原子力显微镜特点为多糖结构研究提供极大方便

随着高新技术的发展,多糖的结构已在不同层次上进行了研究。比如,采用核磁共振(NMR)技术确定多糖的组成和分子结构;采用X射线衍射(XRD)技术确定多糖的空间有序结构;采用电子显微镜和光学显微镜观察多糖的形态。近十余年来,原子力显微镜(AFM)的出现和不断完善,对研究多糖的分子形貌和精细结构提供了极大的方便。本文将从AFM的原理和在多糖结构研究方面取得的进展两方面进行综述,以求促进我国在该领域的发展。

多糖、DNA和蛋白质等生物大分子,按照不同的实验目的要求,可以在真空、大气、氮气、水及缓冲溶液,有机介质如乙醇和丁醇等环境下进行AFM扫描研究;还可以进行高温和低温成像。一般地,在空气中成像时,探针和样品分子表面难以避免有一层水膜,致使扫描时探针穿透这层水膜而产生强大的毛细力(几个到几百nN),很容易损坏软性的生物大分子。因此,如采用在空气中成像的方式,一般对于空气中的含水量有一定要求(如<30%),否则影响图像的质量。AFM可以观测导体,也可以观测不良导体和绝缘体;还可以在不同的环境下操作;不需要象透射电镜(TEM)成像时的重金属染色和STM所用的金属涂层,节约了时间和费用,还避免了使用金属时产生的人为因素。因此,AFM是近年发展起来的一种能够达到原子级别的表面结构分析仪器,已经发展成为表面分析领域最通用的显微分析方法。

低分子量的多糖一般溶于水,为AFM试样的制备带来了方便。蔡林涛[7]等将纯化后的虫草多

糖制成0.01mg/mL的水溶液,滴在Ni2+离子处理过的新剥离的云母上,干燥后进行AFM扫描观察。

用AFM观察到西洋参多糖(PPQ_d)[14]的分子链聚集状态。PPQ_d呈多股紧密并行螺旋形排

列。

尽管AFM在多糖结构方面的研究报道不多,但是,AFM的特点已经为多糖结构的深入研究提供了极大的方便。低温(Cryo)_AFM技术的出现、探针尖端制备技术的完善等都必将促进多糖结构研究的不断深入。结合其它现代表征手段,多糖寡糖片段和多糖单链的构象以及多糖与缀合物的空间关系等工作将成为进一步研究的重点。淀粉原生态的结构与成因,支链淀粉的分子结构和凝聚态结构图象将是近期的研究热点。AFM独特的性能将会在多糖类大分子的结构研究中显示美妙的前景。

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