摘要：针对这一挑战，牛津大学Madhavi Krishnan教授团队、第一作者为Zhu Xin等人在Science期刊上发表了题为“Measurements of molecular size and shape on a chip”的最新论文。

针对这一挑战，牛津大学Madhavi Krishnan教授团队、第一作者为Zhu Xin等人在Science期刊上发表了题为“Measurements of molecular size and shape on a chip”的最新论文。

该团队设计了一种基于微纳结构限域效应的“逃逸时间立体测量（escape-time stereometry, ETs）”新方法，实现了对溶液中自由扩散分子的形状与尺寸的高精度检测。研究人员构建了带有规则“陷阱”结构的纳米平行板通道，并利用荧光成像技术实时观测分子在限域空间内的扩散行为。通过统计分析分子在陷阱中驻留的“逃逸时间”，该方法能够在不破坏分子原有构象的前提下，精确反映其体积、形状以及构象变化。

实验结果显示，该技术在500 Da至500 kDa分子量范围内具有优异的动态响应能力，不仅实现了对蛋白质、DNA等不同形态分子的区分，还能量化反应速率与平衡常数，展现出广泛的适用性和高度集成潜力。该研究为非破坏性、高分辨率的分子立体表征提供了一种全新策略，有望在生物诊断、蛋白质工程及药物筛选等领域发挥重要作用。

研究亮点

（1）本研究首次提出并实验验证了一种基于“逸出时间立体测量”（escape-time stereometry, ETs）的方法，实现了在溶液环境中对生物大分子结构与构象的高灵敏度表征。该方法无需高强度电场、光场或固定化处理，保留了生物分子的天然状态，有效避免了传统分析技术对分子功能和结构的干扰。

（2）实验通过设计纳米尺度的平行板纳流芯片，并在其中构造具有几何陷阱的限域结构，使荧光标记的分子在受限空间中自由扩散。分子进入陷阱区域的停留时间（即“逸出时间”）与其水动力半径、体积和构象密切相关。研究人员通过广视场荧光成像获取数万个分子的逸出事件，并结合统计拟合模型提取分子的平均停留时间，从而间接揭示其空间形态与结构信息。

（3）实验表明，ETs方法具有从500 Da至至少500 kDa的广泛分子量检测范围，具备定量浓度分析、反应动力学监测及复杂样品解析能力。此外，装置结构可调性赋予该方法对构象变化的超高灵敏性，性能优于传统仅基于水动力摩擦的方法。

图文解读

图1.溶液中逃逸时间立体测量法（ET）的原理和概述

图2.测量的逃逸时间对分子量的敏感性

图3.逃逸时间读数对分子形状（3D构象）的灵敏度

图4.SAM-IV核糖开关构象的单分子光谱及其与结构模型的比较

图5.测量DNA杂交中的结合和解离速率以及结合亲和力

图6.测量DNA-蛋白质和蛋白质-蛋白质相互作用中的结合亲和力

图7.胰岛素受体胞外域（IR-ECD）与胰岛素结合后的构象变化检测和结构建模

结论展望

本文通过发展“逸出时间立体测量”（ETs）技术，展示了在溶液态下高灵敏、非破坏性地表征大分子构象的新思路。相比传统需强场或固相固定的技术，ETs通过纳米尺度构型陷阱与热扩散行为的耦合，实现了对分子大小、形状及构象变化的精准捕捉。这一理念不仅突破了对复杂、脆弱大分子组装体检测的技术瓶颈，还为研究如蛋白聚集等病理过程提供了全新工具。

同时，ETs读出的构象特征可与计算获得的三维结构量相结合，具备与机器学习算法协同发展的潜力，进而推动分子建模、结构推断乃至对无序蛋白和RNA稀有构象状态的研究。该研究从根本上启示我们：通过设计巧妙的物理环境，可激发热运动中蕴含的结构信息，实现在近天然条件下对生物大分子的高分辨检测与理解，拓展了结构生物学与分子诊断的边界。

文献信息

Xin Zhu et al. ,Measurements of molecular size and shape on a chip.Science388,eadt5827(2025).DOI:10.1126/science.adt5827

来源：MS杨站长