等顶级研究期刊中发表研究论文[7,8]。除科研需求外，沃特世氢氘交换质谱系统也受到众多国际领先制药公司的认可，并用于新药开发中蛋白药物活性位点及表位的研究工作中。 氢氘交换实验中的回交现象将严重影响实验数据的可信度，甚至导致错误结果的产生。要避免回交需要做到两点：尽量缩短液质分析时间和保证液质分析中的温度和pH为最低回交反应系数所要求的环境。沃特世UPLC® 系统采用亚二纳米色谱颗粒填料，较HPLC使用的大颗粒填料，UPLC具有无与伦比的分离度。因此UPLC可以做到在不损失色谱分离效果的要求下，极大缩短液相分析时间的要求[9]。对于对温度和pH控制问题，在多年的工程学改进中，nanoACQUITY UPLC HD-Exchange System已经实现了对酶切、液相分离等步骤的全程控制[10]。 对氢氘交换质谱实验精确性和重现性的要求是其应用的第二个主要难点。在实验中一般需要采集0s、10s、1min、10min、60min、240min等多个时间点的数据。如果进行人工手动实验，很难做到对10S-10min等几个时间点的精确操作。再考虑到重复实验的需求，人工手动操作会对最终数据可信度产生影响。而且实验过程重复繁琐，将给实验人员带来非常大的工作压力。nanoACQUITY UPLC HD-Exchange System完全通过智能机械臂，精确完成交换、终止交换、进样、酶切等一系列实验过程，而且始终保证各个步骤所需不同的温度环境。这些自动化过程不但保证了实验数据的可靠性，提高了实验效率，也将科学家从繁琐的重复实验中解放出来。 氢氘交换实验的质谱数据中，随着交换时间的延长，发生了交换反应的多肽，由于质量变大，其质谱信号将逐渐向高质荷比方向移动。因此，这些质谱峰可能与哪些未发生交换反应的多肽质谱峰逐渐叠加、相互覆盖。相互叠加的质谱信号，不但影响对峰归属的判断，更会增加交换率数据的误差。因为交换率判断需要通过对发生交换的多肽进行定量，毫无疑问因叠加的而混乱的质谱数据将极大的影响对质谱峰的准确定量。这点对于单纯通过质荷比进行分析的质谱仪来说完全无能为力。但是，这个看似不可能完成的任务却被沃特世 nanoACQUITY UPLC HD-Exchange System攻克了。这是因为，不同于其它常见质谱，沃特世的SYNAPT® 质谱平台还具备根据离子大小及形态进行分离的功能（行波离子淌度分离）。在数据处理时，除多肽离子的质荷比信息外，还可以通过离子迁移时间（离子淌度维度参数）将不同离子区分。因此这种SYNPAT独有的被命名为HDMSE的质谱分析技术可以将因质荷比相同而重叠的多肽分离开，轻而易举地解决了质谱信号叠加的问题，得到准确的交换率数据[11,12]（图2）。SYNPAT质谱平台一经推出就夺得了2007年PITTCON金奖，目前已经推出了新一代的SYNAPT G2HDMS、SYNAPT G2-S HDMS等型号，并具备ESI、MALDI等多种离子源。除氢氘交换技术外，SYNAPT质谱系统在蛋白质复合体结构研究中也是独具特色，已有多篇高质量应用文献发表[13,14,15]。 实现氢氘交换质谱技术的第四个关键点，是如何高效分析实验产生的多时间点及多次重复带来的大量数据。人工完成如此巨大的信息处理工作，将消耗科学家大量的时间。沃特世氢氘交换质谱解决方案所提供的DynamX软件可以为科学家提供简便直观的分析结果，并包含多种呈现方式。 在某些特殊研究中，要求对蛋白氢氘交换位点做到精确到氨基酸的测量，这是氢氘交换质谱研究的又一个难点。在常规的研究中采用CID（碰撞诱导解离）碎裂模式，可能导致氘原子在多肽内重排，而致使不能对发生交换的具体氨基酸进行精确定位。SYNPAT质谱提供的ETD（电子转移解离）碎裂模式可以避免氘原子重排造成的信息混乱，并具有良好的碎裂信号[16]。 沃特世的nanoACQUITY UPLC HD-Exchange System为氢氘交换质谱实验提供了前所未有的简易的解决方案，强有力地推动了氢氘交换技术在蛋白质结构及动态变化研究、蛋白质相互作用位点发现、蛋白表位以及活性位点鉴定方面的应用，正在成为众多结构生物学科学家和生物制药企业必不可少的工作平台。 参考文献 (1) John R. Engen, Analysis of Protein Conformation and Dynamics by Hydrogen/Deuterium Exchange MS. Anal. Chem. 2009,81, 7870&ndash 7875 (2) Engen et al. probing protein interactions using HD exchange ms in ms of protein interactions. Edited by Downard, John Wiley & Sons, Inc. 2007, 45-61 (3) Tiyanont K, Wales TE, Aste-Amezaga M, et al. Evidence for increased exposure of the Notch1 metalloproteasecleavage site upon conversion to an activated conformation. Structure. 2011, 19, 546-554 (4) Heck AJ. Native mass spectrometry: a bridge between interactomics and structural biology. Nat Methods. 2008, 5, 927-933. (5) Esther van Duijn, Albert J.R. Heck. Mass spectrometric analysis of intact macromolecular chaperone complexes. Drug Discovery Today. Drug Discovery Today: Technologies Volume 3, 2006, 21-27 (6) Viswanat ham Katta, Brian T. C hait, Steven Ca r r. Conformational changes in proteins probed by hydrogen-exchange electrospray-ionization mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 1991, 5, 214&ndash 217 (7) Chakraborty K, Chatila M, Sinha J, et al. Chaperonin-catalyzed rescue of kinetically trapped states in protein folding. Cell. 2010 Jul 9 142(1):112-22. (8) Zhang J, Adriá n FJ, Jahnke W, et al. Targeting Bcr-Abl by combining allosteric with AT P-binding-site inhibitors. Nature. 2010,463, 501-506 (9) Wu Y, Engen JR, Hobbins WB. Ultra performance liquid chromatography (UPLC) further improves hydrogen/deuterium exchange mass spectrometry. J Am Soc Mass Spectrom. 