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1、 年 第 40 卷 第 1 期: 22 30中国科学杂志社SCIENTIA SINICA ChimicaSCIENCE CHINA PRESS评述大科学装置同步辐射光源在生命分析化学中的应用秦玉 , 樊春海 , 黄庆 , 陈洪渊* 生命分析化学教育部重点实验室; 南京大学化学化工学院, 南京 210093; 物理生物学实验室, 中国科学院上海应用物理研究所, 上海 201800* 通讯作者, E-mail: hychen收稿日期: 2009-08-20; 接受日期: 2009-08-21摘要大科学装置的建设和水平是一个国家科技发展程度的标志 . 同步辐射装置是一关键词大科学装置同步辐射光源上海
2、光源种先进的多学科交叉的高端大科学研究设施 , 作为独特的宽光谱高亮度光源 , 同步辐射光源提供了其他光源所无法比拟的优势. 我国迄今已建成的最大的大科学装置上海光源的建立和应用是新中国成立 60 年来的重大成就之一, 标志着我国在建设国际先进水平的大型科学实验装置方面具备了高水平的技术和集成与创新的能力 , 已进入国际先进行列. 本文侧重介绍同步辐射光源在生命分析化学领域中的巨大作用 , 并以上海光源为例介绍同步辐射光源装置的发展和应用状况 , 旨在唤起和推动我国分析化学家的高度重视 ,并充分利用我国这一先进的大型科学装置, 将生命分析化学的研究推进到一个崭新的、更高的层次.生命分析化学1
3、引言中 心 ). 新 建 和 进 行 重 大 升 级 改 造 的 装 置 有 :大天区多目标光纤光谱天文望远镜 (国家天文台)、重离子加速器冷却储存环工程 (中国科学院兰州近代物理研究所)、EAST 超导托卡马克装置(中国科学院等离子体物理研究所 )、北京正负电子对撞机二期改造工程(中国科学院高能物理研究所 )、上海光源(中国科学院上海应用物理研究所 )、云南种质资源库(中国科学院昆明植物研究所 ). 此外, 我国投入最大的大科学装置中国散裂中子源 (中国科学院高能物理所 )已在广东东莞正式开工建设 . 中国还参与了国际合作的大科学装置的兴建 , 例如国际热核聚变实验堆(ITER)等, 我国的
4、这些举措对建设创新型国家具有重大的战略意义 .随着科学技术的快速发展 , 人类对自身和世界的认识正在攀登一个前所未有的高度 ; 而当代科学技术发展的一个重要特征是大科学装置的出现 , 旨在实现重大和高端的科学研究目标而建立的大型设施, 使人类能始终不渝、持之以恒地围绕共同的宏伟目标进行这些科学技术活动 , 突破前沿研究的各种综合性的难关难点 , 以求国家科学技术的不断发展 ,和人类共同事业的进步 .近 20 年来, 我国陆续建设了一批大科学装置 ,其中有: 北京正负电子对撞机 (中国科学院高能物理研究所)、兰州重离子加速器(中国科学院近代物理研究所)、HT-7 超导托卡马克装置(中国科学院等离
5、子体物理研究所)、合肥同步辐射装置(中国科技大学)、遥感卫星地面站(中国遥感卫星地面站 )、遥感飞机(中国科学院遥感应用研究所 )、长短波授时系统(国家授时这些大科学装置建立在多学科支撑和高新技术集成的基础之上 , 是实现多种学科及交叉学科高端研究需要的先进大型科学设施 . 它们为众多科研院校和企业科技人员的科学实验提供了高水平的技术 中国科学: 化学 2010 年 第 40 卷 第 1 期平台, 极大地提高了我国在一些基础前沿领域的研究水平和在高新技术领域的研发能力 . 本文针对生命分析化学的特点 , 阐述并展望了大科学装置之一的同步辐射光源在生命分析中的重要作用和广泛的应用前景 , 旨在进
