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　　最近，在國家自然科學基金的資助下，吉林大學張文科教授進一步發展了方法，將研究對象拓展到高分子分子間相互作用直接測量，分別在高分子結晶態分子間相互作用和RNA與蛋白質間相互作用取得重要進展。

　　對于核酸與蛋白質的相互作用機理的研究有利于實現對許多重要生命過程，如病毒感染及癌細胞生長的調控。而研究生物體系中核酸與蛋白質的相互作用對于準確揭示它們之間的作用機理更具實際意義，但長期以來由于難以找到適當方法獲得直接測量，使得此研究進展緩慢。張文科與中國科學院長春應用化學所蘇朝暉、王倩等合作，選取了煙草花葉病毒（TMV）為研究對象，利用單分子力譜方法研究了其基因組RNA與蛋白質外殼之間的相互作用。通過精細調控，將TMV顆粒以豎直方式固定在固體基片表面，然后利用AFM針尖與TMV內部的RNA之間的物理吸附作用，將RNA基因組從其蛋白質外殼中逐步提拉出來，直接測得了RNA從其蛋白質外殼上解組裝所需外力的大小（見圖1）。該解組裝力隨著拉伸速率的增加而增大，隨著pH值的增加而降低。研究還發現，解組裝的RNA在適宜條件下可以重新結合到其蛋白質外殼上。通過此研究他們將AFM單分子力譜方法拓展到復雜生物體系中核酸與蛋白質相互作用的研究中，同時有望將該技術應用到病毒感染機理的研究。相關研究結果發表在J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11036-11038。

　　高分子材料的力學性質是由高分子鏈結構與高分子鏈之間的相互作用所決定。但是，由于體系的復雜性，對處于凝聚態的高分子體系中分子間相互作用的單分子研究很難實現。張文科與清華大學張希教授合作，他們在國際上率先將原子力顯微鏡（AFM）的成像與單分子力譜巧妙地結合起來，建立了從單分子水平研究高分子單晶中聚合物鏈之間相互作用的方法。以末端含巰基修飾的聚氧乙烯（PEO）單晶為模型體系，先利用自晶種法從其稀溶液中制備出PEO單晶；接著利用金納米粒子與巰基之間化學吸附標記巰基末端，結合AFM成像來定位金納米粒子；再利用雙巰基修飾的AFM針尖與特定的金納米粒子接觸，通過化學吸附形成橋連（見圖2）。他們利用這種方法成功地實現了高分子鏈從其晶體中的單分子拉伸，定量測量了高分子鏈間相互作用的強度。該研究拓寬了單分子力譜方法在高分子凝聚態研究中的應用，并可能用于單分子水平研究各種高分子的結晶行為。相關研究成果發表在J. Am. Chem. Soc., 2011, 133, 3226-3229。論文發表后，Nature Materials雜志以“Getting a grip”為題，將該項工作作為“研究亮點”進行了報道。同時，NPG Asia Materials 以“Polymer science: Investigating interactions”為題也進行了評述。

圖1  單分子力譜測定煙草花葉病毒中RNA從其蛋白質外殼上解組裝所需外力

圖2 單分子力譜定量測定高分子單晶中聚合物鏈間相互作用