未来医生用“秤”看病

　　2005年，测量阿米、阿秒、阿克、阿升、阿牛顿的仪器离我们不远了。今后，想要称一称只有几阿克重量的病毒，甚至量一量某个蛋白质受到的外力都不成问题。精确到阿秒的计时器也将改变目前的实验方式。美国康奈尔大学的物理学家、超微结构专家哈罗德·克莱海德(HaroldCraighead)教授不久前对媒体表示，他的阿克“秤”的研究工作已接近尾声，并可在几年内投入应用。

　　微观的度量衡：微、纳、皮、飞、阿

　　1964年10月，35个国家的度量衡专家在巴黎聚会，他们对越来越微观的度量衡问题，争论不休，并希望确定一个能够用来描述10次～20次方的微观世界的统一名称，以便今后供研究人员使用。最后，他们终于达成了一致，决定从 “微”(10～6)开始，经过“微”、“纳”、“皮”、“飞”、“阿”逐步界定微观概念，最微观单位用“阿”(10～ 18)来表示，于是就有了阿米、阿秒、阿克、阿升(见附表)，这样微观世界总算有了清晰的概念。

　　尽管在概念上，那时候已经进入到10～18这样的微观世界，但是要真正走入阿世界又谈何容易，因为如果能够让 1阿秒在我们的面前停留1秒钟，那我们原来的1秒钟就变得像300亿年那么长，比宇宙的寿命还要长一倍啊。可是40年后这种状况改变了，人类不但能够看到阿米、阿秒的世界，更能够触摸介入阿克、阿升的微观环境了。

　　未来的医生用“秤”看病

　　哈罗德的项目始于6年前，他的目标是研究出一种能精确到6阿克的“秤”。这是个什么概念？打个比方，用他的阿克秤称一粒沙子，就像我们用秤称一座山那种感觉。经过实验，他发现在一块“小弹簧片”上放置不同的重量，会导致摆动频率的改变。由此，他设计了一个4微米长，0.5微米宽，比头发细近千倍的“跳板”。将一微小质量放到“跳板”上，然后通过施加电场让“跳板”摆动起来，再用激光测量摆动的幅度和频率，将得到的数字代入公式，就可以算出重量了。

　　2001年，哈罗德又发现，如果将某种病毒或细菌的抗体涂抹在“跳板”上，这种抗体就能够吸引特定的病菌或病毒，从而改变重量。与之不相干的病毒或细菌，不会被吸引，也不会改变重量。在这种思路之下，他成功地“称”出一粒大肠杆菌的重量:665000阿克。去年他的“秤”又称出了几个分子的重量：6阿克。他的这个成果发表在美国的《应用物理》杂志上。

　　哈罗德的“秤”在医学上的意义并不是要确定病毒的重量，而是测量出那些被吸引到“跳板”上的抗体的细菌和病毒的重量。哈罗德设想，他可以做成千上万个这样的“跳板”，每个“跳板”上涂抹不同的抗体，实验人员可以往里面“扔”从病人身上取得的单个病毒或细菌，通过它们重量的改变，找出引起感染的原因。这样的诊断能在很短的时间内完成。

　　相比之下，目前很多疾病的诊断需要少则几天，多则三四个月。比如，艾滋病测试就需要在感染后3个月才能化验出来。因为，要让艾滋病的病毒抗体在人的血液中长到一定规模才能被发现。这样，早期治疗的最好时机已经错过。此外，在新型传染病层出不穷的今天，快速的诊断对大规模传染病的蔓延更有特殊意义。特别是在SARS爆发早期，如果能及时诊断，就不至于造成那样严重的损失了。

　　开发新药就像搭积木

　　除了哈罗德的“秤”，其他研究人员也有惊喜的发现。去年美国IBM公司加州圣何塞阿尔曼登实验室负责人丹·鲁戈(DanRugar)也发明了一种能够探测2阿牛顿力的仪器，这种仪器用一条100纳米超灵敏度的硅纤维以每秒55 00次的频率震荡，在硅纤维的末端是一块微小的磁铁。由于电子的飞速运转也产生磁性，因此对小磁铁就产生作用力，这种作用对振动频率有轻微的改变。

　　与此同时，对硅纤维内也用高频磁场轰击，使得硅纤维的磁极或正或反不断变化，对振动频率也产生改变，然后再用一束激光来监测振动的频率和幅度，他的这个研究成果发表在《自然》杂志上。

　　丹说，现在世界上最先进的显微镜都无法看到原子内部的景象，虽然要做这样一台显微镜还有很多困难，但是前景已经依稀可见，如果将来有了这样一台显微镜，对生物和制药领域将产生难以想像的冲击，开发新药将像搭积木。尤其是很多大型蛋白质分子的生物行为，以及它们与药物互动，都与它们的叠型结构有关，但是，今天人们无法看到这些重叠结构，因此无法下手。目前只好用计算机模拟，并且要将蛋白质作结晶处理。

　　原子核内拍“慢动作影片”

　　德国马克思·普兰科(MaxPlanckInstitute)研究院的弗伦克·克鲁兹(FerencKrau sz)不久前发明了一种激光闪光灯，闪光时间只有250阿秒，这是非常短暂的一瞬间，比一束光穿过一个细菌所用的时间还短。这样的闪光如果照射到原子上，足以使围绕原子核运转的电子飞出轨道。这是因为光带有电磁波，如果调节好波长，激光脉冲的电场能产生相反的力，把高速运转的电子排斥出轨道，但这时，如果电场方向改变，电子又可以高速度撞向原子核。

　　2001年，弗伦克成功地测出电子脱离氦原子核的瞬间持续了650阿秒。从那以后，测量的精确度上升到250 阿秒，就像在原子核内拍慢动作影片。弗伦克说，可以很清楚地看到，当一个紧挨着原子核的电子被从轨道上排斥，一个在外层轨道上活动的电子会跳到内层轨道填补空白，同时释放能量。

　　去年底弗伦克又宣布，他的“闪光灯”精确度达到了100阿秒，能将从原子核飞出去的电子“定格”，他的这个成果也在《自然》杂志上发表了。虽然他承认目前这种技术还处在初级阶段，但是可以预言在几年后，人类将可以非常直观地了解电子在原子核中转移的过程，这一过程即是一切化学反应发生的过程。化学家可以直接构建他们想要的原子核分子结构，半导体工程师也可以在分子中建造集成电路了。