一种用于原位X-射线衍射的蛋白质复合育晶盒制造技术

本发明专利技术公开了一种用于原位X‑射线衍射的蛋白质复合育晶盒，旨在解决生物技术领域需要将蛋白质晶体从结晶室中捞出实施X‑射线衍射而可能损伤晶体的技术问题，为研究蛋白质分子的结构与功能和进一步的智能药物开发提供更有效的手段。该复合育晶盒由阵列排布的多个复合结晶室和/或多个汽相结晶室及磁性材料组成，两种结晶室内部都有吸附固定沉淀液或平衡液的多孔质材料、吸附和固定蛋白液和蛋白质晶体的凝胶薄层，以及用于将蛋白液与沉淀液或平衡液隔离开的挡板；挡板上面有缺口或缝隙，使得蛋白液与沉淀液直接接触，或借助汽相接触。接触的结果是蛋白液达到过饱和并析出蛋白质晶体。使用时无需捞出晶体，直接将育晶盒侧立置于X‑射线衍射仪上即可。

A Protein Composite Crystallization Box for In-situ X-ray Diffraction

【技术实现步骤摘要】
一种用于原位X-射线衍射的蛋白质复合育晶盒
本专利技术公开了一种用于将溶液中生长的蛋白质晶体连同容器一起直接置于X-射线中实施原位衍射的复合育晶盒，属于生物