2006 , 17, 163-167 (10) Wales T E, Fadgen KE, Gerhardt GC, Engen JR. High-speed and high-resolution UPLC separation at zero degrees Celsius. Anal Chem. 2008, 80, 6815-6820 (11) Giles K, Pringle SD, Worthington KR, et al. Applications of a travelling wave-based radio-frequency-only stacked ring ion guide. Rapid Commun Mass Spectrom. 2004, 18, 2401-2414 (12) Olivova P, C hen W, C ha kra borty AB, Gebler JC. Determination of N-glycosylation sites and site heterogeneity in a monoclonal antibody by electrospray quadrupole ion-mobility time-offlight mass spectrometry. Rapid Commun Mass Spectrom. 2008, 22,29-40 (13) Ruotolo BT, Benesch JL, Sandercock AM, et al. Ion mobilitymass spectrometry analysis of large protein complexes. Nat Protoc.2008, 3, 1139-52. (14) Uetrecht C, Barbu IM, Shoemaker GK, et al. Interrogatingviral capsid assembly with ion mobility-mass spectrometry. Nat Chem.2011, 3,126-132 (15) Bleiholder C, Dupuis NF, Wyttenbac h T, Bowers MT. Ion mobility-mass spectrometry reveals a conformational conversion from random assembly to &beta -sheet in amyloid fibril formation. Nat Chem. 2011, 3, 172-177 (16) Kasper D. Rand, Steven D. Pringle, Michael Morris, John R., et al. ETD in a Traveling Wave Ion Guide at Tuned Z-Spray Ion Source Conditions Allows for Site-Specific Hydrogen/Deuterium Exchange Measurements. J Am Soc Mass Spectrom. 2011, in press

合成生物学的快速发展正在改变生物技术行业的产业布局。目前，合成生物技术已经广泛应用于食品、农业、医疗等多个领域。伴随我国《“十四五”生物经济发展规划》的颁布，被誉为“第三次生物科技革命”的合成生物学研究热度高涨，但当前构建合成生物系统的内在逻辑尚处于摸索阶段，整个合成生物学领域正处于发展初期，需要先进的使能技术及解决方案推动合成生物学产业快速发展。为帮助广大用户及时了解合成生物学的市场概况、解决方案及相关活动，仪器信息网本次特别邀请了美谷分子仪器（上海）有限公司（以下简称“美谷分子”）谈一谈他们的看法：仪器信息网：您如何看待当前合成生物学产业及市场发展现状？宋佳丽：目前全球面临最大的问题之一，是对资源的过度使用及其对环境造成的影响。尤其是制造业，因制造过程需要大量来自石油和天然气等化石燃料的能源，而这些能源的供应量在减少，价格在上涨，能源将不可持续。在这个大背景下，利用合成生物学进行生物制造为可持续发展提供更多可能。研究人员已经成功通过微生物重组工程来生产食品、纺织品和生物制药产品，这些产品在生产过程中消耗的资源要少得多。同时，随着合成生物学在理论研究和技术上的不断发展，其应用领域不断被拓宽，包括医疗健康、食品、饮料、工业化学品、消费品、生物燃料、农业、环保等相关行业都已有应用，全面产业化值得期待。在政策层面，全球多个国家都在布局生物制造产业，如美国、欧盟、英国等，美国在2023年发布“Bold goals of bio-technology”报告，包含了由美国农业部、美国国立卫生研究院、国家科学基金会、能源部和国防部等机构制定的一些具体战略。中国在2021年发布《“十四五”规划》和《2023年前碳达峰行动方案》后，合成生物学在能源替代、可持续发展等方面的应用优势使其再次成为关注焦点，2023年多部委和多地政府也陆续出台了对合成生物产业和生物制造相关的支持政策。可见，合成生物产业会是下一个各国争相竞争的关键领域，强大的市场潜力也将吸引更多资本进场。仪器信息网：合成生物学产业将给科学仪器行业带来哪些市场机会？宋佳丽：基于合成生物学在多个领域的广泛应用，以及研发端多种研究技术的使用，在科学仪器的使用上呈现更加多元的景象，除了常规实验室通用设备外，诸如DNA合成、测序、克隆筛选、微型培养等相关设备也有广泛的应用。尤其是在高通量的需求上，鉴于合成生物构建的复杂性和不确定性，需要大量的筛选和验证，由此就迫切需要更高通量、更加自动化的设备和系统来高校完成构建过程。另外，下游多种应用产品具有各自的性质和检测标准，因此也会涉及不同应用的专业设备。因此，整个合成生物学产业的发展和市场的扩大，不仅使得现有科学仪器产品有了更广阔的市场需求，也促使科学仪器行业在高通量、自动化方向有更多的创新和发展。仪器信息网：贵单位针对合成生物学领域推出了（或将要推出）哪些解决方案？可以应用到哪些环节？解决什么样的痛点？宋佳丽：当前我们看到合成生物学方法为各行各业带来日益增长的发展，随着对源自重组生物学合成产品需求的增加，快速、准确的高通量微生物菌株工程和分子克隆方法变得尤为重要，而人工合成生物学工作流程仍然是劳动密集型、耗时且容易出现人为错误。在合成生物学工作流程中，常见的瓶颈包括：样本处理通量、有效的筛选策略、数据的整合和追踪等。而自动化仪器或系统的应用能够很好解决这些问题，从而提升整个流程的效率，帮助研究人员更快的获得目标生物，加快合成生物制品产业化的进程。在DBTL的“构建”环节，会产生大量的微生物克隆样品待测试，如何有效且高效的从中筛选出目的克隆，是整个流程中比较关键的限速环节。美谷分子公司经典的“高通量微生物克隆筛选系统QPix”，能够在这个环节帮助研究人员统一筛选标准、提高筛选通量，同时能够匹配到自动化系统中实现流程自动化，在单克隆分离(涂布)、克隆筛选和挑取、文库复制和重排等过程提供解决方案。QPix通过白光/荧光成像进行微生物克隆的识别，结合多种筛选功能可以在筛选初期就选出那些符合要求的目的菌落，特异的96针挑头和特殊导轨设计能够实现1h挑选3000个克隆的高挑选通量，配套软件能够对图像、菌落特性、孔板数据等进行存储和追溯，开放的API端口可以与其他自动化系统连通，减少无人看守时间。自动克隆挑选在感兴趣的基因被扩增、组装成载体并转入微生物后，需要依据菌落形态、颜色、荧光等特征来筛选克隆，之后进行挑取和接种。传统的人工方式很难在筛选时建立统一的标准，一些特殊特征业务法实现肉眼识别，而且人工挑取效率很低，是高度重复和费时的工作。Qpix通过成像的方式，结合软件识别算法识别待筛选克隆并给出特征参数，之后通过参数设置就可将符合要求的克隆选出，之后通过96针挑头进行挑取，3000克隆/h的通量能够满足大部分挑选需求。QPix提供多种特异形态的挑针，可针对不同种类的微生物提供更高的挑取量。不锈钢挑针可在线清洗，大大减少耗材的使用和成本。除了常规形态和荧光的克隆识别，颜色筛选、光晕筛选(抑菌圈、水解圈等)、噬菌斑、区域筛选等多种筛选模式能够匹配多种应用场景。