橡树岭国家实验室 带电中子:扫描透射电子显微镜中的单色电子能量损失光谱学用于区分仅在单个原子上的单个中子不同的分子
电子束可以捕捉由额外中子引起的氨基酸微小分子振动的变化，而不会损坏样品，并具有前所未有的空间分辨率
学分:安迪·斯普劳斯/美国橡树岭国家实验室
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能量的 一种新的电子显微镜技术可以在纳米尺度上检测蛋白质重量的细微变化，同时保持样本的完整性，这可能为更深入、更全面地研究生命的基本组成部分开辟一条新的途径
能源部橡树岭国家实验室的科学家在《科学》杂志上描述了首次使用电子显微镜在纳米尺度上直接识别氨基酸同位素而不损坏样品
同位素通常用于标记分子和蛋白质
通过测量分子振动信号的变化，电子显微镜可以以前所未有的光谱精度和空间分辨率跟踪同位素
该技术不会破坏氨基酸，允许对动态化学进行实时空间观察，并为生命科学中从简单到复杂的生物结构的大量科学发现奠定基础
“我们理解疾病进程、人体新陈代谢和其他复杂生物现象的方式是基于蛋白质之间的相互作用，”ORNL博士后研究员、第一作者乔丹·哈切特说
“我们通过用同位素标记特定的蛋白质来研究这些相互作用，然后通过化学反应跟踪它，看看它去了哪里，做了什么
" 橡树岭国家实验室的科学家使用了单色、像差校正的扫描透射电子显微镜(MAC-STEM)，这种技术可以在纳米尺度上检测蛋白质重量的细微变化，同时保持样本完整，是大规模质谱实验的完美补充。
荣誉:卡洛斯·琼斯/美国橡树岭国家实验室
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能量的 “现在，我们可以直接用电子显微镜跟踪同位素标记，这意味着我们可以用与蛋白质实际大小相当的空间分辨率来完成，”哈切特补充道
他们的新实验在ORNL纳米材料科学中心进行，在扫描透射电子显微镜中使用单色电子能量损失光谱学
科学家使用的技术足够灵敏，可以区分单个原子上的单个中子不同的分子
鳗鱼被用来捕捉氨基酸分子结构中的微小振动
“同位素标签通常是在宏观水平上使用质谱来观察的，质谱是一种揭示样品原子量和同位素组成的科学工具，”ORNL工作人员科学家和相应作者胡安·卡洛斯·伊德罗博说
“质谱具有令人难以置信的质量分辨率，但它通常没有纳米空间分辨率
这是一种破坏性的技术
" 质谱仪使用电子束将分子分裂成带电的碎片，然后通过它们的质荷比来表征
在宏观尺度上观察样本，科学家只能从统计学上推断样本中可能存在什么化学键
样本在实验过程中被破坏，留下了未被发现的有价值的信息
ORNL团队应用的新电子显微镜技术提供了一种更温和的方法
通过将电子束放置在非常靠近样品的位置，但不直接接触样品，电子可以激发和检测振动，而不会破坏样品，允许在室温下长时间观察生物样品
跨学科的研究团队将无损伤同位素标记技术带到了电子显微镜的纳米级水平，从左至右，他们包括雅科夫斯基、桑塔·雅松-波波娃、胡安·卡洛斯·伊德罗波、黄、郑基姆、乔丹·哈切特和伊尔嘉·波波夫，他们都来自
没拍到，翠西C
Lovejoy、Niklas Dellby和Ondrej L
Nion公司的克里瓦内克
荣誉:卡洛斯·琼斯/美国橡树岭国家实验室
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能量的 他们的结果构成了电子显微镜的突破，因为带负电的电子束通常只对质子敏感，而对中子不敏感
“然而，分子振动的频率取决于原子量，对这些振动频率的精确测量打开了在电子显微镜中测量同位素的第一个直接通道，”伊德罗波说
ORNL领导的研究小组预计，他们潜在的改变游戏规则的技术不会取代，而是补充质谱和其他传统的光学和中子技术，目前用于检测同位素标签
“我们的技术是大规模质谱实验的完美补充，”哈切特说
“有了质谱学的预先知识，我们可以进入并在空间上分辨同位素标签在真实空间样本中的位置
" 除了生命科学之外，这项技术还可以应用于其他软物质，如聚合物，并有可能应用于量子材料，在量子材料中，同位素替代可以在控制超导性方面发挥关键作用
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