2016年3月16日
为了更好地研究微重力的影响，日本研究人员培育了蛋白质晶体，并利用激光干涉测量技术成功地确定了晶体在国际空间站(ISS)上的生长速度。
(a)白色环是一个陶瓷螺旋插入物，螺钉样品架放置在其上。比例尺为10毫米。(b)生长细胞主体为石英玻璃(橙色)。两个带有橡胶塞子(黄色)的石英玻璃毛细管用胶粘剂固定在阀体上。弹性体管(红色)附着在每根毛细管上。在生长细胞充满生长溶液(浅蓝色)后，用金属线(箭头)封闭管。(c)生长细胞示意图。(来源:冢本等人/东北大学)。
距离有时可以为问题提供新的视角。对分析蛋白质晶体生长的研究小组来说，这个距离是在250英里高空——国际空间站围绕这颗行星运行的高度。
冢本胜雄(Katsuo Tsukamoto)的研究小组来自日本仙台东北大学(Tohoku University)地球与行星科学系和日本宇宙航空研究开发机构(Japan Aerospace 欧洲杯线上买球Exploration Agency)，他们在国际空间站上一个特别设计的舱室里培育晶体。这样做是为了将蛋白质晶体的生长从重力的影响中分离出来。
该团队使用激光干涉测量技术跟踪了晶体的缓慢生长和溶解速度。这个速率大约是晶体的1厘米/秒。这是国际空间站首次采用这种方法来测定不同温度下晶体的生长速率。为了将这种方法形象化，研究人员开发了独特的生长细胞，这对于大约6个月的长期项目来说是完美的。
我们对太空生长的蛋白质晶体——溶菌酶晶体——的生长机制感兴趣，以此作为模型晶体来理解为什么太空生长的晶体有时比地球生长的晶体表现出更好的质量。
山崎智也，东京大学博士生
Tsukamoto和他的团队，包括日本空间论坛的合作者，日本航空宇宙探索机构，奥林巴斯光学，描述了他们组织良好的生长技术每年出版的科学仪器评论。
2012年，在国际空间站的日本实验舱(KIBO)上进行了被称为NanoStep的实验。研究小组已经在重复微重力下测量了蛋白质晶体的生长速度，他们使用了一架俄罗斯可回收飞机和一颗抛物线飞行的卫星。该小组通过测量通过干涉测量获得的溶液的折射率分布，精确测量了溶菌酶晶体的生长速率与过饱和的比率——蛋白质浓度除以其溶解度的自然对数。这也提供了关于生长机制的重要数据。
研究小组决定通过降低或提高生长细胞的温度来改变溶液的过饱和状态。这发生在10到40的范围内o也可以远程执行。结果，一个封闭的，立方体状的生长细胞被建造来承受由溶液的热膨胀引起的应力。生长细胞是由不同厚度的石英玻璃制成的，由于其具有高的机械和化学抗性，是干涉测量的主要成分，蛋白质种子晶体固定在螺旋样品架的顶部。为了减轻玻璃的热应力，研究小组固定了弹性体基管。弹性体是一种低渗透的热弹性聚合物。这种聚合物被用来减少晶体生长溶液中的水分蒸发。溶液包括25 mg/ml氯化钠和30或35 mg/ml溶菌酶在50 mM醋酸钠缓冲溶液中。通过确保热控制模块和玻璃单元之间的间隙在热膨胀之间保持恒定，一个独特的弹簧张力系统也被用于减少应力。
在生长细胞的帮助下，小的不溶性矿物的溶解和生长速率的测量可以在0.001 nm/s量级上进行调整。例如，生长细胞能够确定碳酸钙晶体，在地质时间尺度上，其误差范围可能是相当大的，例如预测覆盖在核废料上的粘土矿物的溶解速率，这些粘土矿物在地下保存了10万年。
研究人员预计，由于抑制了溶液对流，晶体溶液的生长速度会较慢，但结果显示，生长速度增加了。这可能是由于抑制了不纯的，更大直径的分子向生长晶体的传输速率，正如在过饱和与生长速率的关系中所研究的。这项工作将在即将出版的论文中发表。
正在为采用相同仪器研究葡萄糖异构酶晶体和其他晶体生长的扩展项目作准备。
来源:https://www.aip.org/