文库复制和重排文库构建也是合成生物学工作流程中重要的一环，大量的构建样品需要保存，筛选后的优质克隆也需要集合保存。是否能够在流程中就完成样本保存的过程？筛选后的克隆能否通过自动化的方式进行选择和保存？QPix在功能上特别设置了复制和重排功能，不论是在是挑选流程中设置Copy功能，还是单独的复制功能，都能高效的通过96挑头进行文库复制。用Qpix挑选后的克隆经验证是优质克隆后，可通过软件数据库进行源数据调取并从中选择优质克隆对应的孔，然后将优质克隆汇集到同一块孔板中进行收集和保存。数据管理面对庞大的样本量，样本特征、来源/终孔板、孔编号等数据通过手工记录不仅费时还容易出错，尤其是在跨多种仪器收集数据时，这会造成额外的FTE时间、疲劳和更高的数据丢失风险。QPix 420系统可以辅助数据收集和存储。actuator head包含一个内置的高分辨率摄像机和一个条形码读取器，以实现可靠的数据可追溯性。图像数据被记录到具有广泛审计跟踪和样本跟踪选项的内置数据库中。基于条形码读取，QPix软件可用于跟踪有关克隆的信息，如其在源板和目的板中的位置以及挑取的日期和时间。您还可以选择为重要样本定制标签，并根据克隆的形态特征对其进行分组。自动化集成自动化在合成生物学中不仅体现在对某个步骤自动化设备的需求，对整个流程而言，实现全流程的自动化将是未来趋势。这就要求应用的设备不仅能够代替人工，而且能够实现跟多个设备的互联，中控系统能够从运行控制、数据传输、策略判断等实现控制。QPix高通量微生物克隆筛选系统提供开放的API端口，能够实现与机械臂、中控系统、其他设备的连接，集成到多种工作流程中去，目前在国内已有多套合成生物学自动化平台应用QPix于其中，形成较为完善的集成解决方案。仪器信息网：如何看待合成生物学的未来发展前景？宋佳丽：合成生物学产业涉及非常广泛，包括像基础层的DNA&RNA合成、生物体设计和优化、相关软件等，以及在应用端包括医疗健康、食品饮料、工业化学品、消费品、生物燃料、农业等相关行业，从政策层面也能够看到各国的重视。在合成生物技术不断发展的、各国政策的大力推动下，相信合成生物产业能够在未来获得快速的发展，产业化的进程也将加快。宋佳丽，Molecular Devices美谷分子产品经理宋佳丽：毕业于华东理工大学生物工程专业，目前负责美谷分子中国区生物制品开发产品线业务，拥有6年生命科学行业产品应用和市场相关经验。曾进行微生物工程菌株高通量筛选相关研究，并参与国家重大仪器设备开发项目，在高通量筛选、自动化平台等方面经验丰富。"合成生物学技术及应用进展"网络会议开讲啦!2023年10月10-11日，由仪器信息网举办的第一届合成生物学技术及应用进展网络会议将在线开播，合成生物学专家，合成生物学技术应用专家，前沿科学研究PI等众多嘉宾将在3i讲堂分享精彩报告。立即报名》》》详细日程：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/syntheticbiology231010.html扫码直达报名页面温馨提示1) 报名后，直播前一天助教会统一审核，审核通过后，会发送参会链接给报名手机号。填写不完整或填写内容敷衍将不予审核。2) 通过审核后，会议当天您将收到短信提醒。点击短信链接，输入报名手机号，即可参会。会议联系会议内容及报告赞助仪器信息网 陈编辑：13171925519，chensh@instrument.com.cn

大家好，本周为大家介绍一篇本课题组发表在ACS Chem. Biol.上的文章，Insights into Phosphorylation-Induced Protein Allostery and Conformational Dynamics of Glycogen Phosphorylase via Integrative Structural Mass Spectrometry and In Silico Modeling1。变构调节在自然界中广泛存在，可以用于调控细胞过程。糖原磷酸化酶（GP）是第一个被鉴定出的与变构调节相关的磷酸化蛋白。GP是一个分子量约196kD的同源二聚体蛋白，是糖代谢中重要的组分，也是2型糖尿病及癌症的靶点。AMP结合以及Ser14的磷酸化介导了GP的变构调节，使其构象从非活化的T-state GPb（未磷酸化状态）转变为活化的R-state GPa（磷酸化状态）。即使目前X-射线晶体学法解析出了GP的原子级蛋白结构，但受限于较大分子量，其结构动态性的检测较为困难，因此与GP变构调节相关的结构动态变化过程仍较为模糊。核磁共振（NMR）谱及分子动力学（MD）模拟等是探究蛋白质结构动态性的常用方法，但NMR分析存在分子量上限，且样品消耗量大，MD模拟的时间尺度和力场准确度有限。质谱（MS）法具有快速、灵敏的特点，是蛋白质结构、动态性以及构象变化分析中强有力的一款技术。氢氘交换质谱（HDX-MS）通过监测蛋白骨架酰胺氢原子与溶液中氘的交换来反映蛋白质构象动态性，因此适用于探究由配体、蛋白结合或共价修饰引起的蛋白质构象变化。同时，多个软件实现了由HDX-MS数据计算保护因子（PFs）和吉布斯自由能，从而提取残基水平的蛋白动态性信息。此外，在先前的工作中2, 3，我们整合了native MS和top-down方法（native top-down，nTD-MS技术），成功实现了多个蛋白复合物的一级序列到高阶结构等多方面信息的检测（包括测序、翻译后修饰、配体结合、结构稳定性、朝向等）。整合多种结构质谱法（整合结构质谱法）可以有效填补传统生物物理法中结构到动态性联系中的空缺，更好地表征变构调控现象。本文整合了HDX-MS、nTD-MS、PF分析、MD模拟以及变构信号分析检测了磷酸化介导的GP变构调控的结构和动态性基础，为GP的变构调控过程提供了见解。根据X-射线晶体学结构报道（图1a），T-state GPb转变为R-state GPa时，二聚体界面中N-末端尾部、α2、cap’（图1b）以及tower-tower helices区（图1c）发生了明显的结构重排，导致催化位点开放，从而底物磷酸吡哆醛（PLP）可以结合。尽管有晶体学报道，但与变构调控关联的构象动态性仍有待探寻。图1.（a）磷酸化介导T-state GPb（PDB：8GPB）向R-state GPa（PDB：1GPA）的构象转变；亚基相互作用界面：（b）C端区域和（c）tower-tower helices，GPb为蓝色，GPa为绿色。首先我们通过nTD-MS进行了检测。如图2a、b，谱图中观察到了GPb的单体和二聚体信号，其中二聚体为主要形式；GPa除了单体和二聚体外，谱图中还存在少量四聚体，但仍以二聚体为主要形式。当增加sampling cone（SC）电压时，GPb、GPa保留了其二聚体形式（图2c、d）。随后我们选择离子（29+）并在trap池中进行了碎裂（图2e、f、g、h），谱图低质荷比区GPa的碎片相对峰强度较GPb高，说明GP的二聚体互作界面较为稳定，且GPb亚基结构较GPa稳定。nTD-MS不仅能够探究GPb、GPa的结构差异，也能够为接下来的HDX-MS实验做好前期样品质量检查工作。图2.不同活化条件下GPb、GPa的nTD-MS谱图。（a、b）SC=40V；（c、d）SC=150V；（e、f）SC=150V、trap=100eV；（g，h）SC=150V、trap=200eV。左侧为GPb，右侧为GPa。随后我们进行了HDX-MS实验。图3a中展示了五个时间点的HDX heat map。图3b为通过PyHDX软件计算产生的PF值。其中N-端（1-22）以及tower helix前的loop区域（256-261）的氘代值较高、PF值较低，说明这些区域较为柔性或是结构较为无序。此外我们发现，tower-tower helices（262-276）区域的氘代值较低、PF值较高，表明helices的旋转可能是由前端可塑性铰链区触发的，而非helices本身的变形和重塑引起的，这些发现在晶体结构数据中均有吻合之处。