顺磁性和抗磁性

　　1845年11月8日，法拉第做了一件万磁王看了想撕剧本的事，那就是测试了一下血液是否有磁性。法拉第在日记中写道：“血液没有铁磁性，我很震惊……考虑到铁在几乎各种状态下都具有铁磁性，这件事就更令人惊讶了。”
　　法拉第实际上只发现了真相的一半。91年后，另一位大佬、曾两次获得诺贝尔奖的美国化学家莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）和同事发现，动脉血和静脉血的磁性也有差别，和静脉血相比，动脉血更容易被磁铁排斥。
　　在物理学中，会被磁铁吸引的性质叫做顺磁性，会被磁铁排斥的性质叫做抗磁性。实际上“diamagnetic”（抗磁性）这个词也是法拉第在1845年玩滴一滴血的时候发明的。法拉第还发现，所有物质都具有不同程度的抗磁性：水、大多数有机化合物、金属和水银（汞）都会被磁铁排斥。

　　铅笔笔芯中石墨的抗磁性让它们能在磁铁上悬浮。而在所有具有抗磁性的物质中，超导体是王者，它们拥有超强的抗磁性。要确定某个物质具有抗磁性还是顺磁性很简单：看它的分子有没有不成对的电子就可以了。
　　不成对电子就是单个电子的意思，也就是在分子轨道中形单影只、没有形成电子对的电子。众所周知，单身令人躁动，单个电子也是一样，容易暴走发生化学反应。比如，青蒿素就是利用单个电子制造的自由基杀死疟原虫的。
　　此外，单个电子也容易失去定力被磁场吸引，让分子具有顺磁性。也就是说，如果一个分子的所有电子都成双成对，那么它就具有抗磁性;反之，要是一个分子里有未成对的电子，那么它就有顺磁性。水银和金是金属，但它们因为没有未成对的单个电子从而具有抗磁性。我们平时观察不到金和水银被磁铁排斥，主要是它的抗磁性比较弱。

血红蛋白是怎么工作的

　　那么人的血液是什么情况呢？血红蛋白有4块“腹肌”，也就是4个含铁的亚基。每块“腹肌”都可以挂上氧。腹肌挂环的叫做氧合血红蛋白，没挂环的叫做脱氧血红蛋白。
　　鲍林和同事发现，氧合血红蛋白具有抗磁性，但是脱氧血红蛋白具有顺磁性，因为没被氧套上的铁原子含有未成对的電子，“气质”浮躁，被套牢以后它就淡定了。所以，静脉血的顺磁性比动脉血更强。那么这个冷知识有什么用呢？实际上，静脉血和动脉血所具有的不同电磁学性质，正是哺乳动物血液输送氧气的基础。
　　要知道，血红蛋白的4块“腹肌”上若有一块已经被氧气套住的话，其他“腹肌”上的铁原子和氧气的结合会变得更容易，这有点像马太效应——强者恒强。在生化领域，这个现象被称为“协同效应”。
　　协同效应对氧气的运输极为重要。如果血红蛋白和氧气死活不分手，那么动脉血即使流到了组织里，也无法把氧气释放出来，身体组织就会缺氧。反过来，如果血红蛋白和氧气不容易结合，那么静脉血就无法在肺部带氧气上车。最好的血红蛋白要能顺应时势、见风使舵。
　　正是由于协同效应，血红蛋白成为了最好的自己：它与氧气的结合能力随着氧气浓度的增加而增加。因此在肺泡里血红蛋白可以高效吸氧，到了身体组织中再愉快地把氧气吐出来，促进了氧气流动。协同效应和血红蛋白的磁性变化密不可分。
　　鲍林当初就预测，血红蛋白某块“腹肌”上的铁和氧结合后的磁性变化，让其他“腹肌”更容易被氧套住。后来在20世纪80年代，奥地利分子生物学家马克斯·佩鲁茨（Max Perutz）和其他人的研究，进一步证实了血红蛋白的磁性变化对协同效应的贡献。

为什么没有人造血液

　　机智的血红蛋白让你元气满满充满好感，这让人误以为它们对人只有好处，但你可能不知道，血红蛋白对人体是有毒性的。
　　刚才说到，在红细胞中，血红蛋白有4块“腹肌”——4个含铁亚基形成的四聚体。但是在红细胞之外，血红蛋白的4块“腹肌”很容易劈叉，成为两个二聚体。血红蛋白的这种倾向被称为二聚化。
　　二聚体会在人体内搞事情。20世纪70年代的研究发现，直接给人注射血红蛋白（即血红蛋白氧载体）的话会出大事，没有细胞封印的血红蛋白会造成心脏、肾脏等脏器损伤，甚至导致死亡。
　　实际上，不少制药企业都曾研发HBOC，用来替代昂贵且供给不足的血液，但目前没有任何一家企业成功，美国食品药品监督管理局（FDA）和大多数国家的监管机构也没有批准任何HBOC。
　　比如，美国军方和美国医疗器械公司百特国际就曾推出血红蛋白氧载体HemAssist。这种人造血液曾一路过关进入了临床3期试验，遗憾的是，在临床3期试验中，研究人员发现使用了这种人造血液的患者的死亡率高于控制组。
　　因此，只有被封印在红细胞里、成为红细胞“式神”的血红蛋白，才能安心地给人体打工。这也是为什么人造血液始终没有出现，而献血依然还是主流的原因。
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