6、一步推动我国生命分析化学的研究向分子层次和高水平方向发展 , 进入更高、更深的研究阶段.高准直性 (Collimation): 同步辐射光的发射集中在以电子运动方向为中心的一个很窄的圆锥内 , 张角非常小, 几乎是平行光束 , 堪与激光媲美 , 再经过聚焦可大大提高同步辐射光的亮度 , 进行极小样品和材料中微量元素的研究 .时间分辨 (Time-resolved): 由于电子运动具有特定的脉冲时间结构 , 可利用时间分辨光谱和时间分辨衍射研究与时间有关的化学反应、物理激发过程、生物细胞的变化等 . 第三代同步辐射光源的最小光脉冲时间约达 30 皮秒, 已在晶体学、化学和生物学方面获得应用.2
7、同步辐射光源概述人们最初在同步加速器上观察到接近光速的电子或其他带电粒子在作曲线运动时 , 沿轨道切线方向会产生电磁辐射 , 被称之为 “同步辐射 ”. 同步辐射波长覆盖从远红外到 X 射线范围内的连续光谱 ,是一种具有高强度、高度准直、高度极化、特性可精确控制等优异性能的脉冲光源 , 可用于开展其他光源无法实现的许多前沿科学技术研究 . 因而, 同步辐射光源的建造和应用迎来了科学技术前所未有的蓬勃发展机遇.光源洁净和对样品无破坏性 (Non-destructive):这也是在很多痕量或活体检测中相当重要的一点能实现对样品的多次测量或使用多种分析方法进行测定.,同步辐射装置主要集中在欧洲、 美
8、国、日本和原苏联地区 , 如美国的阿贡和布鲁克海文国家实验室 .但自 20 世纪 70 年代末, 我国的同步辐射事业也取得了长足的发展, 尤其 2009 年 5 月开始投入使用的上海光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility, SSRF)更是把我国的科学技术水平提高到一个崭新的高度 .Science 和 Nature 杂志分别进行了专题报道并给予高度评价1, 2, 如 Nature 于 2009 年 5 月即以 “中国加入世界水平同步辐射俱乐部 ” 为题进行报道. SSRF 为先进的第三代中能同步辐射光源 , 其主要性能指标居国际前列 , 它产生的同步
9、辐射光覆盖从远红外到硬 X 射线的宽广波段, 是生命科学、材料科学、物理学、化学、信息科学、环境科学、地球科学等众多学科前沿研究中不可替代的先进手段和综合研究平台 ,也是微电子、制药、新材料、生物工程、精细石油化工等先进产业技术研发的重要手段 .同步辐射光源是一个庞大而复杂的设备 , 一般由直线加速器、增能器和电子储存环三大部分组成 .电子枪发射出的电子经直线加速器加速后注入增能器, 增能器实际上是一台同步加速器 , 电子在装置内做圆周运动, 在运动中被加速到高能 , 再被注入储存环中作曲线运动而在运动的切线方向射出同步辐射光, 最后通过各种特殊的光路 , 这些光路中有各种性能的光学元件, 使
10、辐射光达到各种不同的实验要求 .与传统光源相比较 , 同步辐射光源主要有以下几个特点:高亮度 (Brightness): 以单位时间单位面积内通过的电子束流来衡量 . 同步辐射 X 射线光束的亮度比一般的 X 射线提高了万倍至几亿倍 . 这种优点使许多测量得以在短时间内实现 , 同步辐射产生的 X射线使人们可以在样品受损伤之前就收集到所需要的实验数据, 而普通 X 射线源则无法企及 .3 现代生命分析化学的现状及面临的挑战生命科学以生物的生命过程为研究对象 , 是生物、化学、物理、数学等学科之间相互渗透形成的交叉学科 . 目前我国生命科学基础性研究的优先发展领域包括: 基因组学和蛋白质组学、重