除这两个区域外，GPa和GPb基本保持了稳定的整体结构。而从1μs原子级MD模拟计算得到的均方根波动（RMSF）和溶剂可及表面（SASA）中我们也发现（图3c），这两个区域数据与HDX-MS信息有所吻合，但MD模拟中部分区域未和HDX-MS相吻合的区域可能跟序列覆盖不足相关。图3. （a、d）GPb和GPa在不同标记时间下的氘代热图并映射到结构中（PDB: 1GPA）。（b、e）基于HDX-MS数据计算得到的PF值并映射到晶体结构中。（c、f）MD模拟中RMSF和SASA值并映射到结构中。从氘代差异图（图4a）中可以看出，4个区域呈氘代降低趋势（红色方框），多个区域呈氘代上升趋势（蓝色方框）（GPa-GPb）。而PF差的变化趋势与氘代变化趋势基本一致（图4b）。由数据可知，N-端和tower-tower helices的变化说明磷酸化介导的变构稳定了这两个区域，α1-cap-α2区域的动态性轻微下降。除此之外多个区域（尤其是tower-tower helices序列后的区域）均表现为PF值下降，说明相比于GPb，GPa催化位点附近的区域动态性增强了。接下来我们根据HDX kinetic plot特征将其进行了分类，并详细讨论了所属区域的变化。图4.（a）GPa-GPb HDX-MS的氘代差异图。（b）GPb到GPa PF的变化。 首先是N-端和C-端的变化（图5）。N-端残基1-22表现氘代下降，这说明N-端具有一定可塑性。受N-端区域磷酸化和结构变化影响，C-端区域也产生了一定的变化。此外，残基30-50（cap区）和残基111-117（α4back-loop）区表现氘代下降，而103-109（α4front）表现氘代上升。根据晶体结构推测，cap区和α4back-loop的氘代变化受N-末端变化影响，原有的残基相互作用被打破，形成新的残基间相互作用，同时这两个区域也经历了结构重排，因此表现出较明显的氘代变化。残基88-99（β2-α3）和残基125-141（β3-L-α6）氘代上升。总的来说，磷酸化使得cap′/α2界面互作增强了，同时磷酸化基团和精氨酸残基的静电相互作用是cap区产生变化的主要原因，而α1和α2起到锚定作用，其相对位置基本保持不变。图5.GPb（a）和GPa（b）的N-端和C-端区域的局部结构和HDX动力学曲线（c）。 此外，tower-tower helices（α7，残基262-278）区的变化同样值得关注（图6）。250s loop是表面暴露区域，未与其他区域发生接触，其氘代下降可能是因为自身结构的收缩。而肽段262-267和268-274氘代下降提示该区域可能发生了低周转率或强互作的结合反应。280s loop区氘代值上升。这些变化均说明，tower-tower helix的角度的改变不仅影响了二聚体界面结构，而且还影响了其靠近催化位点的周围区域。因此我们结合晶体结构推测，磷酸化和N-端相对位置的改变，使250s loop自身结构收缩，从而打破了Tyr262' -Pro281和Tyr262-Tyr280′之间的相互作用，导致两个亚基的tower helices发生相对滑动，倾斜角度增加。图6.GPb（a）和GPa（b）tower helix区域的局部结构和HDX动力学曲线（c）。 最后是催化位点、PLP结合位点和糖原存储位点的变化情况（图7）。催化位点周围多数区域均表现氘代上升趋势。我们推测，随着Pro281、Ile165和Asn133间的相互作用被打破，Arg569与Ile165、Pro281、Asn133间的互作也随之打破，因此催化位点和PLP结合位点周围的残基溶剂可及性上升，局部区域结构变得更为灵活，催化位点开放并转变为活化构象。糖原储存位点位于GP表面，距离催化位点30Å，除了α23（残基699−708）外，HDX-MS在糖原存储区没有观察到明显的变化。图7.GPb（a）和GPa（b）的催化位点和PLP（橙色）结合位点的局部结构和HDX动力学曲线（c）。结合以上所有数据，我们对磷酸化调节的动态机制进行了推测（流程图1）。磷酸化后，N-端尾部残基与acidic patch的互作被打破，也导致N-端尾部的有序化以及C-端尾部的无序化以及伴随的其他结构变化。通过在pSer14和Arg69和Arg43′之间形成新的盐桥，N-端残基被重定位，随之带来的是Asp838和His36′间的盐桥断裂。随着三级和四级结构的转变，250s loop收缩并发挥类似“门环”的作用，当其收缩时，Tyr262′-Pro281与Tyr262-Tyr280′之间的相互作用、276-279区与162-164区之间的氢键也被打破，导致tower helix发生相对滑动，tower-tower helices之间的作用被打破，同时将结构变化传递到催化位点。最后，280s loop和催化位点以及PLP结合位点附近的残基松动，通往催化位点和底物磷酸盐识别位点的通道打开，酶得以活化。流程图1.GP变构调节过程中，被打破（蓝色）或新形成的（红色）关键残基相互作用。 本文整合nTD-MS、HDX-MS、PF分析和MD模拟检测了GP磷酸化变构调节过程的结构和动态基础，通过该整合结构手段揭示了GP构象柔性、局部动态性以及长程变构调控构象变化中值得关注的信息。各个方法具有各自的优势，但也在一定层面存在局限，我们期待将HDX-MS信息与计算模拟信息进行更深度的整合以实现二者对蛋白质结构更精确的分析。撰稿：罗宇翔编辑：李惠琳原文：Insights into Phosphorylation-Induced Protein Allostery and Conformational Dynamics of Glycogen Phosphorylase via Integrative Structural Mass Spectrometry and In Silico Modeling李惠琳课题组网址：https://www.x-mol.com/groups/li_huilin参考文献1. Huang, J. Chu, X. Luo, Y. Wang, Y. Zhang, Y. Zhang, Y. Li, H., Insights into Phosphorylation-Induced Protein Allostery and Conformational Dynamics ofGlycogen Phosphorylase via Integrative Structural Mass Spectrometry and In Silico Modeling. ACS Chem. Biol. 2022.2. Li, H. Nguyen, H. H. Ogorzalek Loo, R. R. Campuzano, I. D. G. Loo, J. A., An integrated native mass spectrometry and top-down proteomics method that connects sequence to structure and function of macromolecular complexes. Nat. Chem. 2018, 10 (2), 139-148.3. Li, H. Wongkongkathep, P. Van Orden, S. L. Ogorzalek Loo, R. R. Loo, J. A., Revealing ligand binding sites and quantifying subunit variants of noncovalent protein complexes in a single native top-down FTICR MS experiment. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2014, 25 (12), 2060-8.

