用不了多久要稱一稱只有幾阿克重量的病毒，甚至量一量某個(gè)蛋白質(zhì)受到的外力都不成問(wèn)題 　　2005年，測(cè)量阿米、阿秒、阿克、阿升、阿牛頓的儀器離我們不遠(yuǎn)了。今后，想要稱一稱只有幾阿克重量的病毒，甚至量一量某個(gè)蛋白質(zhì)受到的外力都不成問(wèn)題。精確到阿秒的計(jì)時(shí)器也將改變目前的實(shí)驗(yàn)方式。美國(guó)康奈爾大學(xué)的物理學(xué)家、超微結(jié)構(gòu)專家哈羅德?克萊海德(Harold Craighead)教授不久前對(duì)媒體表示，他的阿克“秤”的研究工作已接近尾聲，并可在幾年內(nèi)投入應(yīng)用。 　　微觀的度量衡：微、納、皮、飛、阿 　　1964年10月，35個(gè)國(guó)家的度量衡專家在巴黎聚會(huì)，他們對(duì)越來(lái)越微觀的度量衡問(wèn)題，爭(zhēng)論不休，并希望確定一個(gè)能夠用來(lái)描述10次～20次方的微觀世界的統(tǒng)一名稱，以便今后供研究人員使用。最后，他們終于達(dá)成了一致，決定從“微”(10～6)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)“微”、“納”、“皮”、“飛”、“阿”逐步界定微觀概念，最微觀單位用“阿”(10～18)來(lái)表示，于是就有了阿米、阿秒、阿克、阿升(見(jiàn)附表)，這樣微觀世界總算有了清晰的概念。 　　盡管在概念上，那時(shí)候已經(jīng)進(jìn)入到10～18這樣的微觀世界，但是要真正走入阿世界又談何容易，因?yàn)槿绻軌蜃?阿秒在我們的面前停留1秒鐘，那我們?cè)瓉?lái)的1秒鐘就變得像300億年那么長(zhǎng)，比宇宙的壽命還要長(zhǎng)一倍啊。可是40年后這種狀況改變了，人類不但能夠看到阿米、阿秒的世界，更能夠觸摸介入阿克、阿升的微觀環(huán)境了。 　　未來(lái)的醫(yī)生用“秤”看病 　　哈羅德的項(xiàng)目始于6年前，他的目標(biāo)是研究出一種能精確到6阿克的“秤”。這是個(gè)什么概念？打個(gè)比方，用他的阿克秤稱一粒沙子，就像我們用秤稱一座山那種感覺(jué)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)在一塊“小彈簧片”上放置不同的重量，會(huì)導(dǎo)致擺動(dòng)頻率的改變。由此，他設(shè)計(jì)了一個(gè)4微米長(zhǎng)，0.5微米寬，比頭發(fā)細(xì)近千倍的“跳板”。將一微小質(zhì)量放到“跳板”上，然后通過(guò)施加電場(chǎng)讓“跳板”擺動(dòng)起來(lái)，再用激光測(cè)量擺動(dòng)的幅度和頻率，將得到的數(shù)字代入公式，就可以算出重量了。 　　2001年，哈羅德又發(fā)現(xiàn)，如果將某種病毒或細(xì)菌的抗體涂抹在“跳板”上，這種抗體就能夠吸引特定的病菌或病毒，從而改變重量。與之不相干的病毒或細(xì)菌，不會(huì)被吸引，也不會(huì)改變重量。在這種思路之下，他成功地“稱”出一粒大腸桿菌的重量:665000阿克。去年他的“秤”又稱出了幾個(gè)分子的重量：6阿克。他的這個(gè)成果發(fā)表在美國(guó)的《應(yīng)用物理》雜志上。 　　哈羅德的“秤”在醫(yī)學(xué)上的意義并不是要確定病毒的重量，而是測(cè)量出那些被吸引到“跳板”上的抗體的細(xì)菌和病毒的重量。哈羅德設(shè)想，他可以做成千上萬(wàn)個(gè)這樣的“跳板”，每個(gè)“跳板”上涂抹不同的抗體，實(shí)驗(yàn)人員可以往里面“扔”從病人身上取得的單個(gè)病毒或細(xì)菌，通過(guò)它們重量的改變，找出引起感染的原因。這樣的診斷能在很短的時(shí)間內(nèi)完成。 　　相比之下，目前很多疾病的診斷需要少則幾天，多則三四個(gè)月。比如，艾滋病測(cè)試就需要在感染后3個(gè)月才能化驗(yàn)出來(lái)。因?yàn)椋尠滩〉牟《究贵w在人的血液中長(zhǎng)到一定規(guī)模才能被發(fā)現(xiàn)。這樣，早期治療的最好時(shí)機(jī)已經(jīng)錯(cuò)過(guò)。