用不了多久要稱一稱只有幾阿克重量的病毒，甚至量一量某個蛋白質(zhì)受到的外力都不成問題 　　2005年，測量阿米、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，甚至量一量某個蛋白質(zhì)受到的外力都不成問題。精確到阿秒的計時器也將改變目前的實驗方式。美國康奈爾大學(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個國家的度量衡專家在巴黎聚會，他們對越來越微觀的度量衡問題，爭論不休，并希望確定一個能夠用來描述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)開始，經(jīng)過“微”、“納”、“皮”、“飛”、“阿”逐步界定微觀概念，最微觀單位用“阿”(10～18)來表示，于是就有了阿米、阿秒、阿克、阿升(見附表)，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，因為如果能夠讓1阿秒在我們的面前停留1秒鐘，那我們原來的1秒鐘就變得像300億年那么長，比宇宙的壽命還要長一倍啊?？墒?0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。 　　未來的醫(yī)生用“秤”看病 　　哈羅德的項目始于6年前，他的目標(biāo)是研究出一種能精確到6阿克的“秤”。這是個什么概念？打個比方，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。經(jīng)過實驗，他發(fā)現(xiàn)在一塊“小彈簧片”上放置不同的重量，會導(dǎo)致擺動頻率的改變。由此，他設(shè)計了一個4微米長，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，然后通過施加電場讓“跳板”擺動起來，再用激光測量擺動的幅度和頻率，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，不會被吸引，也不會改變重量。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”又稱出了幾個分子的重量：6阿克。他的這個成果發(fā)表在美國的《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，他可以做成千上萬個這樣的“跳板”，每個“跳板”上涂抹不同的抗體，實驗人員可以往里面“扔”從病人身上取得的單個病毒或細(xì)菌，通過它們重量的改變，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，多則三四個月。比如，艾滋病測試就需要在感染后3個月才能化驗出來。因為，要讓艾滋病的病毒抗體在人的血液中長到一定規(guī)模才能被發(fā)現(xiàn)。這樣，早期治療的最好時機(jī)已經(jīng)錯過。此外，在新型傳染病層出不窮的今天，快速的診斷對大規(guī)模傳染病的蔓延更有特殊意義。特別是在SARS爆發(fā)早期，如果能及時診斷，就不至于造成那樣嚴(yán)重的損失了。 　　開發(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IBM公司加州圣何塞阿爾曼登實驗室負(fù)責(zé)人丹?魯戈(Dan Rugar)也發(fā)明了一種能夠探測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，因此對小磁鐵就產(chǎn)生作用力，這種作用對振動頻率有輕微的改變。 　　與此同時，對硅纖維內(nèi)也用高頻磁場轟擊，使得硅纖維的磁極或正或反不斷變化，對振動頻率也產(chǎn)生改變，然后再用一束激光來監(jiān)測振動的頻率和幅度，他的這個研究成果發(fā)表在《自然》雜志上。 　　丹說，現(xiàn)在世界上最先進(jìn)的顯微鏡都無法看到原子內(nèi)部的景象，雖然要做這樣一臺顯微鏡還有很多困難，但是前景已經(jīng)依稀可見，如果將來有了這樣一臺顯微鏡，對生物和制藥領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生難以想像的沖擊，開發(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，都與它們的疊型結(jié)構(gòu)有關(guān)，但是，今天人們無法看到這些重疊結(jié)構(gòu)，因此無法下手。目前只好用計算機(jī)模擬，并且要將蛋白質(zhì)作結(jié)晶處理。 　　原子核內(nèi)拍“慢動作影片” 　　德國馬克思?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，閃光時間只有250阿秒，這是非常短暫的一瞬間，比一束光穿過一個細(xì)菌所用的時間還短。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。這是因為光帶有電磁波，如果調(diào)節(jié)好波長，激光脈沖的電場能產(chǎn)生相反的力，把高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電子排斥出軌道，但這時，如果電場方向改變，電子又可以高速度撞向原子核。 　　2001年，弗倫克成功地測出電子脫離氦原子核的瞬間持續(xù)了650阿秒。從那以后，測量的精確度上升到250阿秒，就像在原子核內(nèi)拍慢動作影片。弗倫克說，可以很清楚地看到，當(dāng)一個緊挨著原子核的電子被從軌道上排斥，一個在外層軌道上活動的電子會跳到內(nèi)層軌道填補(bǔ)空白，同時釋放能量。 　　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)移的過程，這一過程即是一切化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的過程?；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。