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溶液中单分子有效电荷首次测出
来源：科技日报 日期:2018-01-18
科技日报北京1月17日电 据物理学家组织网报道，瑞士国家科学基金会近期宣布，瑞士研究人员首次精确测量出了单个分子在溶液中的有效电荷，相关成果有望用于未来的医学诊断。
许多生命现象与蛋白质等分子之间的相互作用有关，而电荷在其中起着至关重要的作用。然而在生物体内，蛋白质通常存在于含水环境，用传统方法很难准确测量蛋白质在溶液环境中的电荷。现在，苏黎世大学教授马德哈维·克里希南找到了解决之道。
克里希南等人利用了众所周知的布朗运动(即悬浮在液体或气体中的微粒所做的永不停息的无规则运动)现象。首先，他们把要测量的分子困在一个势阱中，此时弹跳的水分子不断尝试将这一分子从势阱中击出。克里希南解释说：“这就像孩子们在坑底玩球一样。‘球’就是我们感兴趣的分子，而‘孩子们’是水分子。球要飞出坑，就必须受到很大的冲击。”
分子的有效电荷越高，势阱的深度也就越大，因此，分子从其中喷出的可能性越低，这意味着将分子从势阱中击出所需的时间与其有效电荷直接相关。
为了创造这样一个势阱，研究人员将蛋白质溶液压缩在两块玻璃之间，其中一块覆盖有微孔。溶液中的蛋白质分子用荧光剂标记，以方便用光学显微镜追踪。
克里希南说：“如果我们知道一个分子被困在势阱中的时间有多长，就知道这个阱有多深，而且由于这种深度直接取决于分子的有效电荷，因而可以非常准确地推导出这个值。”
研究人员表示，这一新发现不仅具有重要的基础研究价值，同时也有助于诊断出许多由畸形蛋白质引起的疾病，比如阿尔茨海默症和癌症等，因为在化学层面，很多疾病与蛋白质的电荷变化有关。