信立方培训中心(北京信立方科技发展股份有限公司运营的科学仪器专业门户网站—仪器信息网(www.instrument.com.cn)旗下专业培训机构)致力于分析科学仪器的应用技术培训工作。为提高相关从业人员的技术水平，使分析科学仪器更好地服务于科研、生产及研发工作，适应当前从事质谱应用技术人员的迫切需求，培训中心自2009年起，至今已开设近三十期不同类型和层次的质谱培训班，涵盖气质、液质、谱图解析等领域，受到广大学员欢迎和好评。　　有机质谱分析基于不同质荷比(m/z)的带电离子在电场或磁场中的不同运动行为进行定性或定量分析，具有灵敏度高、样品用量少、分析速度快、同时进行多组份分析等优点。近年来在我国发展很快，广泛应用于食品安全、环境保护、化学化工、制药、生命科学、材料科学等各个领域，成为日常工作中非常重要的定性定量分析方法。质谱的定性分析基于对质谱谱图的解析而实现，但由于有机化合物种类繁多，繁杂的裂解规律不易记忆，又缺乏解析的思路和方法，很多质谱分析人员在拿到谱图后常感觉到无从下手。为适应广大分析技术工作者的需求，信立方培训中心将于2015年8月18日-21日在北京举办第十二期有机质谱谱图解析专题培训班，欢迎有志提高有机质谱谱图解析水平的分析人员来参加。　　培训时间：2015年8月18-21日　　培训地点：外国专家大厦(华严北里8号院外国专家大厦(北四环))　　适用对象：　　各企事业单位、科研院所从事食品卫生、检验检测、石油化工有环境监测及等行业负责分析测试的技术人员，以及各大专院校相关专业在校研究生及分析中心等技术人员。　　学习目标：　　系统掌握有机质谱谱图解析的基本方法，了解有机化合物的裂解反应类型和基本裂解规律，结合实例讲解谱图解析的基本思路和方法，为有机质谱的定性分析打下坚实基础。　　课程特色：　　讲师均为长期从事质谱分析研究的高职人员，具有丰富的理论知识和实践经验 　　有机质谱谱图解析的基础知识、基本规律和精选实例相结合，深入浅出，通俗易懂 　　独有的有机质谱谱图解析水平测试题，可清楚的对比学习前后的技术水平 　　学员可带问题参加学习班，在学习班和专家即时讨论交流，解决实际问题 　　授课专家：　　1、王光辉 中国科学院化学研究所质谱中心研究员，中国最早从事质谱研究的专家之一，参与了国内多项质谱仪器的研发工作，有丰富的理论知识、实践经验和培训教学经验。代表著作：《有机质谱解析》 　　2、苏焕华 北京石油化工科学研究院高级工程师,70年代初开始有机质谱应用研究，参与了国内质谱仪器的研发工作，组织过多种质谱应用技术培训，有丰富的教学经验。代表著作：《色谱-质谱联用技术及应用》 　　3、授课专家不宜公开 　　授课大纲：　　一、谱图解析基础知识　　1、原子中电子的排布　　2、奇电子离子与偶电子离子　　3、氮规则　　4、环加双键值　　5、同位素峰　　6、单分子反应　　二、离子的丰度　　1、质荷比与离子丰度包含的结构信息　　2、影响碎片离子丰度的基本因素　　三、离子碎裂的基本机理　　1、断裂　　2、环的开裂　　3、重排反应　　4、置换反应　　5、消除反应　　四、常见有机化合物的裂解及质谱图特征　　1、碳氢化合物　　2、醇、酮、醛、酸、酯、醚　　3、胺类、酰胺类　　4、卤代物、硝基化合物　　5、腈　　五、由质谱图推测分子结构　　1、基本方法及思路　　2、实例练习　　六、NIST谱图库检索实用技术　　1、NIST谱图库简介　　2、NIST谱图库主要功能　　3、NIST谱图库检索实例　　授课方式：　　(一)课程讲座　　(二)案例讲解　　注：学员可自带原始数据采集文件，讲师可采用学员的文件作为案例进行分析　　培训费用：　　每人3800元，2人以上组团报名可每人优惠100元(含报名费、培训费、资料费、培训期间每日午餐费用)。　　颁发证书：　　参加相关培训并通过考试的学员，可以获得：　　由信立方培训中心颁发并有授课老师签字的结业证书。该证书可作为有关单位专业技术人员能力评价、考核和任职的重要依据。　　报名咨询：　　联系人：李老师　　电话：010-51654077-8119/15910410867　　邮箱：liru@instrument.com.cn

有机质谱谱图解析专题技术培训班 有机质谱分析基于不同质量数的带电离子在电场或磁场中的不同运动行为的原理进行定性或定量分析，具有灵敏度高、样品用量少、分析速度快、可同时进行多组分分析等优点，近年来在我国发展很快，广泛应用于食品安全、环境保护、化学化工、制药、生命科学、材料科学等各个领域，成为一种非常重要的定性定量分析方法。质谱的定性分析是基于对质谱谱图的解析实现的，但由于有机化合物种类繁多，繁杂的裂解规律不容易记忆，又缺乏解析的思路和方法，很多质谱分析人员在拿到谱图后常感觉到无从下手。 为适应广大分析技术工作者的需求，信立方质谱培训中心与仪器信息网合作，于2009年7月20日-24日在北京举办“有机质谱谱图解析专题培训”，欢迎有志于提高有机质谱谱图解析水平的分析人员前来参加。 【培训时间】 2009年7月20日–7月24日 北 京 培训费2000元，食宿统一安排，费用自理。 【授课专家】 王光辉 研究员中国科学院化学所质谱中心 苏焕华 高级工程师 北京石油化工科学研究院, 【培训内容】 一、谱图解析基础知识 1、原子中电子的排布 2、奇电子离子与偶电子离子 3、氮规则 4、环加双键值 5、同位素峰 6、单分子反应 二、离子的丰度 1、质荷比与离子丰度包含的结构信息 2、影响碎片离子丰度的基本因素 三、离子碎裂的基本机理 1、断裂：α断裂、i 断裂、α断裂与i断裂的竞争 2、环的开裂 3、重排反应 4、置换反应 5、消除反应 四、常见有机化合物的质谱图特征 1、碳氢化合物2、醇、酮、醛、酸、酯、醚3、胺类4、酰胺类5、腈五、由质谱图推测分子结构1、基本方法及思路 2、实例练习 六、NIST谱图库检索实用技术 1、NIST谱图库简介 2、NIST谱图库功能及应用 3、NIST谱图库检索实例（学员可自带原始数据采集文件） 液质联用（LC-MS）应用技术培训班 液质联用技术，将有高分离能力及应用范围广泛的液相色谱法与具备高灵敏度和选择性并能提供物质分子量、元素组成及结构信息的质谱法结合起来，发展成为最重要的定性、定量分析方法之一，在食品安全、生物、医药、化工等领域中均得到了广泛的应用，在组合化学、蛋白质组学和代谢化学的研究工作中，液质已经成为最重要的研究方法之一。但是由于液质联用仪是液相色谱和质谱两种技术的结合，对分析人员在仪器操作和维护以及应用研究方法的开发中都提出了比较高的要求。为适应广大分析技术工作者的需求，信立方质谱培训中心与仪器信息网合作，将于2009年6月22日在北京举办“液质联用应用技术培训班”，欢迎有志于提高液质联用仪应用水平的分析人员前来参加。 【培训时间】 2009年6月22日— 6月26日 北京 培训费2000元，食宿统一安排，费用自理 【授课专家】 盛龙生 研究员 中国药科大学药学院王光辉 研究员 中国科学院化学研究所质谱中心 苏焕华 高工 北京石油化工科学研究院 【培训内容】 一、LC-MS联用仪的基本结构及性能指标 1.LC-MS仪器的基本组成 2.LC仪器及色谱系统 3.LC-MS接口 4.常见MS仪器及性能 二、LC-MS定性定量分析方法及相关技术 1.LC-MS的基本数据与信息 2.LC-MS定性分析技术 3.LC-MS定量分析技术 4.复杂体系分析与数据处理 三、三重四级质量分析器 1.三重四级质量分析器结构及工作原理 2.三重四级质量分析器各种扫描技术与应用 3.常见问题分析 四、ESI离子化技术 1.ESI机构及工作原理 2.ESI派生技术 3.常见问题分析 五、色谱柱的选择与评价六、LC/MS应用及常见问题 1. LC/MS的应用领域 2. 药物分析 3. 样品的预处理和常见问题 七、结业考试、答疑与讨论 【报名办法】 电话：010-51299927-101、13269178446 传真：010-51413697 联系人：张老师 E-mail:training@instrument.com.cn 更多培训请参阅http://www.instrument.com.cn/training/

