瑞士國家科學基金會近期宣布，瑞士研究人員首次精確測量出了單個分子在溶液中的有效電荷，相關研究有望用于未來的醫學診斷。
許多生命現象涉及蛋白質等分子之間的相互作用，而電荷在其中起著至關重要的作用。然而，蛋白質在生物體內通常存在于含水環境中，用傳統方法很難準確地測量蛋白質在這一環境中的電荷。
蘇黎世大學教授馬德哈維·克里希南開發了一種精確測量溶液中單個分子電荷的方法。
克里希南等人利用了眾所周知的布朗運動現象，即懸浮在液體或氣體中的微粒所做的永不停息的無規則運動。首先他們把要測量的分子困在一個“勢阱”中，這是分子在某一優先范圍內勢能最小的情況。此時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。在實踐中，這意味著將分子從勢阱中踢出所需的時間與其有效電荷直接相關。
“這最終歸結為一個統計原理，”克里希南解釋說，“如果我們知道一個分子被困在勢阱中的時間有多長，我們就知道這個井有多深，而且由于這個深度直接取決于分子的有效電荷，所以我們也可以非常準確地推導出這個值。”
為了創造這樣一個勢阱，研究人員將蛋白質溶液壓縮在兩塊玻璃之間，其中一塊覆蓋有微孔。溶液中的蛋白質分子用熒光劑標記，以方便用光學顯微鏡追蹤。
這一新發現不僅具有重要的基礎研究價值，同時也有助于診斷出許多由畸形蛋白質引起的疾病，比如阿爾茨海默病和癌癥。
