微觀能量波動出現(xiàn)新測量方法，用光學(xué)顯微鏡能“看到”能量轉(zhuǎn)換！
能量的轉(zhuǎn)換，能夠解釋從細胞活動到火箭上天的各種過程。在一個過程中，在細分的情況下，能量從一個系統(tǒng)中提取出來，并在另一個系統(tǒng)中使用，再在過程中以相同或不同的形式轉(zhuǎn)移到別的地方。 tF g'RV{
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最近，美國國家標準技術(shù)研究所 (NIST，National Institute of Standards and Technology) 和馬里蘭大學(xué)學(xué)院市分校（University of Maryland, College Park）研究人員在《自然——物理學(xué)》（Nature Physics）雜志上發(fā)表了一種測量自由能的新方法。通過用顯微鏡跟蹤和分析單分子或其他微觀研究對象的能量波動或構(gòu)型, 該方法將比已有的方法在微觀層面的研究中更具普適性。 L{%a4 Ip
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圖 | 研究中構(gòu)建的自由能“地形圖”（圖片來源：Nature Physics） 8P r7aT:,
論文作者 David Ross 表示：“自蒸汽機問世以來，科學(xué)家們通過分析系統(tǒng)中自由能的轉(zhuǎn)換來理解復(fù)雜的系統(tǒng)。在編碼或設(shè)計蛋白質(zhì)以及其他的單分子系統(tǒng)的工作中，這一理念將依然適用。在微觀層面進行測量并不簡單，我們這次開發(fā)新方法對解決這個問題具有重大意義�！� UMi`u6#
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通過測量系統(tǒng)發(fā)生改變時內(nèi)部自由能的變化, 科學(xué)家便能在不跟蹤研究每個組成個體的情況下計算出系統(tǒng)接下來會怎樣變化。 15T[J%7f
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在以前方法中, 科學(xué)家使用微型力傳感器拉動蛋白質(zhì)或 DNA 分子, 就像拉伸或壓縮一個微型彈簧, 來測量系統(tǒng)放出能量時力和位置的變化。但這種力傳感器會干擾原本的微觀系統(tǒng), 不能被用以研究不直接涉及位置變化的自由能轉(zhuǎn)換。 ,3- -ERf
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而這次的新方法通過用光學(xué)顯微技術(shù)跟蹤微觀系統(tǒng)的變化，進而在不需力傳感器的情況下就能對系統(tǒng)內(nèi)的自由能進行分析。這將能幫助科學(xué)家更好地理解圍觀系統(tǒng)的內(nèi)部工作，包括病毒或細胞等生命系統(tǒng)內(nèi)的各種過程, 如能源攝入、化學(xué)反應(yīng)和維持細胞生存的分子活動。 O0(Q0Ko
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圖 | 位于微觀層面能量階梯上的兩個 DNA 分子。階梯會對 DNA 分子施加限制, 一般 DNA 分子大多會”下樓”以減少能量, 但有時它們也會在有能量波動的時候“上樓”。（圖源：Nature Physics） jo3}]KC !
NIST 的合著者 Elizabeth Strychalski 表示：“在分析自然系統(tǒng)時, 通過更好的測量自由能在微觀層面的微小波動, 我們將能更好地理解并最終操縱這些波動�！� )Z]y.W
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