p br/ & nbsp 　　他们在质谱分析领域兢兢业业，掌握最前沿的应用技术，具有丰富理论知识和实践经验，我们都应向他们学习讨教。他们的在学术上的深度、钻研的态度值得我们追仿。 br/ br/ br/ 王光辉 br/ 　　中国科学院化学研究所质谱中心研究员，中国最早从事质谱研究的专家之一，参与了国内多项质谱仪器的研发工作，有丰富的理论知识、实践经验和培训教学经验。代表著作： 《有机质谱解析》 br/ br/ br/ br/ 苏焕华 br/ 　　北京石油化工科学研究院高级工程师,70年代初开始有机质谱应用研究，参与了国内质谱仪器的研发工作，组织过多种质谱应用技术培训，有丰富的教学经验。代表著作：《色谱-质谱联用技术及应用》 br/ br/ br/ br/ 李重九 br/ 　　中国农业大学理学院应用化学系教授，农残分析领域著名质谱专家，在大学主讲色谱、质谱等仪器分析课程。代表著作：《有机质谱应用：在环境、农业和法庭科学中的应用》 br/ br/ br/ 　　本月，大家有机会跟这三位资深的专家学者面对面，探寻质谱在分析领域有何最新进展，快速提升自己现有谱图解析水平，从掌握到精通... br/ br/ br/ br/ 第15期有机质谱谱图解析应用技术培训班即将开始~ br/ br/ & nbsp br/ 会议安排 br/ br/ 　　会议时间：2016-11-29至2016-12-2（4天）会议地点：北京外国专家大厦（华严北里8号院外国专家大厦（北四环））适用对象： & nbsp 使用有机质谱联用仪进行常规检测、科研或研发的技术人员。 br/ br/ & nbsp br/ 您能学到什么 br/ br/ 　　1、本课程将有机质谱繁杂的裂解规律归纳提炼为简要、易学、易记的六大裂解类型 br/ br/ 　　2、课程将讲解如何使用专属应用软件或手工计算的方式，计算未知物的元素组成 br/ br/ 　　3、本课程将介绍若干免费网站，进一步查找特定元素组成可能的对应结构 br/ br/ 　　4、本课程将以实例讲解偶电子离子的裂解规律，应用于ESI源(CID谱) br/ br/ 　　5、本课程将讲解合理的中性碎片及氮规则等谱图解析中的核心原理，以识别分子离子峰 br/ br/ 　　除此之外，你不懂的或者工作当中遇到的问题都可以带到课堂上来，授课专家会为您一一解答指导！ br/ br/ br/ 课程内容 br/ br/ 　　一、谱图解析基础知识1、原子中电子的排布2、奇电子离子与偶电子离子3、氮规则4、环加双键值5、同位素峰6、单分子反应 br/ br/ 　　二、离子的丰度1、质荷比与离子丰度包含的结构信息2、影响碎片离子丰度的基本因素 br/ br/ 　　三、离子碎裂的基本机理1、断裂2、环的开裂3、重排反应4、置换反应5、消除反应 br/ br/ 　　四、常见有机化合物的质谱图特征1、碳氢化合物2、醇、酮、醛、酸、酯、醚3、胺类、酰胺类, 氨基酸,硝基化合物,腈基化合物4、卤代物5、多官能团化合物 br/ br/ 　　五、由质谱图推测分子结构1、基本方法及思路2、实例练习 br/ br/ 　　六、NIST谱图库检索实用技术1、NIST谱图库简介2、NIST谱图库主要功能3、NIST谱图库检索实例注：学员可自带原始数据采集文件，讲师可采用学员的文件作为案例进行分析） br/ br/ br/ 报名咨询 br/ br/ 　　联系人：李老师& nbsp & nbsp & nbsp 座机：010-51654077-8119& nbsp 电话：15910410867邮箱： a href=" mailto:liru@instrument.com.cn" liru@instrument.com.cn /a /p

太阳能光催化反应可以实现分解水产生氢气、还原二氧化碳产生太阳燃料，是科学领域“圣杯”式的课题，并受到全世界关注。在过去半个世纪的光催化研究中，科学家在光催化剂制备和光催化反应研究方面做出了努力，但光催化反应中光生电荷的分离、转移和参与化学反应的时空复杂性，因而关于该过程的基本机制一直不清楚。　　日前，中国科学院院士、中科院大连化学物理研究所研究员李灿，研究员范峰滔等揭开了这一谜团。研究人员综合集成多种可在时空尺度衔接的技术，对光催化剂纳米颗粒的光生电荷转移进行全时空探测，揭示了复杂的多重电荷转移机制，“拍摄”到光生电荷转移演化全时空影像。该研究明确了电荷分离机制与光催化分解水效率之间的本质关联，为突破太阳能光催化反应的“瓶颈”提供了新的认识和研究策略。10月12日，相关研究成果发表在国际学术期刊《自然》（Nature）上。　　光催化分解水的核心科学挑战在于如何实现高效的光生电荷的分离和传输。由于这一过程跨越从飞秒到秒、从原子到微米的巨大时空尺度，揭开这一全过程的微观机制颇具挑战性。“长期以来，我们的团队前赴后继致力于解决这一问题，在这个工作中，集成多种先进技术和理论，在时空全域追踪了光生电荷在纳米颗粒中分离和转移演化的全过程。”李灿说。　　光催化过程中，光生电子和空穴需要从微纳米颗粒内部分离，并转移到催化剂的表面，从而启动化学反应。范峰滔介绍，在如此微小的物理尺度上，光催化剂往往缺乏分离电荷所需的驱动力，因此，实现高效的电荷分离需要一个有效的电场。为了在光催化剂颗粒中形成一个定向重排的电场，科研人员将一种特定的缺陷选择性地合成到颗粒的特定晶面，有效促进了电荷的分离。为了更好地剖析纳秒范围内高效电荷分离机制，科研人员使用了时间分辨光发射电子显微镜，发现了光生电子在亚皮秒时间尺度就可以选择性的转移到特定晶面区域，且电子在超快的时间尺度上可以从一个表面移动到另一个表面。　　“长期以来光催化中的主导电荷分离机制很难解释跨越如此大空间尺度超快电荷转移。”范峰滔说，“我们将超快的电荷转移归因于新的弹道传输机制，其中载流子以极高的速度传播，在与晶格发生作用之前就已经跨越了整个粒子。”　　进一步，为了直接观察电荷转移过程，研究人员进行了瞬时光电压分析，发现随着时间尺度从纳秒到微秒的发展，空穴逐渐出现在含有缺陷的晶面。研究表明，晶面上光生电子和空穴的有效空间分离是由于时空各向异性的电荷转移机制共同决定的，这一复杂机制可以通过各向异性晶面和缺陷结构来可控的调整。　　“通过集成结合多种先进的表征技术和理论模拟，包括时间分辨光发射显微镜（飞秒到纳秒）、瞬态表面光电压光谱（纳秒到微秒）和表面光电压显微镜（微秒到秒）等，像接力赛一样，第一次在一个光催化剂颗粒中跟踪电子和空穴到表面反应中心的整个机制。”李灿说，“时空追踪电荷转移的能力将促进对能源转换过程中复杂机制的认识，为理性设计性能更优的光催化剂提供了新的思路和研究方法。”　　“未来，这一成果有望促进太阳能光催化分解水制取太阳燃料在实际生活中的应用，让梦想逐渐变为现实，为我们的生产和生活提供清洁、绿色的能源。”李灿说。　　该项工作得到国家自然科学基金委“人工光合成”基础科学中心项目、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、国家重点研发计划及大连化学物理研究所创新基金等的支持。

