抗生素是一種對細菌有活性的抗菌物質，是對抗細菌感染的最重要的抗菌劑。抗生素藥物被廣泛用於治療和預防此類感染。它們可能殺死或抑制細菌的生長。
多肽抗生素是化學上種類繁多的包含非蛋白質多肽鏈的抗感染和抗腫瘤抗生素。 此類的例子包括放線菌素，桿菌肽，粘菌素等。
學過量子力學的都知道，量子力學的中心特徵之一是波粒二象性。它告訴我們，即使宏觀物體的行為也像粒子和波一樣。過去的許多實驗表明，這種現象適用於電子、中子、原子甚至大分子。量子理論認為這是物質的普遍性質。
然而，眾所周知，將這樣的波粒二象性的研究擴展到複雜的生物分子系統非常困難。在史丹福大學的量子化學建模的支持下，維也納大學的新實驗現在首次證明了一種複雜的抗生素多肽的量子波性質。該研究結果發表在最近的《自然通訊》上。
波粒二象性是量子物理學中普遍存在的現象，它已經存在了近一個世紀，但當我們看到它在複雜物質中體現時，仍然引發困惑：一個物體如何在這裡如波在那裡如粒子？如果說量子物理學是一個普遍的理論：那麼一個物體要保持這種反直覺的行為有多複雜？它是否仍然適用於較大的物質塊，甚至還適用於生命的構成部分，例如肽和蛋白質？
維也納大學的研究團隊了開發先進的工具，用於發射、衍射、幹擾和檢測複雜分子。但是，到目前為止，測試具有長胺基酸鏈的量子物理學研究一直是令人望而卻步。這必須克服與產生足夠強度的這些生物聚合物束有關的挑戰，將它們在高真空下與任何幹擾環境隔離，並建立相關的工具來探測其量子性質。
在該研究論文中，維也納大學的科學家們首次證明了天然多肽短桿菌肽，一種由15種共價結合的胺基酸製成的抗生素的量子幹涉現象。他們成功的關鍵是使用超快速和強雷射在肽分解之前使用解吸肽，並利用基於量子測量的衍射元素進行物波幹涉測量技術（matter-wave interferometry）。
幹涉測量技術（英語：Interferometry）是通過由波的疊加（通常為電磁波）引起的幹涉現象來獲取信息的技術。這項技術對於天文學、光纖、工程計量、光學計量、海洋學、地震學、光譜學及其在化學中的應用、量子力學、核物理學、粒子物理學、等離子體物理學、遙感、生物分子間的相互作用、表面輪廓分析、微流控、應力與應變的測量、測速以及驗光等領域的研究都非常重要。
這些技術將為從蛋白質到DNA的更複雜的生物納米材料鋪平道路。這項研究的基本目的在於探索量子物理學的局限性以及建立新穎的量子增強技術，以作為氣相中分離出的單個生物分子的微創分析工具。
具體的實驗手段是通過飛秒級的短紫外線雷射脈衝將易碎的分子從表面擊落。粒子在冷氬原子射流中被掃開。短桿菌肽分子以高達每秒600 米的速度傳播，然而短桿菌肽分子只有350飛米的微小波長，大約是生物分子本身直徑的十分之一。研究人員使用一種非常敏感的技術，稱為時域Talbot-Lau幹涉測量法，來測量其量子條紋模式，發現分子相干性在超過分子大小20倍以上時被離域化了，這只能用量子力學來解釋。
與史丹福大學的科學家們合作，研究人員進行了其他高級的量子化學計算，證實了這一結論，並預測了進入相空間模擬以模擬幹擾過程的電子結構和特性。
研究人員說：「我們的新技術將使人們能夠對生物分子的量子特性進行詳細研究，並且為生物相關分子的新型光學光譜學鋪平道路。」
參考文章：「天然多肽的物質波幹涉」出版刊物：《自然通訊》DOI：10.1038/s41467-020-15280-2量子認知 | 簡介科技新知識，敬請熱心來關注。