11、大疾病相关基因的识别与克隆、分子生物学与生物化学、细胞学和发育生物学、神经生物学、动植物区系的系统演化与能量可调性 (Tunability): 同步辐射波长分布连续, 覆盖了红外、可见、紫外和 X 光波段, 可以任意选择波长, 进行单色光的实验 .高度偏振 (Polarization): 同步辐射在运动电子方向的瞬时轨道平面内电场矢量具有 100%偏振, 遍及所有角度和波长积分约 75%偏振, 在中平面以外呈椭圆偏振, 可用于研究样品中特定参数的取向问题 .协同进化、生物信息学等 3.而其中对于蛋白质、核酸、脂类等生物大分子的结构和功能的测定则是研究23 秦玉等: 大科学装置同步辐射光源在生命
12、分析化学中的应用生命活动的物质基础 , 近年来进展十分迅速 .对于生命现象的认识不能只是停留在整体、组织、器官或细胞等宏观水平上, 而且要深入探究生命物质的结构和功能 , 达到微观的水平 , 获取定量的数据. 研究生命体系中复杂的化学和物理过程 , 迫切需要超高灵敏度、选择性、在线活体动态跟踪、单细胞实时分析、单分子检测等有效的分析方法 , 以提供高通量的生物信息和数据 . 生命分析化学是生命科学的重要研究领域 , 主要与解决生命科学的核心科学问题相结合, 以实现灵敏、专一、准确和无损的探测;活体实时的动态跟踪 ; 发现、分离、提纯和表征生物分子; 实现微量和痕量生物活性物质的原位、实时、在体
13、和在线分析 .命活动的基础 , 是与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质. 因此, 对它们的结构与功能的研究也就成为探索各种生命活动本质的前提 . 近年来, 研究最多的是生物大分子结构的测定 , 而 X 射线谱和显微技术被广泛用于测定蛋白质晶体结构 , 并对蛋白质分子的三维结构变化进行动态研究 . 因此, 目前4在同步辐射光源中研究较多的是同步辐射 X 射线源.高亮度的同步辐射光源 , 能够实现快速、原位、损伤性小的检测和分析 . 使用同步辐射 X 射线源可以进行多种实验 如图 所示,1.现代科学探索领域的延伸和人类认知的不断需求, 对生命分析化学提出了越来越高的要求 . 因此,现有的分析方
14、法已经不能够满足当前研究发展的需要, 必须不断引入基于新原理的新方法和新技术 , 不断解决面临的新挑战 . 生命科学离不开生命分析化学; 而生命分析化学的发展与分析方法以及分析技术的发展紧密相连 , 各种新技术和仪器的引入使得生命分析化学在探讨生命过程的研究中取得了突飞猛进的发展 . 当代的生命分析化学主要向以下三个方向发展:图 1 X 射线源技术我国学者利用同步辐射装置在蛋白质晶体结构分析方面取得了一系列重要成果 . 例如: 常文瑞等5成功测定了菠菜主要捕光复合物 2.72 A分辨率的 X 射线晶体结构, 将人们关于光合作用中所涉及的光能收集和能量转移过程的知识全面提升到原子数据水平 .第一
15、, 向高灵敏度、高选择性、自动化、智能化、信息化和微型化的方向发展 ;饶子和等 利用同步辐射 X 射线衍射研究病毒重组蛋6白与三糖共结晶结构, 从而发现了病毒受体结合模式和精确的位点 , 是病毒领域突破性的研究进展 . 柴继第二, 各类分析方法的联合应用 , 优势互补, 实现方法和技术的突破 ;杰等 使用同步辐射 X 射线测定了番茄中抗性蛋白-7第三, 建立原位、实时、在线的动态分析检测方法, 无损探测方法以及多元多参数的检测监控方法 ,并研制出相应的分析仪器 .蛋白激酶 Pto 与丁香假单胞杆菌中效应蛋白 AvrPto 的复合物的晶体结构, 从分子水平上揭示了细菌效应蛋白 AvrPto 激活
