先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備仿佛是科學(xué)家的慧眼，微觀世界變得更細(xì)膩、形象、生動(dòng)，它們?yōu)榭茖W(xué)研究插上了騰飛的翅膀，帶著人們飛向更高、更遠(yuǎn)的“天空”。
先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備仿佛是科學(xué)家的慧眼，微觀世界變得更細(xì)膩、形象、生動(dòng)，它們?yōu)榭茖W(xué)研究插上了騰飛的翅膀，帶著人們飛向更高、更遠(yuǎn)的“天空”。
光學(xué)顯微鏡的出現(xiàn)，將人類帶入以往難以窺探的微觀世界。比如，1665年Robert Hooke用光學(xué)顯微鏡看到了肉眼看不到的細(xì)胞。之后，人們對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)才逐漸清晰。300多年后的今天，生物學(xué)家們?nèi)匀辉诮柚鈱W(xué)顯微鏡開展細(xì)胞研究。刊登在1月17日《Cell Reports》雜志上的一篇文章報(bào)告了一項(xiàng)關(guān)于神經(jīng)細(xì)胞的重要研究成果：美國賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的James H. Eberwine等首次利用7位患者在手術(shù)時(shí)切除的腦組織，成功在實(shí)驗(yàn)室培育出成人神經(jīng)細(xì)胞，并從中識(shí)別出5種腦細(xì)胞類型及每種細(xì)胞合成的蛋白質(zhì)。
研究人員在得到組織樣本后用分解蛋白質(zhì)的木瓜蛋白酶進(jìn)行分離，培育出活性神經(jīng)細(xì)胞。在對300多個(gè)活性細(xì)胞分析后，識(shí)別出少突膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元、內(nèi)皮細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞這5種已知的腦細(xì)胞類型。他們用RNA測序技術(shù)，識(shí)別不同細(xì)胞類型對應(yīng)的長鏈非編碼RNA，結(jié)果顯示，不同患者神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的基因表達(dá)完全不同，這意味著或可針對不同患者提供個(gè)性化醫(yī)療。
培育出神經(jīng)細(xì)胞令研究人員很驚訝，Eberwine說，“之前的老年病研究主要依靠動(dòng)物模型，但這次培育的神經(jīng)細(xì)胞來源于20~70歲的不同年齡段，可用來檢測老年人神經(jīng)細(xì)胞與年輕人的分子標(biāo)記差異，提供一種全新的老年病研究體系。”（1月19日《科技日報(bào)》）
分子，體積比細(xì)胞又小數(shù)個(gè)量級。在分子尺度開展研究必須借助分辨率更高、更精密的顯微設(shè)備，才能分析分子精細(xì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行更深入的研究工作。比如，給分子打個(gè)結(jié)。在分子尺度上打出一定形狀的紐結(jié)是非常困難的事情。幾十年來，科學(xué)家利用化學(xué)反應(yīng)讓分子鏈打成基本紐結(jié)形態(tài)僅有3種——三葉結(jié)、8字結(jié)與五葉結(jié)。1月13日發(fā)表于《Science》的論文報(bào)告了在分子尺度上紐結(jié)的第4種形態(tài)——819紐結(jié)。這項(xiàng)研究是英國曼徹斯特大學(xué)Leigh等用一個(gè)5步化學(xué)反應(yīng)，將3個(gè)配體鏈“編織”出具有8個(gè)交叉的紐結(jié)，Fe2+控制3個(gè)配體鏈的相對位置，紐結(jié)包含192個(gè)原子，寬度為20 nm。如此小的尺寸普通的光學(xué)顯微鏡顯然已經(jīng)難以勝任，必須借助更精密的超級顯微鏡。作為第三代光源的上海光源，在此尺寸下可拍攝高清晰度圖片。
1月15日，比它更先進(jìn)的一代光源——大連光源發(fā)出世界最強(qiáng)的極紫外自由電子激光脈沖，它的功能更強(qiáng)，可記錄微觀世界的動(dòng)態(tài)過程，相當(dāng)于微觀世界的高速攝像機(jī)。這個(gè)中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所和上海應(yīng)用物理研究所聯(lián)合研制的“極紫外自由電子激光裝置”中的90%的設(shè)備是由中國自主研發(fā)的，其單個(gè)皮秒（即10-12s）激光脈沖產(chǎn)生140萬億個(gè)光子，成為世界上最亮且波長完全可調(diào)的極紫外自由電子激光光源。
大連光源主要由3部分構(gòu)成，即加速器、波蕩器和光束線站。先由驅(qū)動(dòng)激光在光陰極上打出高密度的脈沖電子束，再用直線加速器將之加速到與光速接近。另一束種子激光照射在這個(gè)高能電子束上，之前的電子束按照激光的波長在空間重新分布后，會(huì)繼續(xù)穿越一系列周期性變化的磁場。電子在經(jīng)過周期性磁場之后，會(huì)更加強(qiáng)烈地輻射光線，一定的周期性磁場的強(qiáng)度會(huì)最終輸出極紫外激光。
“大連光源”能夠窺見區(qū)域內(nèi)幾乎所有的原子和分子，中國科學(xué)院院士、大連化學(xué)物理研究所副所長楊學(xué)明說：“光源亮，微觀世界可以看得更清楚；脈沖短，我們可以看到分子和原子在物理和化學(xué)變化中超快的過程。”它的應(yīng)用使科學(xué)家在物質(zhì)世界的探索中更加得心應(yīng)手。
楊學(xué)明評價(jià)大連光源：“在化學(xué)、能源、物理、生物、環(huán)境等重要研究領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，我國率先建成這一先進(jìn)光源，對推動(dòng)我國乃至世界在這些領(lǐng)域的研究發(fā)展有著極其重要的意義。”他認(rèn)為，大連光源的成功研制為中國未來發(fā)展X波段的自由電子激光打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院副院長王恩哥評價(jià)說：“‘大連光源’建成出光，成為我國大科學(xué)工程的又一成功范例，將為我國的科技事業(yè)注入新的活力。”
科學(xué)探索永無止境，為使原有的實(shí)驗(yàn)技術(shù)能力得到巨大提升，中國將在北京建設(shè)一臺(tái)高能同步輻射光源——北京光源，該項(xiàng)目已列入《國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃》，設(shè)計(jì)的亮度及相干度均高于世界現(xiàn)有、在建或計(jì)劃中的光源。中國科學(xué)院高能物理研究所研究員董宇輝介紹，北京光源主要有兩方面的應(yīng)用：一是和國家安全密切相關(guān)的重大需求，如航天材料；二是提供非常高的分辨率，讓科學(xué)家有了解復(fù)雜體系、極精細(xì)結(jié)構(gòu)的能力，能推動(dòng)基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)步。該項(xiàng)目計(jì)劃2018年底動(dòng)工，工期6年，預(yù)計(jì)耗資48億元。（1月24日光明網(wǎng)）
這些更先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備仿佛是科學(xué)家的慧眼，微觀世界變得更細(xì)膩、形象、生動(dòng)，它們?yōu)榭茖W(xué)研究插上了騰飛的翅膀，帶著人們飛向更高、更遠(yuǎn)的“天空”。
作者簡介：王麗娜，科技導(dǎo)報(bào)社，編輯。
注：本文發(fā)表在2017年第3期《科技導(dǎo)報(bào)》，歡迎關(guān)注。本文部分圖片來自互聯(lián)網(wǎng)，版權(quán)事宜未及落實(shí)，歡迎圖片作者與我們聯(lián)系稿酬事宜。
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