【科研进展】单分子的超快原子分辨成像
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过去100年里X射线晶体学在解析物质（尤其是生物大分子）三维结构方面取得了巨大成功，包括DNA双螺旋结构、核糖体、GPCR等。然而X射线晶体学一般要求高质量大尺寸的晶体；对于无法结晶的样品，尤其是孤立的单个分子（isolated single molecule），要获得其三维结构仍然面临极大的挑战。
近期，上海交通大学张杰院士和向导教授领导的课题组利用在基金委国家重大科研仪器研制项目资助下研发的兆伏特超快电子衍射装置，结合多束超快激光相干地操控分子，证明了一种可在不结晶的条件下实现单分子结构解析的方法，并获得0.7埃的分辨率；该工作以“Ultrafast isolated molecule imaging without crystallization” 为题发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA》[PNAS, 119, e2122793119 (2022)]。实验中利用四束飞秒激光脉冲相干地操控分子使得分子在特定时间处于相同的取向（类似获得分子“晶体”），同时利用接近光速（0.99 c）的超短电子束成功测量到处于短暂的准直状态（时间窗口约100飞秒，1飞秒=10-15秒）的分子的衍射斑，再结合相干衍射成像技术反演出分子的实空间分布。
超快单分子成像原理示意图
本工作主要由国家重点研发计划（No. 2021YFA1400202），国家自然科学基金（No. 11925505, 12005132, 11504232 and 11721091）和上海市科委重大项目 (No. 16DZ2260200) 资助，上海交通大学物理与天文学院博士生马卓然、助理研究员邹晓及博士后赵凌荣为文章共同第一作者。
文章链接（点击阅读原文查看更多）：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2122793119
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