16、植物免疫系统的结构基础 .7在金属组学的研究中 , 使用传统的 X 射线在进行金属蛋白结构和性质研究时 , 步骤繁琐, 耗时很多.目前人们已经开始使用同步辐射 X 射线荧光和 X 射线吸收光谱成像技术研究蛋白、细胞和组织内不同金4 同步辐射光源在生命分析化学中的应用同步辐射光源几乎所有的特征都对生命科学和生命分析的研究有利, 在各个波段范围都有实验技术可获得特别的应用. 目前研究较多的领域包括同步辐射 X 射线相关技术(散射、衍射、吸收、荧光)的发展和应用; 软 X 射线显微技术; 同步辐射红外光谱; 同步辐射真空紫外光电子能谱; 磁圆二色谱等.属元素的含量和分布. 图 2 显示了使用同步辐射
17、8, 9X 射线荧光成像技术研究肿瘤细胞中不同元素的分布, 在 20 m 20 m 范围内有较高的分辨率 , 成像清晰, 一次分析可以得到多种元素分布信息 .柴之芳等在发展同步辐射 X 射线荧光10144.1 同步辐射 X 射线技术用于生物大分子的结构(SRXRF)技术对金属蛋白的结构、分布和与疾病相关性等方面取得了一系列重要的研究成果 . 他们将SRXRF 技术和高分辨的蛋白质分离电泳技术相结合 ,和功能研究蛋白质、核酸、脂类和糖等生物大分子是所有生24 中国科学: 化学 2010 年 第 40 卷 第 1 期信号的采集和分析、毛细管电泳和同步辐射 X 射线荧光或 X 射线吸收光谱成像技术的
18、联用等等 , 将逐步建立起一系列新方法和新技术 , 从而为同步辐射光源在生命科学和其它领域的广泛应用奠定基础 .近年来, 人们开始进一步探索真实环境下生物大分子的结构变化和功能的关系. 同步辐射 X 射线小角散射(SR-SAXS)研究溶液中蛋白质的结构 , 对于在真实条件下确定蛋白质的构像及变化有重要意义,15, 16但在实际工作中 , 如何提高检测的分辨率是研究的重点和难点. 同时, X 射线小角散射实验结果必须结合适当的计算模型和工具 , 合理的分析和诠释 . 由于不同软件建立的模型和分析方法会有所差异 , 因此如何保证结果的可靠性、准确性及合理性是该研究方向中的另一个难点 . 最近的结果
19、表明 , 研究者已经可以利用小角散射技术进行较低分辨率要求下的高通量蛋白质结构测定 . 例如, 劳伦斯伯克利国家实验室的科学家在 1 个月内分析测定了火球菌的 40 组蛋白质结构(达到 1 纳米分辨率), 而如果使用 X 射线晶体衍射技术, 就可能需要花几年时间 17.图 2 X 射线荧光成像研究生物组织细胞8可以满足高通量金属蛋白组学研究的要求 . 这种联用技术分辨率高 , 不破坏样品 , 可以提供蛋白质含量、特性等数据 , 能得到微量元素的组成和分布 ; 还可用于研究不同元素功能的相关性 , 从而成为一种具有广泛应用前景的生物样品中微量元素的分析方4.2 软 X 射线显微技术人类对微观世界
20、的认识很大程度上取决于显微技术的发展 . 各种显微技术可以提供不同的分辨率 .光学显微镜的点分辨极限是 0.2 m, 可用于研究细胞的形态和功能; 而利用电子束作为“光源”成像的电子显微镜 , 分辨率达几个纳米 . 因此, 电镜可以用于研究更小的病毒等结构 . 尽管电镜的分辨率非常高, 在细胞和分子生物学中已得到广泛应用 , 但它在实际使用中仍然存在着以下缺陷 :法. 这些工作已在国际上产生了重要的影响 .9同步辐射技术在研究金属核酶上也将发挥重要作用. DNA 和 RNA 不仅是遗传信息的存储者和传递者, 它们还能够催化生物体内一定的反应和过程 . 由体外分子进化技术筛选得到的脱氧核酶具有高
