案例分享 | 病毒颗粒为感染宿主化身“变形金刚”——原子力显微镜助力研究其形变过程

      原子力显微镜的纳米力学技术可以用于研究二十面体病毒颗粒在受到分钟量级恒定应力按压时的响应。实验结果为病毒形变的研究提供了技术支撑，并强调了晶体病毒外壳上缺陷的重要性。

      病毒在其生存周期中会受到各种各样的机械或化学激励，它们也会相应地发生形态的变化。而对于这些过程的研究可以帮助我们更好地理解病毒是如何与宿主细胞的界面发生相互作用的。由于模拟技术在时间上有一定的局限性，这使得在一个完整的形变过程周期中对于病毒颗粒的实验测试数据尤为重要。

      为了这一实验目的，一个由来自西班牙和美国的科学家们组成的科研团队利用原子力显微镜的纳米力学技术使病毒空衣壳以及野生株(wt)雀麦草花叶病毒(BMV)颗粒发生形变。受到恒力单轴压缩的颗粒都会表现出高度的突然减小，即使施加的应力远低于屈服点力的大小。而通过对形貌图的分析不难看出当施加的应力超过一个临界值时形变便会发生，而这一临界力的大小则取决于衣壳的种类。

      通过将病毒外壳模拟为球状晶体进行的理论计算表明这一高度上的突变可能是来自于晶格缺陷的动态重组。这一研究突出了病毒形变过程中拓扑缺陷的重要性，这也有助于我们更好地理解病毒对不同的机械及化学信号的响应。

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Cypher系列原子力显微镜

技术应用

      研究人员利用力曲线模块对处于缓冲液中的BMV颗粒进行了蠕变柔量测试。通过AFM针尖向病毒颗粒施加一定的应力，而为了保持应力恒定导致的针尖Z方向的位置变化则被记录下来。这一力曲线测试的时间跨度为10^-3到10²秒。病毒颗粒在发生形变前后的形貌图均在轻敲模式下采集得到。牛津仪器Cypher系列原子力显微镜的噪音水平仅为其它大部分AFM的一半左右，Cypher也由此可以稳定地进行灵敏度很高的力学测试。Cypher还具有精确的温度控制功能，其温度控制的精度可以达到±0.5 °C，这使得样品的热飘速度通常低于2 nm/min，也进一步增强了实验结果的准确性。

Citation: M. Hernando-Pérez, C. Zeng, M. C. Miguel, and B. Dragnea, Intermittency of deformation and the elastic limit of an icosahedral virus under compression. ACS Nano 13, 7842 (2019). https://doi.org/10.1021/acsnano.9b02133

Note: The data shown here are reused under fair use from the original article, which can be accessed through the article link above.

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