技术介绍
生命科学是二十一世纪的科学，人类基因组计划引发的生命科学革命，在后基因组时代的结构基因组或蛋白质组时期达到高潮，因为基因只是生命的蓝图，而蛋白质才是生命的实现。蛋白质既是构筑生命体的“砖块”，又是执行生命活动的“分子机器”。蛋白质分子机器的功能取决于它的分子结构。蛋白质分子非常复杂，通常由成千上万个碳、氢、氧、氮、硫等原子构成。蛋白质的分子结构可以分为I级结构、II级结构、III级结构和IV级结构。I级结构呈无分枝线状，由相同或不同氨基酸的羧基与羟基通过缩合反应生成肽键相连，称为肽链。II级结构是I级结构折叠形成的典型花样，如螺旋状、片层状。蛋白质分子的III级结构是由有序的II级结构和肽链无序部分共同形成的三维空间结构，这时的蛋白质分子便具有了特定的功能。IV级结构是指几条各自具有自己的III级结构的肽链组装形成的复合物，单条肽链称为亚基。可以发现，蛋白质分子的III级结构非常重要，不同的I级结构可以有相似的III级结构以致类似的功能，而不同的III级结构决定了不同的生物学功能。因此，揭示和研究蛋白质分子的III级结构对于进一步研究其生物学功能、病理机制乃至智能蛋白质药物的开发具有十分重要的意义。研究测定蛋白质分子的III级结构是结构基因组学或蛋白质组学的核心工作。当前主要有四种方法：晶体X-射线衍射法、NMR核磁共振法、冷冻透射电子显微镜法、理论预测法。晶体X-射线衍射法是当前最重要和最常用的方法，是将蛋白质分子组装为单晶体，单晶体经过X-射线照射获得包含分子结构信息的衍射花样，衍射花样再经过一系列的晶体学计算分析，最终还原出蛋白质分子三维空间结构的“庐山真面目”。由于蛋白质分子原子多、结构松散、含水量高等一系列原因，生长大尺寸和高质量的晶体非常困难。研究人员为此研制出汽相扩散结晶法、液相扩散结晶法、配液结晶法、透析结晶法等各种方法，甚至将结晶工作拿到天上进行，以期借助微重力对蛋白液中对流的抑制来提高蛋白质晶体的生长尺寸和质量。这些方法中，最常用的是汽相结晶法和液相结晶法，不同蛋白质有时需要选用不同的方法。随着X-射线光源的功率和质量的提高，如同步辐射光源的使用，对蛋白质晶体尺寸的要求由毫米级降为微米级，但随之而来的问题是晶体的捞取、固定、液氮冷冻、对心调节等操作更加困难。为此，生产桌面级X-射线光源的主要厂家日本Rigaku公司，提出直接将高通量结晶板置于X-射线光路中实施衍射的技术，并研制出结晶板夹持和调位机构，不再使用微米直径的尼龙丝环捞取和冷冻晶体。但是目前市场上并没有为此专用的可侧立放置的高通量结晶板；已公开专利技术专利“一种蛋白质晶体的原位衍射装置及衍射方法”(公开号CN108593689A)和“近生理状态生物大分子晶体的衍射方法”(公开号CN108732193A)描述了所专利技术的原位衍射结晶盒，但双面胶两侧粘贴高分子膜的技术方案在盒子侧立使用时不能固定晶体，而且双面胶对许多蛋白质结晶溶液存在物理化学相容性问题，此外技术方案没有给出蛋白质溶液及其平衡液/沉淀液的布局方案，也就是没有明确采用何种结晶方法，如汽相扩散法、液-液扩散法或者配液法等。普通的结晶板侧立放置时，蛋白质晶体会运动，平衡液和蛋白液会运动，X-射线被晶体衍射后改变方向被结晶室侧壁阻挡，这些问题轻者降低衍射花样的质量，严重时引入错误信息导致解析的蛋白质分子结构不正确。因此，研制可原位衍射的结晶器具成为解决当前问题的关键。
技术实现思路
为了解决以上存在的问题和缺陷，本专利专利技术了一种蛋白质复合育晶盒，育晶盒集成了汽相扩散和液相扩散两种蛋白质结晶方法，适应不同蛋白质需求；同时，育晶盒降低了复合结晶室和汽相结晶室中承托蛋白液的底板，以消除侧壁对衍射后X-射线的阻挡，并在蛋白液和室底之间增加了柔性亲水层用以吸附固定蛋白质晶体；再者，为防止沉淀液或平衡液在育晶盒侧立时流动干扰蛋白液，育晶盒还配备1了吸液或固液材料；此外，在育晶盒的边角凹槽中嵌入磁性材料，便于育晶盒在原位衍射夹具上的轻柔装卸。该专利技术适合用于蛋白质晶体原位X-射线衍射的晶体培育，能够克服阻挡X-射线、沉淀液或平衡液移动、晶体移动等问题。新育晶盒也同样适用于平常无需实施原位X-射线衍射的蛋白质晶体的培育，而且新育晶盒可以防止移动操作不当可能导致的沉淀液或平衡液的移位，柔性亲水层还便于使用微米直径的尼龙丝环捞取蛋白质晶体而不损伤晶体。当前国内外没有类似的产品，新产品的投产使用将免除对微小蛋白质晶体的捞取、液氮冷冻、转移、液氮存储等复杂操作和可能面临的晶体破坏的风险，考虑到前期的蛋白质的制备和试剂耗材的资金成本、时间成本和人力成本，新育晶盒的研制和使用将具有显著的经济效益和社会效益。本专利技术的创新点在于：(1)借助蛋白液及结晶室底之间的亲水网状材料固定蛋白质晶体；(2)借助蛋白液及结晶室底之间的亲水网状超分子结构材料或立体网固定蛋白液；(3)采用开孔式多孔材料或亲水网状超分子结构材料固定沉淀液或平衡液；(4)降低池底承托蛋白液部分的高度，以消除结晶室侧壁对衍射X-射线的阻挡；(5)使用磁性材料将育晶盒固定在夹持机构上，装卸方便；(6)具备汽相结晶和复合结晶两种结晶方法，尤其是复合结晶将传统的汽相结晶和液相结晶有机整合到一起，做到了优势互补。附图说明图1为本专利技术育晶盒正面投影图；图2为图1中A-A剖面局部结构示意图；图3为复合结晶室立体结构示意图；图4为汽相结晶室立体结构示意图；图5为汽相结晶室溶剂扩散示意图；图6为复合结晶室溶剂扩散示意图；图7为传统结构汽相结晶室阻挡X-射线示意图；图8为新型汽相结晶室消除X-射线阻挡示意图。具体实施方式为了使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进一步说明。1、组成1)育晶盒整体结构：图1和图2给出了育晶盒的一种优选方案，简要地说，育晶盒由盒体、复合结晶室、汽相结晶室和磁性材料组成，采用左右对称结构布局，由盒体1、复合结晶室2、汽相结晶室3、磁性材料4组成；图2是育晶盒A-A剖面靠近边缘的局部结构示意图。需要说明的是，在该方案中，盒体1与挡板7、U型板13、透光底板17和承液板18是一体式结构，通过注塑工艺一次成型。也可以采取另一种替代方案：复合结晶室2和汽相结晶室3分别是完全独立的小容器，盒体1仅仅是固定复合结晶室2和汽相结晶室3的支架，但此方案的结构性能及成本优势等均不如上面的优选方案，故在此不再赘述。2)复合结晶室2结构和工作原理：结构：复合结晶室2由固液材料5、沉淀液6、挡板7、液相蛋白液8、固晶层9、液相蛋白晶10和承液板18组成。图3是复合结晶室2的立体结构示意图，其中挡板7的右侧和上侧都没有封闭；液相蛋白液8可以是左右两端宽窄相同，也可以是左宽右窄，以调节液相蛋白液8与沉淀液6之间液-液扩散的温和程度。可选地，挡板7的右侧和上侧也可以封闭，通过在其上开出一些规则或不规则的孔洞形成水分子扩散转移的通道，从而成为单纯的液相扩散，或兼具汽相扩散的复合功能。工作原理：图3所示复合结晶室2立体结构示意图中的挡板7的右侧和上侧都没本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于原位X‑射线衍射的蛋白质复合育晶盒，包括由复合结晶室(2)阵列、汽相结晶室(3)阵列以及磁性材料(4)组成的复合育晶盒盒体(1)，其特征在于，该育晶盒还包括组成复合结晶室(2)的固液材料(5)、沉淀液(6)、挡板(7)、液相蛋白液(8)、固晶层(9)、液相蛋白晶(10)和承液板(18)，以及组成汽相结晶室(3)的吸液材料(11)、平衡液(12)、U型板(13)、吸晶层(14)、汽相蛋白液(15)、汽相蛋白晶(16)和透光底板(17)。