21、效的催化活性和特异的序列识别能力 , 能对 RNA 进行切割, 从而调控蛋白, 在基因疗法和传感检测等方面有重要的研究价值. 而不同金属在决定 DNA/RNA 酶的结构和功能等方面起重要作用 . 关于金属蛋白酶的研究已经比较成熟 , 但对于金属核酶和脱氧核酶的研究还处于初期 , 目前主要的研究方法是荧光标记法. 使用同步辐射 X 射线光源技术(如 SR-XAS 等)对金属核酶和脱氧核酶进行研究 , 可以静态或动态地考察核酶活性位点周围结构和功能特性 .(1)样品制备难度大 . 由于电子穿透能力弱 , 因此样品必须很薄, 一般的生物样品厚度要求在 50 nm.制备这样的超薄样品是很困难的 , 不
22、仅需要专门设备, 而且要求操作者具有丰富的经验 .(2)含水样品不能直接成像 . 这是因为电镜样品的成像需要在高真空的环境中完成 .(3)生物样品需要重金属“染色”. 生物样品中的物质主要是一些原子序数小的轻元素组成 , 它们对电子的吸收差异极小 , 不能产生足够的衬度 , 因此需要用重金属对生物样品进行 “染色” 才能成像 . 由于样品需要切片、脱水和染色, 因此电镜成像往往会出现假象.如何将同步辐射光源结合多通道检测装置实现对多个样品中多种元素进行同步高通量分析测定,是一个非常前沿和重要的研究方向 . 通过在具体研而 X 射线显微技术用波长为 0.1 nm 至 10 nm 的究过程中对实验
23、条件的探索 , 例如基底材料的选择、25 秦玉等: 大科学装置同步辐射光源在生命分析化学中的应用电磁波成像, 能够提供几十到上百纳米的分辨率 , 正这为超越光学极限观察细胞内的蛋白质定位提供极有价值的工具. 因此, X 射线显微技术有望实现同时对细胞内部微细结构和化学状态进行观察 , 从而为研究生命体系中的细微变化 , 纳米材料在细胞内的分布, 纳米药物定向输送等提供新的研究方法 .好填补了光学显微镜和电子显微镜之间的检测空白 .18同步辐射软 X 射线显微技术能对较厚的含水样品直接进行高分辨率的显微成像 , 这一点对生物样品的研究尤为重要 . 它可以利用样品自身的相衬度在 “水窗”内成像,
24、能够提供高于光学显微镜的分辨率 , 不但可以用于直接观察细胞, 同时也是研究细胞内的病毒及大分子组装体(大小约在 100 nm 数量级左右)的合适工具19, 20 . 同步辐射 X 射线能透过约 10 m 厚的水层,成像的分辨率可达到 25 nm, 实现单细胞成像, 并能消除活样品成像时的重影 . 有些样品无需特殊处理就能成像, 而对会出现形态改变和物质流失的样品可以借助于极微小的曝光成像 (即小于造成热效应和辐射伤害的曝光量), 化学固定成像, 冷冻成水合状态或非水合状态的样品处理等方法来解决(图 3). 冷冻水合样品的低温软 X 射线显微术能研究细胞成像, 且不会造成因化学固定而产生的细胞
25、形态改变.软 X 射线显微技术中虽然可以利用样品自身的相衬度在 “水窗” 内成像, 但这仍然远远不够 . 在软X 射线显微技术的使用中 , 无论是样品的自然吸收衬度还是相位衬度成像 , 几乎都没有生物化学的专一性, 而必须和分子生物学以及生物化学中的样品标记方法相结合 , 从而提高软 X 射线光谱显微术在“水窗” 内的分辨率和特异性 . 解决的方法可以使用具有特殊性质的软 X 射线探针, 如利用与特异性抗体相偶联的新型纳米探针来研究蛋白质的亚细胞定位等. 发展适合于活细胞或含水细胞的 X 射线显微技术的各种分子探针 , 是该领域研究的前沿 . 具体的研究应该包括: 探针种类的确定和制备 ; 探
