太赫兹光谱学绘制了可能导致神经退行性疾病的富含蛋白质的液滴的自发形成。

利用一种新方法“太赫兹(THz)量热法”，来自波鸿市卓越鲁尔探索溶剂化集群(RESOLV)的研究团队成功地揭示了溶液中自发相分离为富含蛋白质和缺乏蛋白质的相的新方法。据推测，富含蛋白质的液滴促进神经毒性蛋白质聚集物的形成——神经退行性疾病的热点。由波鸿鲁尔大学物理化学II系主任Martina Havenith教授领导的研究人员在2023年2月6日在线发表的《物理化学快报》上发表了报告。

分子水平和时间分辨率在皮秒范围内

这项研究是“太赫兹量热法”项目的一部分，该项目获得了欧洲研究委员会(ERC)的高级资助。“这个项目有远见的想法是将物理化学中的两种强大技术——激光光谱学和量热法结合起来，”获资助者玛蒂娜·哈文尼斯解释说。

量热法测量化学和生化反应的基本量，如热容、焓和熵。基于已知的物质特定参数，可以预测，例如，反应是否会在没有任何外部能量输入的情况下自发发生，或者是否平衡条件占主导地位。量热测量是在宏观容器中进行的。测量温度变化或化学或生化反应所需的热量。“这种方法的局限性在于其有限的时间分辨率和所需的样本量，”Martina Havenith说。

ERC项目的目标就是克服这些限制。这需要一种新的方法来测量最小样本的量热，时间分辨率为皮秒，或分子水平上的百万分之一秒。研究人员解释说:“然而，原则上，我们不能用这些传统的热测量概念来实现这种尺度上的时间和空间分辨率。”“这需要一种不同的革命性方法，从本质上提供一种不同的途径。”

水起着至关重要的作用

研究小组表明，水的光谱指纹可以通过它们在太赫兹范围内的吸收来测量，这与量热量呈线性相关。这使得研究人员可以使用光谱和超快激光光谱方法实时跟踪这些基本量热，即使是在一个过程或反应中的复杂系统。

在他们目前的工作中，受到他们与波鸿鲁尔大学Konstanze Winklhofer教授和J?rg Tatzelt教授研究小组合作的启发，他们首次使用这种方法来研究生物医学研究中的一个热门话题:他们研究了液-液相分离，自发相分离成富含蛋白质和缺乏蛋白质的液相。

“使用太赫兹量热法，我们可以在分子水平上绘制这些富含蛋白质的液滴的形成。不仅是蛋白质本身，水也起着至关重要的作用，”玛蒂娜·哈文尼斯报道。“我们现在可以用太赫兹相机在线跟踪形成过程中水中的任何变化。根据导出的量热量，我们可以准确预测相分离液滴的形成以及对温度等外部参数的依赖关系。”

Journal Reference:

1. Simone Pezzotti, Benedikt König, Sashary Ramos, Gerhard Schwaab, Martina Havenith. Liquid–Liquid Phase Separation? Ask the Water!. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2023; 1556 DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c02697