費秒生物造影

在產生蛋白質及其他生物分子原子解析度的結構上,X-射線結晶技術(X-ray crystallography)是非常成功的。不過,上述成功需仰賴生長出肉眼可見的晶體。

不巧的是,有些分子難以或完全不晶化。10年前,研究人們員預測,來自X-射線雷射(X-ray laser)的費秒脈衝,於時間及強度上,足以在使未晶化之生物分子蒸發前,產生有用的衍射圖案(diffraction pattern)。

(圖援用自原文)

目前,一支由80餘名科學家組成的國際合作團隊,業已利用史丹佛線性加速器中心的直線加速器相干光源自由電子雷射(SLAC`s Linac Coherent Light Source free-electron laser),來進行兩項證明上述雷射能耐概念的論證研究。在一項研究中,此些研究人員將一種奈米結晶懸浮體(也就是光合的蛋白光體系I(the photosynthetic protein photosystem I))噴過1.8-keV的X-射線束,並記錄每次一個結晶體通過此射線束的二維衍射圖案,之後組合15000個單結晶體的圖案,形成了如圖示的3D投影圖。從此些數據,該團隊以近乎原子的8.5埃(Å)解析度重建了該蛋白質的結構。

於第二項研究中,該團隊將直徑0.45微米(μm)、非結晶之擬菌病毒(mimivirus:屬一種DNA病毒)粒子的浮質流(aerosol stream)噴過上述射線束。由於該射線束每一脈衝近乎10的13次方個光子的強度,該合作團隊能將單一病毒粒子的衍射圖案轉換成病毒內部的實際空間投影圖,雖然解析度僅32奈米(nm)。此些研究代表了我們朝使用更強且更短脈衝,而以逐一原子的清晰度來製作分子影片,邁進了一步。

原文網址:Femtosecond bioimaging

翻譯:peregrine | 本文轉載自PEREGRINE科學點滴


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