26、针的修饰和标记; 在同步辐射 X 射线作用下的响应和稳定性的研究; 对细胞毒性的研究等等 . 对新型软 X 射线探针的研究将为软 X 射线光谱显微技术提供强有力的工具, 并有可能同时采集多种信号对样品做出快速全面的分析检测 .更加重要的是, 和计算机断层成像技术相结合后,软 X 射线光谱显微技术能够对细胞进行断层扫描和综合成像, 得到高分辨率的三维图像 , 而这是其他显微观测方法所难以获得的. David Attwood 在 2006 年Nature 上的一篇评论中明确提出 : “ 纳米断层扫描时代已经到来”. 文中引用了Larabell 和 Le Gros 报道的对酵母细胞的三维重构图像(如
27、图 4 所示), 其分辨率4.3 同步辐射红外光谱和成像达到 60 nm, 形象地展示了该技术的强大威力.22, 23红外光谱和成像技术是分析化学、生命科学等多个领域中的重要研究工具 , 红外技术具有无需外加探针、破坏性小、无需真空环境等优点 . 传统红外光谱学的研究和应用受到光源强度、光学元件和检测灵敏度等条件的制约 , 而同步辐射则可以在红外区提供高亮度和高稳定性的辐射光源 , 并使测量分辨率提高到几个微米, 从而可以深入研究细胞 . 和 X 射线技术相比 , 目前对同步辐射红外光谱的研究和应用还较少. 采用 X 射线的检测方法对生物体中的软组织或不同类型的生物分子的结构和形貌进行区别是比
28、较困难的 , 而红外技术在这些方面具有明显的优势, 不同类型的生物分子由于所含特征官能团不同 ,其红外光谱的吸收峰位置不同 , 并会随环境的变化而发生位移 . 主要的生物大分子所具有的特征红外应用这种显微 CT 技术, 能够方便地观察细胞内部的精细结构, 在与高能量分辨技术相结合的基础上 , 还可以开展高空间分辨的化学谱学研究 . 目前, 最先进的软X射线显微镜已可达到优于15 nm的分辨率21, 24,吸收, 如图 5 所示. 脂类: 2852, 2874, 2922, 2956 cm ;1核酸: 1666, 1717 cm 1; 蛋白质: 15001560, 16001700 cm .1图
29、 3 自然衬度含水细胞的软 X 射线成像图21红外技术可以对被测样品做无干扰性和无破坏26 中国科学: 化学 2010 年 第 40 卷 第 1 期图 5 主要生物样品红外特征谱 . Protein (myoglobin); Li-25图 4 直径为微米的酵母细胞三维重构成像22, 23pid (dimyristoylphosphatidylcholine, DMPC); Nucleic acid(poly-A); Carbohydrate (sucrose)性的研究, 由于不需要外加探针 , 因此, 红外方法能够在最真实的环境下进行检测 (见图 5, 6). 使用同步辐射光源的红外和拉曼光谱
30、及成像技术将突破传统的红外技术由于光源强度的限制而造成的分辨率低的限制 , 从而对生命科学的发展起重要的推动作用 . 该领域的研究刚刚开始 , 有许多重要的问题亟27待解决, 主要包括: 检测方法和实验条件步骤的优化 ,从而进一步提高信噪比 , 提高在溶液中直接进行活细胞研究的可靠性 ; 确定在细胞或组织内环境下的各种被研究对象的特征吸收峰 ; 建立准确可靠的标准物和标准谱等等 .目前同步辐射红外研究的前沿包括 : 研究细胞内部不同区域化学组成和复杂的生物大分子复合体 ;疾病诊断和疾病发生机理研究 ; 利用各类生物分子的特征峰 , 结合扫描技术来分辨细胞或组织内不同种类物质的分布情况 , 了解
