同步辐射X射线应用于生物大分子结构探测与动力学研究

当实验样品被同步辐射光照射时，会出现散射、投射、折射、吸收、衍射等情况，同步辐射与物体间的反应会导致光电子和荧光的出现，从而使物体产生破碎、激发和电离等变化。科研工作者们通过研究上述现象，使用各种特性已知的同步辐射光进行研究，不断促进科学的进步（孙英兰，2009）。

图3：同步辐射的实验现象与应用

例如，检测生物大分子晶体三维结构最普遍的方法就是使用同步辐射X射线衍射（张玲玲等，2019）。而蛋白质三维结构信息是在分子水平上理解生命过程所不可缺少的。结构未知的蛋白质多达数十万种，同步辐射光的高亮度特性，使得这一类测定的精度显著提高，实验测量时间大大缩短——从以天为单位缩短到以小时、分钟为单位，目前80%以上的新蛋白质结构测定工作都依靠了同步辐射方法。作为动态测量生物大分子形状的唯一手段，同步辐射X射线小角散射在探索部分生物过程动力学中起显著作用（张玲玲等，2019），如蛋白质折叠过程、肌肉纤维收缩过程等。采用同步辐射X射线显微成像分析，利用“水窗”波段（波长2.3nm—4.4 nm）的软X光对水的高穿透性特点，可对接近自然状态下的生物样品（细胞等）进行成像和结构研究，其空间分辨率可达10nm—50 nm。(www.xing528.com)

此外，同步辐射光源X射线比其他技术对早期心血管疾病的检测更为快速和安全，其优势在于能形成更清楚更安全的心血管成像。由于同步辐射光有高清晰这一特质，在诊断肿瘤时可以检测出非常小的肿瘤，可以通过发现早期肿瘤而提高治愈肿瘤的概率。相比普通X光，同步辐射的高清晰度可以显著增强图片质量，减少用于扫描的时间，极大地增强CT的空间分辨率，通过其成像技术，X光片的边缘也非常清晰（孙英兰，2009）。

此外，同步辐射在关于材料学的探索中至关重要，高亮度X射线光可以将原子的精确构造清楚地显示出来，同步辐射光源是理解材料性能的重要工具，为材料学的不断发展提供了有力的推动作用（张玲玲等，2019）。

相比其他大科学装置，同步辐射涵盖的研究领域很多，能解决不同方向的研究需求（张玲玲等，2019）。目前上海光源拥有19个试验站，15条光束线，包含X射线成像及生物医学应用光束线站、生物大分子晶体学光束线站、硬X射线微聚焦光束线站、小角散射光束线站、X射线衍射光束线站等重要研究设备。