作者布鲁诺·范·韦恩堡，莱顿大学 微铰链
学分:莱顿大学 所有微观物体，从酶到颜料颗粒，都在不断抖动，受到溶剂颗粒的轰击:这被称为布朗运动
当物体是柔性的而不是刚性的，这种运动是如何变化的？鲁本·韦维杰、佩皮金·默尔曼和他的同事在《物理评论研究》上发表了第一批测量结果
植物学家罗伯特·布朗以他1827年在显微镜下研究花粉粒时看到的抖动动作命名
从那时起，布朗运动的性质被深入研究:它们是由快速运动的水分子碰撞较慢运动的粒子引起的，正如爱因斯坦和佩兰在20世纪初所解释的那样
布朗运动也影响生物微观粒子，如酶、核糖核酸和抗体
其中大多数不是刚性的，而是柔性的:它们可以改变形状，从而改变功能
这对它们的布朗运动有什么影响？20世纪80年代做出的预测在很长一段时间内都无法得到验证，因为还不存在具有明确形状变化的实验模型系统，这些变化大到足以被观测到
微米大小的珠子 这种情况随着维维杰和莫尔曼的出版而改变，他们与来自乌得勒支大学的威廉·凯格尔、简·格罗内沃尔德和阿尔丰斯·范·布拉德伦合作
“我们已经为微米大小的柔性物体建立了可以想象的最简单的模型系统，你也可以在光学显微镜下进行研究，”韦维尔说
丹妮拉·克拉夫特的团队使用胶体:微米大小的珠子，在水中移动，可以用显微镜观察
该小组开发了一种用插入的脱氧核糖核酸分子包裹脂质双层中胶体的方法，这种方法可以选择性地与另一种胶体颗粒周围的脱氧核糖核酸分子偶联
这就产生了一个可以自由改变形状的铰链，因为颗粒周围的脂质双层是流体
以这种方式耦合的一系列三种胶体就是模型系统
“通过追踪三者形成的角度，在显微镜下很容易看到灵活性，”韦维尔说
他拍摄了大约30个这样的三胞胎，它们在周围水分子的轰击下扩散、移动、旋转、关闭和打开
准扇形模式 对视频进行了分析，产生了刚性和柔性布朗运动之间的第一次实验比较
第一个结果:柔性粒子比刚性粒子移动得稍快
“这是一个很小但可以测量的差异，大约3%
更重要的是，我们发现了形状变化和位移之间的某些联系
这其中的含义很微妙，Verweij试图解释
当扇贝主动合上它的壳时，它会朝着铰接点的方向前进
我们发现我们的微小铰链也有类似的相关性，它们只是被动运动，我们称之为布朗准扇形模式
" 虽然很微妙，但研究人员观察到布朗运动的开始和结束以及三重态的运动之间有明确的统计相关性
这些相关性已经被预测，现在终于得到证实
微铰链示意图
学分:莱顿大学 刚性还是柔性 最后，作者研究了时间的影响
伸展构型的柔性三聚体沿其长轴比沿其短轴运动得更快，就像刚性粒子一样
对于刚性粒子，由于它们的旋转运动，这种效应会随着时间的推移而消失
对于柔性粒子，这一过程发生得更快，因为它们也会改变形状，导致这一首选方向变得均匀
因此，这种情况发生的速度在很大程度上取决于灵活性
“从刚性粒子的大约30秒到柔性粒子的10秒，”韦维尔说
“像这样的测量很重要，因为许多生物分子也是灵活的，它们之间的相互作用取决于此
例如，蛋白质和受体之间的锁-钥匙配合可以受到布朗形状变化的影响
" 复杂集群 此外，柔性胶体铰链可以用作简单分子的模型，其中原子是耦合的
但是虽然分子不能用显微镜分辨，胶体却可以
这些结果和方法可能最终对药物和疾病的研究有用，但是，韦维尔强调说，这是基础研究，主要目的是了解潜在的物理过程
“现在我们想研究更长、更复杂的星团，例如四个球体
在这种情况下，有更多的自由度，这当然使行为更加复杂和有趣
"
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