瑞士國家科學(xué)基金會近期宣布，瑞士研究人員首次精確測量出了單個(gè)分子在溶液中的有效電荷，相關(guān)研究有望用于未來的醫(yī)學(xué)診斷。

許多生命現(xiàn)象涉及蛋白質(zhì)等分子之間的相互作用，而電荷在其中起著至關(guān)重要的作用。然而，蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)通常存在于含水環(huán)境中，用傳統(tǒng)方法很難準(zhǔn)確地測量蛋白質(zhì)在這一環(huán)境中的電荷。

蘇黎世大學(xué)教授馬德哈維·克里希南開發(fā)了一種精確測量溶液中單個(gè)分子電荷的方法。

克里希南等人利用了眾所周知的布朗運(yùn)動現(xiàn)象，即懸浮在液體或氣體中的微粒所做的永不停息的無規(guī)則運(yùn)動。首先他們把要測量的分子困在一個(gè)“勢阱”中，這是分子在某一優(yōu)先范圍內(nèi)勢能最小的情況。此時(shí)彈跳的水分子不斷嘗試將這一分子從勢阱中排出。克里希南解釋說：“這就像孩子們在坑底玩球一樣。‘球’就是我們感興趣的分子，而‘孩子們’是水分子。球要飛出坑，就必須受到很大的沖擊。”

分子的有效電荷越高，勢阱的深度也就越大，因此分子從其中噴出的可能性越低。在實(shí)踐中，這意味著將分子從勢阱中踢出所需的時(shí)間與其有效電荷直接相關(guān)。

“這最終歸結(jié)為一個(gè)統(tǒng)計(jì)原理，”克里希南解釋說，“如果我們知道一個(gè)分子被困在勢阱中的時(shí)間有多長，我們就知道這個(gè)井有多深，而且由于這個(gè)深度直接取決于分子的有效電荷，所以我們也可以非常準(zhǔn)確地推導(dǎo)出這個(gè)值。”

為了創(chuàng)造這樣一個(gè)勢阱，研究人員將蛋白質(zhì)溶液壓縮在兩塊玻璃之間，其中一塊覆蓋有微孔。溶液中的蛋白質(zhì)分子用熒光劑標(biāo)記，以方便用光學(xué)顯微鏡追蹤。

這一新發(fā)現(xiàn)不僅具有重要的基礎(chǔ)研究價(jià)值，同時(shí)也有助于診斷出許多由畸形蛋白質(zhì)引起的疾病，比如阿爾茨海默病和癌癥。