此外，在新型傳染病層出不窮的今天，快速的診斷對(duì)大規(guī)模傳染病的蔓延更有特殊意義。特別是在SARS爆發(fā)早期，如果能及時(shí)診斷，就不至于造成那樣嚴(yán)重的損失了。 　　開(kāi)發(fā)新藥就像搭積木 　　除了哈羅德的“秤”，其他研究人員也有驚喜的發(fā)現(xiàn)。去年美國(guó)IBM公司加州圣何塞阿爾曼登實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人丹?魯戈(Dan Rugar)也發(fā)明了一種能夠探測(cè)2阿牛頓力的儀器，這種儀器用一條100納米超靈敏度的硅纖維以每秒5500次的頻率震蕩，在硅纖維的末端是一塊微小的磁鐵。由于電子的飛速運(yùn)轉(zhuǎn)也產(chǎn)生磁性，因此對(duì)小磁鐵就產(chǎn)生作用力，這種作用對(duì)振動(dòng)頻率有輕微的改變。 　　與此同時(shí)，對(duì)硅纖維內(nèi)也用高頻磁場(chǎng)轟擊，使得硅纖維的磁極或正或反不斷變化，對(duì)振動(dòng)頻率也產(chǎn)生改變，然后再用一束激光來(lái)監(jiān)測(cè)振動(dòng)的頻率和幅度，他的這個(gè)研究成果發(fā)表在《自然》雜志上。 　　丹說(shuō)，現(xiàn)在世界上最先進(jìn)的顯微鏡都無(wú)法看到原子內(nèi)部的景象，雖然要做這樣一臺(tái)顯微鏡還有很多困難，但是前景已經(jīng)依稀可見(jiàn)，如果將來(lái)有了這樣一臺(tái)顯微鏡，對(duì)生物和制藥領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生難以想像的沖擊，開(kāi)發(fā)新藥將像搭積木。尤其是很多大型蛋白質(zhì)分子的生物行為，以及它們與藥物互動(dòng)，都與它們的疊型結(jié)構(gòu)有關(guān)，但是，今天人們無(wú)法看到這些重疊結(jié)構(gòu)，因此無(wú)法下手。目前只好用計(jì)算機(jī)模擬，并且要將蛋白質(zhì)作結(jié)晶處理。 　　原子核內(nèi)拍“慢動(dòng)作影片” 　　德國(guó)馬克思?普蘭科(Max Planck Institute)研究院的弗倫克?克魯茲(Ferenc Krausz)不久前發(fā)明了一種激光閃光燈，閃光時(shí)間只有250阿秒，這是非常短暫的一瞬間，比一束光穿過(guò)一個(gè)細(xì)菌所用的時(shí)間還短。這樣的閃光如果照射到原子上，足以使圍繞原子核運(yùn)轉(zhuǎn)的電子飛出軌道。這是因?yàn)楣鈳в须姶挪ǎ绻{(diào)節(jié)好波長(zhǎng)，激光脈沖的電場(chǎng)能產(chǎn)生相反的力，把高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電子排斥出軌道，但這時(shí)，如果電場(chǎng)方向改變，電子又可以高速度撞向原子核。 　　2001年，弗倫克成功地測(cè)出電子脫離氦原子核的瞬間持續(xù)了650阿秒。從那以后，測(cè)量的精確度上升到250阿秒，就像在原子核內(nèi)拍慢動(dòng)作影片。弗倫克說(shuō)，可以很清楚地看到，當(dāng)一個(gè)緊挨著原子核的電子被從軌道上排斥，一個(gè)在外層軌道上活動(dòng)的電子會(huì)跳到內(nèi)層軌道填補(bǔ)空白，同時(shí)釋放能量。 　　去年底弗倫克又宣布，他的“閃光燈”精確度達(dá)到了100阿秒，能將從原子核飛出去的電子“定格”，他的這個(gè)成果也在《自然》雜志上發(fā)表了。雖然他承認(rèn)目前這種技術(shù)還處在初級(jí)階段，但是可以預(yù)言在幾年后，人類將可以非常直觀地了解電子在原子核中轉(zhuǎn)移的過(guò)程，這一過(guò)程即是一切化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的過(guò)程?；瘜W(xué)家可以直接構(gòu)建他們想要的原子核分子結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體工程師也可以在分子中建造集成電路了。