细胞内水中质子的弛豫时间

卢湘岳

近几天，科学网上有几位学者在谈论“弛豫时间”（“松弛时间”，“张弛时间”，Relaxation Time）。我想用一个实测例来说一下“弛豫时间”。这或许有助于对“弛豫时间”的认识。

我们都知道，所有细胞都含有水，而且，水占据着细胞的大部分体积。我们日常接触到的水是“自由水”，是“各向同性”的水。这种水，左右上下的导热性是一样的，左右上下的导电性是一样的，也就是说，左右上下的物理性质是一样的。

然而，细胞中的水，可不像杯里的水那样是完全“自由”的水。细胞中，大部分水紧靠着各种有机大分子。受有机大分子空间构象的制约，许多水分子不能任意自由聚集成团。水本来是液体，具有水的流动性和“各向同性”。现在，水在细胞里失去了自由，不完全像液体，倒有些像结构有序的晶体，却又不是典型的晶体。这种既不是液体，又不是晶体的形态，被称为“液晶”（liquid crystal）。液晶态的水是一种有序结构水。

细胞的代谢状态不同，胞内大分子构象转化所导致水结构的有序程度也不相同。相对于发育成熟的肌肉细胞，处于生长发育期的幼稚细胞内的水结构有序程度差；相对于健康细胞，癌细胞里的水，其结构的有序程度差。

水分子中的氢原子核就是质子。水分子的结构有序性出现变化，质子的活动必然受影响。这些影响就反映在质子的“弛豫时间”上。

我们曾用核磁共振波谱仪检测过癌细胞内质子的“弛豫时间”。取昆明杂种小白鼠，接种S37实体肉瘤。经700多例的检测，结果表明：S37实体肉瘤的“纵向弛豫时间”（自旋—晶格）和“横向弛豫时间”（自旋—自旋）都比对照部位正常组织的要明显延长，表明瘤细胞内水分子结构的有序性变差。

这个实例，或许可以帮助一位仅知道“松弛时间等于粘度除以模量”的学生，去理解在不同场合下出现的“弛豫时间”吧。                                   2012.7.11.