近期，浙江大學在《科學報告》（Scientific Reports）上在線發(fā)表了題為“Nanoliter-ScaleProtein Crystallization and Screening with a Microfluidic DropletRobot”的論文。該研究利用微流控芯片與機器人技術，將蛋白質(zhì)結晶反應的體積降低至納升甚至皮升級，顯著降低了蛋白質(zhì)的樣品耗樣量，對低表達蛋白質(zhì)的結構生物學研究具有重要意義。

　　X射線晶體衍射技術是現(xiàn)階段最主要和最可靠的蛋白質(zhì)結構測定方法，也是當前結構生物學研究的主要平臺技術。由于蛋白質(zhì)在結晶過程中受到蛋白質(zhì)純度、添加劑、沉淀劑種類、離子強度、pH值和溫度等一系列因素的影響，結晶過程非常復雜，目前還沒有一個成熟的理論可以成功預測蛋白質(zhì)的最佳結晶條件。因此，如何獲得具有足夠衍射分辨率的蛋白質(zhì)晶體成為困擾結構生物學家的主要問題。

　　目前，大規(guī)模的結晶條件篩選仍然是獲得高質(zhì)量的蛋白質(zhì)晶體的主要手段。然而，傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)結晶篩選技術耗樣量較大，研究成本較高，難以廣泛用于低表達蛋白質(zhì)的結構生物學研究，而某些低表達的蛋白質(zhì)往往在生命活動中扮演著極其重要的角色。

　　目前國際上普遍采用液體處理機器人來進行高通量結晶篩選，篩選一個結晶條件的蛋白樣品消耗體積為1-5微升。為了降低單次篩選所需的蛋白質(zhì)樣品體積，工業(yè)界普遍采用微型化的策略來降低最小的液體操縱體積。這當中具有代表性的有英國Douglas公司研制的Oryx-nano系列結晶機器人、美國ArtRobbins公司研制的Phoenix機器人、英國TTPLabTech公司研制的Mosquito系列機器人等。

　　采用這些篩選機器人，單個篩選反應的蛋白質(zhì)消耗量可降低到50–200nL，比常規(guī)篩選系統(tǒng)降低了20–100倍，不僅顯著地降低了蛋白質(zhì)結晶篩選所需的蛋白質(zhì)樣品消耗量，也有效減少了研究成本和時間，因而已成為部分結構生物學實驗室的標準配置。盡管如此，對于膜蛋白等一些難以表達純化的珍稀蛋白質(zhì)樣品，這類儀器的蛋白質(zhì)耗樣量仍然過高，難以滿足結構生物學研究的需要。

　　為了解決這一矛盾，浙江大學研究團隊發(fā)展了一種基于微流控液滴技術和自動化機器人技術的超微量蛋白質(zhì)結晶和篩選系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用順序操作液滴陣列模式構建，同時采用微加工技術，在一個1平方厘米的微孔陣列區(qū)域集成了676個獨立的微孔陣列用于高密度的蛋白質(zhì)結晶孵育和篩選。

　　通過研究微觀多相流體的特點，結合系統(tǒng)性裝置優(yōu)化和改進，將液體處理機器人對蛋白質(zhì)和沉淀劑樣品的最小操控體積降低至120皮升，比現(xiàn)有機器人系統(tǒng)降低了約200-800倍。

　　該裝置被用于對5種水溶性蛋白和1種膜蛋白的大規(guī)模結晶條件篩選，得到了與常規(guī)篩選體系接近的篩選結果。單個液滴結晶反應器的體積為4納升，包含2納升的蛋白質(zhì)和2納升的沉淀劑。篩選96種沉淀劑條件，每種條件重復三次，共生成288個液滴結晶反應器，蛋白質(zhì)溶液的總消耗量僅為579nL，與商品化篩選系統(tǒng)相比，試劑消耗量降低了2-3個數(shù)量級。

　　由于蛋白質(zhì)消耗量的顯著降低，該裝置還可以用于快速生成蛋白質(zhì)二維結晶相圖以及研究微觀體系下蛋白質(zhì)結晶的特殊規(guī)律，為蛋白質(zhì)結晶的理論研究提供一種有力的工具。