【技术特征摘要】
1.一种用于原位X-射线衍射的蛋白质复合育晶盒，包括由复合结晶室(2)阵列、汽相结晶室(3)阵列以及磁性材料(4)组成的复合育晶盒盒体(1)，其特征在于，该育晶盒还包括组成复合结晶室(2)的固液材料(5)、沉淀液(6)、挡板(7)、液相蛋白液(8)、固晶层(9)、液相蛋白晶(10)和承液板(18)，以及组成汽相结晶室(3)的吸液材料(11)、平衡液(12)、U型板(13)、吸晶层(14)、汽相蛋白液(15)、汽相蛋白晶(16)和透光底板(17)。2.根据权利要求1所述蛋白质复合育晶盒，其特征在于，复合结晶室(2)中的挡板(7)将沉淀液(6)与液相蛋白液(8)分开，但挡板(7)的上侧及其一个侧面留有缝隙，使得固液材料(5)中的沉淀液(6)既可以与液相蛋白液(8)直接接触实现液-液扩散，还可以借助汽相连通实现汽相扩散，实现两种方法同时进行的复合结晶。3.根据权利要求1所述蛋白质复合育晶盒，其特征在于，汽相结晶室(3)中的U型板(13)将平衡液(12)与汽相蛋白液(15)隔离开，U型板(13)上的缺口或孔洞可以使得吸液材料(11)中的平衡液(12)与汽相蛋白液(15...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩毅，仓怀兴，万缨，李雪梅，王娅，
申请(专利权)人：中国科学院生物物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11