近日，位于張江的上海軟X射線自由電子激光裝置內(nèi)傳出重磅消息：繼實現(xiàn)532米X射線自由電子激光裝置的全線調(diào)試貫通、帶光運行后，活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程暨上海軟X射線自由電子激光裝置于6月21日凌晨首次實現(xiàn)了2.4納米單發(fā)激光脈沖的相干衍射成像，獲得了首批實驗數(shù)據(jù)，并完成了對衍射圖樣的快速圖像重建。這意味著我國首次獲得飛秒級成像X光照片，具備了為分子“拍電影”的實力。

上海軟X射線自由電子激光裝置調(diào)試工作連續(xù)取得突破性進(jìn)展、整體性能表現(xiàn)出的先進(jìn)性，都標(biāo)志著我國在軟X射線自由電子激光研制和使用方面已步入國際先進(jìn)行列。

據(jù)介紹，由上海軟X射線自由電子激光裝置由活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程和軟X射線自由電子激光用戶裝置共同構(gòu)成的我國首臺X射線自由電子激光裝置，擬于明年面向全世界開放運行。

峰值亮度比同步輻射高十億倍以上

飛秒量級意味著什么？成像時間尺度可達(dá)到1秒的1000萬億分之一。與第三代同步輻射光源上海光源相比，軟X射線自由電子激光裝置擁有更快的脈沖——從皮秒提升到飛秒級，以及更高的亮度——增強(qiáng)了約10億倍?！拔覀儸F(xiàn)在可以研究飛秒量級的動態(tài)過程，上海光源是給靜止分子拍照片，X射線自由電子激光裝置可以給運動分子拍照片和拍電影?！吧虾？萍即髮W(xué)教授、大科學(xué)中心主任、活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程總經(jīng)理劉志解釋道。

據(jù)了解，基于該成果，活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程暨上海軟X射線自由電子激光裝置成為了國際上目前少數(shù)實現(xiàn)“水窗”波段相干衍射成像實驗的自由電子激光裝置之一。

“水窗”是指波長在2.3納米到4.4納米范圍的軟X射線波段。在此波段內(nèi)，水不吸收X射線，對X射線相對透明。但是碳元素等構(gòu)成生物細(xì)胞的重要元素，仍會與X射線相互作用，因而水窗波段的X射線可用于活體生物細(xì)胞的顯微成像等，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。

“如果將細(xì)胞比作一個城市，細(xì)胞器就像是散落在各個角落的居民小區(qū)、樓宇等，通過我們的裝置可以把城市和里面里人群的流動看清楚，成像后等于看清了生命體?！眲⒅菊f。

據(jù)悉，在水窗波段，自由電子激光脈沖的峰值亮度比同步輻射高十億倍以上，具備橫向和縱向相干性，不僅能夠為物理、生物、化學(xué)等學(xué)科提供革命性的研究工具，同時可為在建的上海硬X射線自由電子激光裝置技術(shù)研發(fā)提供支撐。

最先進(jìn)的光源帶來前所未有的能力

作為我國首臺X射線自由電子激光裝置，上海軟X射線自由電子激光裝置由活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程和軟X射線自由電子激光用戶裝置共同構(gòu)成，兩個項目同步建設(shè)，有機(jī)銜接。該裝置將與已建成的上海同步輻射光源、超強(qiáng)超短激光裝置和在建的硬X射線自由電子激光裝置等一起，在浦東張江構(gòu)建具有全球影響力的光子科學(xué)設(shè)施集群和光子科學(xué)研究中心。

“此次進(jìn)展也是中國首次實現(xiàn)單脈沖X光可完成一個實驗，在一瞬間（飛秒級）以原子尺度的精度測量一個體系是我們自由電子激光領(lǐng)域的最終夢想?！眲⒅菊f，“隨著硬X射線自由電子裝置等在張江形成集聚效應(yīng)后，將給最先進(jìn)的光源帶來前所未有的能力。”

據(jù)悉，活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程由上?？萍即髮W(xué)、中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所、中國科學(xué)院上海高等研究院團(tuán)隊共同建設(shè)。據(jù)上海科技大學(xué)教授、活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程副經(jīng)理江懷東介紹，該線站含用戶波蕩器束線、活細(xì)胞成像束線、生物成像實驗站、活細(xì)胞熒光超分辨顯微鏡站、超快物理實驗站、超快化學(xué)實驗站、分子動態(tài)成像實驗站及實驗輔助設(shè)施。

“這些設(shè)施都將為我國今后開展生物活體細(xì)胞成像、新材料動態(tài)結(jié)構(gòu)分析以及多物理場原位成像等前沿科學(xué)研究打下了基礎(chǔ)?！苯瓚褨|說，“隨著其他線站的逐步開通，預(yù)計整個裝置將預(yù)計在今年內(nèi)完成驗收?！?/font>