新研究首次精确测量出单分子的有效电荷

新研究首次测量出单分子的有效电荷

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，相关研究有望用于未来的医学诊断。

许多生命现象涉及蛋白质等分子之间的相互作用，而电荷在其中起着至关重要的作用。然而，蛋白质在生物体内通常存在于含水环境中，用传统方法很难准确地测量蛋白质在这一环境中的电荷。

苏黎世大学教授马德哈维·克里希南开发了一种精确测量溶液中单个分子电荷的方法。

克里希南等人利用了众所周知的布朗运动现象，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。首先他们把要测量的分子困在一个“势阱”中，这是分子在某一优先范围内势能最小的情况。此时弹跳的水分子不断尝试将这一分子从势阱中排出。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。在实践中，这意味着将分子从势阱中踢出所需的时间与其有效电荷直接相关。

“这最终归结为一个统计原理，”克里希南解释说，“如果我们知道一个分子被困在势阱中的时间有多长，我们就知道这个井有多深，而且由于这个深度直接取决于分子的有效电荷，所以我们也可以非常准确地推导出这个值。”

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。

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，比如阿尔茨海默病和癌症。(记者刘曲)