在阿尔茨海默病（AD）进展中，存在beta淀粉样蛋白（β-Amyloid，Aβ）的积累。Aβ在受影响的脑组织区域形成病理性聚集，被认为与AD的发生、进展和表型密切相关。多种翻译后修饰（如磷酸化、硝基化、糖基化等）对Aβ的病理性聚集及体内生物活性具有重要且不同的调控作用。在AD患者脑内，多种病理相关蛋白的糖基化位点、数量和水平都发生了显著性改变，表明了糖基化修饰在AD发生和发展中的重要意义。2011年，科学家对AD病人脑脊液中的Aβ片段进行鉴定，检测到之前未在哺乳动物中发现的酪氨酸O-糖基化修饰，然而由于天然来源的翻译后修饰蛋白丰度低、微观不均一等困难，Aβ糖基化修饰的生物学功能及在疾病中的作用尚未能得以阐释。　　近日，中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心刘聪课题组与北京大学药学院董甦伟课题组合作，在J. Am. Chem. Soc.上发表题为O-Glycosylation Induces Amyloid-β to Form New Fibril Polymorphs Vulnerable for Degradation的研究论文，利用化学合成策略构建了一系列含不同O-糖基化修饰的均一结构Aβ，并系统研究了糖基化修饰对Aβ病理性聚集的调控作用及其构效关系。　　该研究中，研究人员首先合成了三种O-糖修饰的酪氨酸砌块，糖基分别是α-GalNAc, Galβ1-3GalNAc和Neuα2,3Galβ1-3GalNAc。然后，通过固相多肽合成策略将上述三种酪氨酸砌块制备相应的Aβ糖肽。然而，Aβ含有较多大位阻氨基酸，且自身疏水性强、容易聚集，再加上糖基的引入，给Aβ糖肽的合成带来了不少困难。为了克服这些合成难题，研究人员利用微波辅助的合成策略以及多赖氨酸亲水标签等方法，以较高效率获得了结构均一、含有不同O-糖修饰的Aβ糖肽。他们进一步对三种Aβ糖肽和不含糖链的Aβ多肽进行性质表征，发现糖基化修饰能够显著抑制Aβ的聚集，并且抑制效果与糖链结构相关。通过对Aβ聚集/解聚动力学的进一步研究，表明糖基修饰可以降低纤维结构的稳定性。在酶解实验中，糖基修饰的Aβ纤维表现出了更差的酶解稳定性。　　为进一步阐述糖基化修饰降低Aβ纤维稳定性的分子机理，研究人员通过冷冻电镜技术（Cryo-EM），获得了Galβ1-3GalNAc糖型Aβ纤维的3.1埃近原子级分辨率结构。糖基修饰的Aβ组装形成了一种全新的淀粉样纤维结构，其纤维核心由6-42位氨基酸残基组成，并且在Tyr10残基侧链附近可以观察到修饰糖基的电子密度。通过与未修饰的Aβ纤维核心结构进行比较，研究发现Tyr10的糖基化会增大其与相邻氨基酸残基的空间位阻，从而导致整个Aβ纤维核心结构的重排。相较而言，糖基化Aβ纤维的结构具有更小的原纤维间交互界面，且仅由两对盐桥（Asp23和相邻原纤维的Lys28）所维持。这为糖基化修饰降低Aβ纤维稳定性提供了分子层面的解释。　　该工作首次发现糖基化修饰在动态调控Aβ病理性聚集方面的重要功能，为后续研究不同糖基修饰对神经退行性疾病病理蛋白聚集的生物活性及病理毒性的调控作用，提供了有利的研究工具及新的研究思路。该工作得到了国家自然科学基金委、北京市自然科学基金委和中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划的资助。　　论文链接

学理工的人大概都有这样的感觉，很多规律和现象都可以用理论、公式或算法来描述及推导。只要知道了所有的条件，便能预测结果。反过来，也可以通过现象反推关键的成因。久而久之，我们也习惯并爱上了这样逻辑清晰、条理分明的世界。以至于我们时常因为意外的结果徒然而叹，也为寻找到那孜孜以求的&ldquo 理&rdquo 而欢欣鼓舞。抛开现实里的林林总总，理工男女的生活可以很简单&mdash &mdash 以&ldquo 理&rdquo 立身，有&ldquo 理&rdquo 走遍天下，无&ldquo 理&rdquo 无地容身。这样的准则对某些人来说甚至可以上升到人生哲学的高度&mdash &mdash 直到他们遇上了生物学。 　　相比数理化，生命科学相当&ldquo 后进&rdquo 。在数理化已经发展到有相当完整的理论体系的今天，生物学，尤其是分子生物学可谓是才刚刚起步。&ldquo 不幸的&rdquo 生物工作者还处于认知的原始积累阶段。我们研究的几乎每一个对象，每一种方法，大概还没有可以宣称已经研究透彻的例子&mdash &mdash 即使对象是简单如病毒这样连生命都算不上的活性大分子。实验不能重复，现象无法解释这样的事在生物实验室里是家常便饭。许多人都遇到过PCR扩增失败，或电泳多出一条带这样的事。多数选择再做一次看看，而不是寻根究底。因为整个系统太复杂、变量太多太多了。 　　 　　系统的复杂程度太高是一方面，另外一个原因是研究手段的局限(当然还有更多客观原因，非本文主旨所以省略)。微观世界的研究手段的升级依赖于其他科学门类的进步，对手段的依赖必然导致方法论的单调。在分子和细胞生物学领域，许多人习惯用宏观思维去理解微观世界，比如重视群体现象而忽视个体差异，用一群相关的细胞代替一个系统。而对一个复杂的系统用笼统的手段进行研究，得出的结论自然是粗浅的。 　　虽然没人做过统计，但据估计至少95%以上的现代生物学研究成果是建立在对细胞群体的研究基础上。忽略细胞异质性(Cellular Heterogeneity)的方法固然降低了系统的复杂度，简化了流程。其带来的生物信息不可逆的丢失也是显而易见的。这种平均化的方法必然导致信息的稀释或丢失，在某些情况下甚至会让人得出矛盾的结论。另外，该方法让发现并分离细胞群体中的&ldquo 异类&rdquo 的尝试变得难上加难。如此，只有强信号才有可能被检测到。而这不仅让以往科学家们的努力有了不过是摘取了低处枝条上果实的意味，也让部分成果的准确性打上了问号。 　　单细胞分析技术正是解决上述问题的方法，其中最引人注目的是单细胞测序技术(Single-Cell Sequencing)。然而，细胞异质的不确定性导致需要同时分析很多单细胞以消除小量样品可能带来的偏差，而这直接和实验可行性挂钩。幸运的是，由于技术的进步和费用的降低，单细胞测序技术近年来已得到迅速推广。通过对单个细胞的逐个测序，信息的精度、深度，以及信息量可获得几何级数的增长，随之带来的是我们对具体对象更加翔实和准确的了解。而且，通过数学方法，高度相关的细胞可以被整合起来当作亚群体处理以部分消除单个细胞的随机异质性，或者按相关性重排以构建全新的不依赖于传统时间轴的图谱。这些新手段已经给我们带来了一些前所未有的认知。那些前沿科学家们所取得的成就，同时也刺激着更多的人加入他们的行列，形成了正反馈。 　　近年来，单细胞测序逐渐大众化，相关的论文发表数量在2010年后呈指数增长之势，在高品质期刊上发表的单细胞研究成果屡见不鲜。其产生的影响深远，以致Nature Methods将单细胞测序选为2013年度重大技术，并在2014年首刊专述。在后面的文章中我将会挑选几篇有代表性的文章谈谈它们的意义。有意思的是，二代测序技术已经在2007年当选Nature的年度重大技术。单细胞研究的流行无疑让它的使用拓展到了更广阔的领域。 　　单细胞研究不仅在DNA和RNA测序方面取得了极大的进展，单细胞质谱分析(Mass Cytometry)也正在逐渐得到更多的关注。该技术用带有重金属原子标记的单克隆抗体对细胞表面和细胞内的关键蛋白进行标记，然后依次等离子化细胞，通过质谱分离重金属原子并分析其丰度来获取相应蛋白在各细胞内的表达情况。该技术也叫质谱流式细胞技术，相比荧光流式细胞技术，其主要特点是背景低、通道互扰小，所以可以同时分析更多的蛋白质。如今可用的重金属标记已达35种，这是基于荧光的检测手段无法企及的(最新的荧光流式技术可一次检测16-18种蛋白)。该技术可以一次分析百万量级的单细胞，而且没有理论上限，超出单细胞测序几个数量级。因此可以用来构建非常详细的细胞关联图，尤其适合分析高复杂度的系统，比如血液中的细胞。另一方面，单细胞质谱无法像测序那样对全基因组进行分析，但是由于它是直接对细胞的功能的执行者&mdash &mdash 蛋白质进行解析，跳过了对细胞内各种基因表达调控机制的考量，其意义是非常明显的。 　　此外，单细胞测序技术让微流控芯片技术(Microfluidics)得到了发展。除了在制备单细胞测序文库方面具有优势以外，该技术在其他领域内的应用也得到了拓展，如在微流控环境中进行细胞培养。该方法可将少数细胞分离到纳升级(nL)的独立单元中分别培养并进行定向引导，然后可以立即利用微流控系统制备测序文库。在干细胞研究以及生物制药领域，该技术应该有着广阔的应用前景。 　　在单个细胞层面的研究近年来经历了井喷式的增长。然而，其应用主要体现在基础研究中。目前临床上唯一被使用的单细胞检测法是胚胎植入前遗传学诊断(PGD, Preimplantation Genetic Diagnosis)。循环肿瘤细胞(CTCs, Circulating Tumor Cells)虽然在定义上是存在于循环系统中的极少量单个细胞，临床上仍然是先富集然后进行整体分析。对单个CTC进行分析的必要性已有探讨，但开发出相应的技术并在临床上被接受还有一段路要走。