31、细胞静态结构 , 并跟踪其动力学过程, 考察生物体组织化学成分的变化 , 探寻疾病发生的原因和条件 ; 远红外和太赫兹辐射光谱的研究和应用; 和其他方法技术的联用 , 如荧光显微镜和红外显微镜的联用等 .图 6 生长 CaF 片上的人上皮细胞照片: (a) 红外谱图; (b)2和红外成像图 (c)26伴随着多种物质的协同变化 , 利用同步辐射的连续性, 可以在同一体系中使用现有的多种探针或标记物, 进行成像和多组分同时检测 , 从而能更全面的了解生物分子的结构变化和功能 (图 7).4.4 同步辐射真空紫外光电子能谱5 展望使用荧光探针和荧光标记的检测及成像技术在生命科学研究中发挥了重要的作用
32、 , 传统的荧光激发使用汞灯、激光等光源 , 前者光亮度有限 , 难以达到很高的分辨力 ; 而激光光源强度高、准直性好 , 但发射波长固定 , 对荧光探针和标记物的选择和使用有一定的限制. 因此, 同步辐射光源将会在这方面的人类追求完美和前进的步伐永远不会停顿 . 在第三代同步辐射光源之后人们又在继续探索亮度、相干性和时间结构上更具优势的第四代光源 (X 射线激光). 从目前发展的趋势看 , 新一代的短脉冲、高亮度、可调的相干 X 射线光源基于自放大自发辐射原理的高增益自由电子激光(SASEFEL), 有望实现对物质研究中起重要作用 . 同时, 细胞中的许多生命过程2827 秦玉等: 大科学装
33、置同步辐射光源在生命分析化学中的应用(Linac Coherent Light Source, LCLS) 于今年四月成功地进行了调试, 并已顺利获得了超高亮度的硬 X 射线激光, 这表明第四代光源已经问世 . 基于自由电子激光原理的第四代光源必将为物理、化学、材料、信息和生命等学科带来巨大的影响 . 以结构生物学为例 ,自由电子激光将可能直接对溶液中单个蛋白质分子进行结构分析 , 可以避免蛋白质结晶这个高难度的过程, 从而极大提高蛋白质结构解析的能力 . 我们将拭目以待第四代光源带来的变革！总之, 同步辐射光源在生命分析化学的研究中有着不可替代的重要地位 , 成为分析生物大分子结构、研究各种
34、酶复合体、基因转录启动因子复合体和病毒粒子等的极其重要的工具 . 利用同步辐射光源产生的高亮度、窄脉冲的同步辐射光在时间分辨上的优势, 将可实现在分子水平上直接观察生命现象和物质运动过程 , 获得生命过程中物质相互作用的机制和信号转导等系统信息 ; 拓宽并深化现有的研究领域并进而开辟全新的研究领域 , 为揭示和阐明各种生命现象提供高端方法和科学数据等的潜力无穷 ,研究的范围和内容方兴未艾 . 积极推动同步辐射光源在生命分析化学研究中的应用 , 必将使我国生命分析进入更高层次的研究阶段 .图 7 SR-UV 光源共聚焦荧光显微成像研究植物雌激素香豆雌酚在细胞中的分布29和能量在极小、极快的时间和
35、空间尺度内进行调控 ,为研究物质的微观动态结构和各种瞬态的以及非线性过程提供前所未有的手段和机会 . 据报道, 世界上第一台工作于硬 X 射线波段的第四代光源 , 即位于美国斯坦福大学的斯坦福直线加速器中心 (StanfordLinear Accelerator Center, SLAC)的直线相干光源致谢中国科学院上海应用物理研究所徐洪杰研究员和胡钧对本文给予了指导和帮助; 本工作得到国家自然科学基金重大项目(批准号: 20890021 )和国家重点基础研究发展计划(编号: 2007CB936404)的资助, 特此一并致谢.参考文献12345Hao X, Jia H. China Super
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