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溶液中单分子有效电荷首次测出

溶液中单分子有效电荷首次测出
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  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,而电荷在幸运28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(幸运28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。