作者：梅克・德里森（Meike Drießen，Ruhr-Universitaet-Bochum），编辑：莉萨・洛克（Lisa Lock）, 评审：罗伯特・伊根（Robert Egan）；电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 胡家俊 编译

太赫兹光谱中生物分子从水合水到蛋白质模式的动力学特征。图片来源：《自然评论・化学》（Nature Reviews Chemistry）（2025）。DOI: 10.1038/s41570-025-00712-8

    德国波鸿鲁尔大学（Ruhr-Universitaet-Bochum）的研究人员开发出一种新方法，首次能够以极高的时间分辨率可视化水与蛋白质相互作用的贡献。太赫兹（THz）量热法使实时量化与生物过程相关的基本热力学量（如溶剂化熵和焓）的变化成为可能。

    卓越集群 “Ruhr Explores Solvation–RESOLV” 的发言人玛蒂娜・哈芬尼斯（Martina Havenith）教授领导的研究团队于 2025 年 5 月 9 日在《自然评论・化学》杂志上发表了他们的报告。

    诸如原纤维形成（由蛋白质丝束组成的细纤维结构，是各种组织和细胞的主要成分）、蛋白质折叠或作为神经疾病标志的蛋白质聚集等基本生物过程，均属于非平衡过程。

    Havenith解释道：“这意味着它们可由外部条件的微小变化（如温度）引发。” 尽管所有这些过程都发生在溶剂（此处为水）中，但此前人们忽略了与水分子的相互作用。

    借助太赫兹量热法，Havenith及其团队开发了一种方法，能够从光谱测量中定量地推导出决定生物功能进程的热力学量。

将基本溶剂化热力学概念与太赫兹光谱观测值相关联。图片来源：《自然评论・化学》（Nature Reviews Chemistry）（2025）。DOI: 10.1038/s41570-025-00712-8

    新利用的频率范围

    “这使我们首次能够通过光谱测量蛋白质与水相互作用的热力学特性，” 研究人员表示。该团队正在电磁光谱的太赫兹范围内进行测量，这是此前实验无法触及的范围。

    通过精确的光谱测量和新的理论概念，研究人员发现光谱测量数据与热力学量（如热容量或自由能）之间存在 1:1 的相关性。

    这使得未来能够充分利用激光光谱方法的所有优势。Havenith说：“我们现在首次能够利用百万分之一秒的极端时间分辨率实时研究化学反应中的热力学平衡。” 如今，在神经毒性聚集体形成过程中，对最小纳米容器和局部热点的测量已成为可能。

   更多信息：西蒙娜・佩佐蒂（Simone Pezzotti）等人，《太赫兹量热法聚焦水在生物过程中的作用》，《自然评论・化学》（Nature Reviews Chemistry）（2025）。DOI: 10.1038/s41570-025-00712-8