固体核磁共振（ssNMR）为快速评估生物激发二氧化硅中的蛋白质结构完整性提供了一种新的方法。
二氧化硅的工业生产规模巨大，应用范围广泛，包括催化、分离、食品和药物技术、生物医学材料和涂料等等。 然而，这与自然界中沉积的二氧化硅的数量相比，相形见绌。二氧化硅是由一系列的生物体创造的，以提供结构支持、防止捕食者和光学纤维的保护。
与合成二氧化硅不同，生物二氧化硅是在温和的pH值和环境温度的水环境中产生的，其颗粒组织水平比合成二氧化硅高得多。利用自然过程生产二氧化硅，对环境更友好，成本更低，一直是生物技术的一个关键发展领域。
生物激发的二氧化硅是在聚阳离子模板分子或酶的存在下通过硅酸的缩聚产生的。以这种方式生产的二氧化硅也可用于包裹大量的蛋白质。封装在二氧化硅中的蛋白质更稳定，可以重复使用。合成条件和使用的蛋白质类型的轻微变化可以使这些蛋白质-二氧化硅构建物具有广泛的形态和特性，如荧光或催化活性。因此，这些生物硅石包裹的蛋白质可能的应用，包括医疗和工业，是无止境的。
尽管它们很重要，但事实证明，我们很难对这些系统的原子级结构进行表征，因为它们的尺寸就排除了许多成像技术。尽管这已经通过固体核磁共振（SSNMR）实现，但所使用的方法依赖于13C检测，限制了灵敏度，因此需要大量的样本量来进行彻底的表征分析。
最近有研究表明，使用1H检测的固体核磁共振可以更容易地调查夹在生物启发的二氧化硅中的蛋白质的结构完整性。尽管这种方法已经被广泛使用，但这是第一次将其应用于评估生物二氧化硅包裹的蛋白质。对两种蛋白质（绿色荧光蛋白[GFP]和基质金属蛋白酶12的催化结构[catMMP12]）的样品获得了1H-15N相关谱图，这两种蛋白质都与促进生物硅的R5肽相融合。所有的谱图都是用布鲁克 Avance III 核磁共振波谱仪获得的。样品装入布鲁克1.3 mm的氧化锆转子是用一个超速离心装置进行的（由布鲁克提供）。
与溶液状态相比，大多数共振被发现得到了保留，证实了蛋白质的结构完整性得到了保留。与13C检测方法相比，最新的方法在成本和时间上都有很大的节省。所用的样本量明显低于以前的研究中所需要的样本量，使提供样本的成本降低了9倍。
此外，1H方法的灵敏度提高，使实验时间减少了4倍。此外，溶液和固体之间13C-13C转移的差异意味着，与用1H方法获得的谱图相比，用13C方法获得的谱图需要更多的时间来解读。
总的来说，使用1H固体核磁共振方法对生物二氧化硅捕获的蛋白质进行表征的成本比使用基于13C检测方法进行的同等研究低80%。使用1H-ssNMR应该有助于用少量的样品快速筛选反应条件和/或底物。
参考文献：
Ravera E. et al. (1)H-detected solid-state NMR of proteins entrapped in bioinspired silica: a new tool for biomaterials characterization. Sci Rep. 2016;6:27851. © Creative Commons Attribution 4.0 International License
