飛秒級分子電影Action-科學人雜誌
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飛秒級分子電影Action

2017-08-01 弗洛姆(Petra Fromme)、史賓斯(John C. H. Spence)
科學家結合雷射與晶體的新技術,記錄藥物反應或光合作用的關鍵數飛秒,協助我們了解分子如何進行交互作用。
美國加州帕洛亞托附近山丘的地下深處,科學家在實驗室中匆匆來去,為一連串「爆破」做最後的準備。他們計畫爆破蛋白質晶體,揭露自然界中不為人知的奧秘:植物的光合作用如何把光轉換成化學能。一旦揭開了這個奧秘,人類將朝用之不竭的潔淨能源邁進一步。2009年12月,史丹佛直線加速器中心(SLAC)國家加速器實驗室裡,一群睡眠不足的研究人員和學生已經持續工作了好幾天,準備運用全世界能量最強的X射線雷射進行這項實驗;這座直線型加速器同調光源(LCLS)可把電子加速到接近光速。一組人埋首調整噴頭,把蛋白質晶體噴入X射線束;另一組則在噴頭中裝入第一光系統(photosystem I)晶體,這種蛋白質複合體是植物進行光合作用的關鍵。在三公里長的加速器隧道末端,晶體開始噴入高強度雷射。但這些晶體爆開前,已經由一項新開發的技術拍下其身影。現在這項技術將大幅改變我們對最小尺度生物學的理解,因為目前我們可以把數飛秒(1飛秒是10-15秒)的一連串快速影像拼接成影片。物理學家費曼(Richard Feynman)說過:「所有生物活動都可以想成原子在搖動和擺動。」但以往我們無法直接看見生物內部原子和分子的搖動或擺動。序...

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