p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 从中国研制第一颗科学卫星——双星计划开始，中国科学院国家空间科学中心的科学家就和瑞典空间物理研究所的科学家有了首度合作。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 时隔十数年，在嫦娥四号国际载荷工作中，两位老朋友再度联手，研制出国际上首个可以在月表直接探测中性原子的仪器——中性原子探测仪。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “月球是一个天然的实验室，太阳风和月表的相互作用，可以类比到其他的行星体上，对未来的科学研究提供重要的科学数据。”中方首席专家、中科院空间中心研究员张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 太阳风吹呀吹 中性原子飞呀飞 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 太阳风是一种跟空气流动很相似的“风”，只不过它吹的不是气体分子，而是太阳上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 由于太阳风中的粒子会干扰通讯系统，它一直让人类倍感恐慌。2006年12月13日，一次太阳风暴曾经对我国短波无线电通信造成严重影响，使得广州、海南、重庆通信中断达3小时之久。好莱坞大片《2012》《末日预言》等也曾展现过人类对于太阳风袭击地球的恐惧。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 这种恐惧同时也演化成了科学家的研究方向，在没有磁场、大气保护层的“月球实验室”里，他们决定近距离且直观地看一看太阳风与月球表面的作用机制。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “最早，人们以为太阳风里的离子和电子是被月表吸收了，但是，经过一段时间的研究后，科研人员发现，太阳风离子打到月表后，会反射回来，反射回来的粒子里，有一部分仍然是离子状态，还有一部分则获得了电子，从离子状态变成了原子状态，成为中性原子。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 与此同时，就好比“一石激起千层浪”，太阳风里的高速粒子打到月球表面后，也会将月球表面物质溅射起来。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “最终，溅射出的中性原子也会因为拥有一定的速度和能量，出现‘逃逸’，形成月球的外逸层。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 除此之外，太阳风和月表作用会对月球环境产生什么样的影响，也是科学家希望探索的内容。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “有科学家猜测，太阳风里的氢离子和月表的氧相击，可能会产生水，月球上的水可能与太阳风打到月球表面有一些关系，虽然这还不是一个定论，这也是我们想要搞清楚的内容。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 创造探月新历史 首次月表直接探测 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 这次，嫦娥四号上搭载的中性原子探测仪，主要目标就是在月表上测量太阳风和月表相互作用之后产生的中性原子，包括太阳风本身的离子获得电子后产生的中性原子，和月球表面被溅射出的中性原子。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 印度的首颗绕月人造卫星“月神一号”曾经搭载过中性原子成像仪，但和其他探月卫星一样，都是在环月轨道上对中性原子进行探测。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “我们这次要做的是在月表巡视区直接测量中性原子，可以说是人类探月史上首次在月表开展中性原子探测。以往的探测就好像是用肉眼看中性原子，这次，我们是拿着放大镜近距离、仔细地看。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 过去人类在环月轨道对中性原子的探测，曾发现了一些超出预期的现象，留下了一些未解之谜，例如，人们发现中性原子和太阳风在密度、速度比率上没有直接关系等，而这些谜题也为此次探测指出了方向。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “这次我们在月表可以进行实地观测，随着月球车在月表移动到不同位置，可以观测到月表不同的地形地貌，进而观测到太阳风与月表相互作用的不同过程，有望解决过去遗留的类似科学问题。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 碰撞与交流中 航天文化再度对接 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 作为搭载在嫦娥四号巡视器上的国际载荷，中性原子探测仪由瑞典空间物理所负责研制，中国科学家参与设备的性能测试及交付后的相关工作。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 张爱兵介绍，中国与瑞典在科学卫星载荷上，已经有了很长的合作历史。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 最开始的合作是在中欧合作研制的我国第一颗空间科学卫星——双星计划时。双星计划中有一台测量地球轨道环境下中性原子情况的中性原子探测仪，就是由中国科学家和瑞典科学家合作完成。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 2009年，中国发起的“萤火一号”火星探测计划中，中国科学家与瑞典科学家再度合作，双方分别研制其中一个载荷的一部分，然后集中在一起形成了一个载荷包，用于测量火星离子和电子的情况。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 此外，在中科院空间科学先导专项中，中国科学家和瑞典科学家也曾联手完成一些预先研究项目。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “由于双方合作次数比较多，所以在嫦娥四号的合作上非常顺利。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 当然，尽管顺利，但合作中难免会有碰撞和交流，“新的合作加深了两国航天文化的交流。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 按照中方的相关规范，中方在国际载荷接管复查过程中要确保接口安全，包括接口设计和元器件等的安全，不能影响其他载荷的工作，更不能影响嫦娥四号整体任务。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “一开始对方不能理解，但是通过交流，他们还是按照我们的要求做了相关工作，并把相关资料提供给中方。此次合作再一次体现了我国航天精益求精的作风，而这样的工作作风也让瑞典科学家十分认可中国科学家的工作。”张爱兵说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 未来，中国和瑞典将共同利用科学数据开展科学研究，为此，中方已经组织了专门的科学家团队。“双方将会协同工作，共同利用好这台仪器的科研数据。”张爱兵说。 /p