单个病毒的X射线3D成像

自从1957年确立肌红蛋白的结构以来,研究人员利用X射线晶体学确定了数以万计蛋白、核酸和其他生物分子的结构,并由此展开了分子功能研究。这种方法要求被研究的分子必须可以形成晶体,当X射线通过晶体时会发生衍射,由此可获得结构信息。但是,很多重要的分子无法结晶,因此不能用这种方法来研究。这就是X射线晶体学的"阿喀琉斯之踵"。科学家们正在寻找重建分子结构的新方案:他们希望只需要将单分子注入到自由电子激光(XFEL)的强激光束中即可通过X射线衍射信息重建分子结构。由瑞典Uppsala大学Hajdu领导的研     

探究微观世界的新方法——X射线傅里叶变换鬼成像

<正>自1914年Max Laue发现X射线晶体衍射后,X射线晶体学已经成为人类探索微观世界的强大工具,如生物分子结构和纳米材料研究等~([1—3])。然而,很多重要分子材料的结构信息,如膜蛋白,仍然难以得到,因为这些材料很难生长为较     

X射线晶体学的创立与发展

2014年,正值X射线晶体学诞生100周年,100年来,晶体对社会发展及人类生活起着重要的作用,它塑造了当今的世界,支撑着今天的科学。鉴于此,2012年7月举行的第66届联合国大会宣布,将2014年作为国际晶体学年(IYCr2014)。晶体X射线衍射的发现对自然科学的影响是深远的,它给人们提供了原子、分子在晶体中的微观排列图像;而X射线光谱学的发展,使人们认识原子结构的规律性,为原子结构理论提供了直接的实验佐证,也使辨别物质的元素成为可能,从而创立了X射线晶体学。X射线的应用,促进了X射线晶体学的发展,使物理学的研究从宏观进入微观,从经典过渡到现代,从而开拓了现代化学、现代生物学和医学的先河,使科学技术产生划时代的进展。文章回顾了X射线晶体学的创立与发展的历程,纵览了X射线晶体学重要的实验元素:光源、探测器、分析软件与晶体学数据库以及实验技术的发展,以怀念科学先驱们对科学技术的贡献。     

X射线自由电子激光晶体学在结构生物学中的应用

X射线晶体学是获得生物大分子三维空间结构最主要的方法。基于X射线自由电子激光的晶体学——串行飞秒晶体学方法的出现,以其独特的优势为结构生物学研究提供了一种全新的研究手段。文章主要介绍了串行飞秒晶体学方法在结构生物学领域的应用及所取得的成果。这些成果表明该方法是在亚纳米空间尺度和飞秒时间尺度、在接近于自然状态下进行生物大分子静态和动态结构研究的强有力手段。     

晶体学与“四个现代化”

晶体学是一门边缘科学,它牵涉到物理学、化学、冶金学、矿物学、土壤学以至于近代的分子生物学.我们可以说,晶体学是研究晶体的结构和缺陷与物理性质之间的关系的一门科学,晶体学是研究晶体在成分、温度、压力或其它物理条件的变更下结构变化的一门科学,晶体学又是研究晶体的发生和发展的一门科学.在X射线衍射现象发现以前的晶体学叫做经典晶体学,而用X射线分析晶体的微观结构和织构的叫做X射线晶体学. 自从劳厄(von　Laue)发现X射线的衍射现象而布喇格(Bragg)父子奠定了这一学科的基础之后,到现在已有六十六年的历史了.这六十多年,在历…     

蛋白质晶体的魅力——国际晶体学年漫谈结构(晶体)生物学

以应用物理学及数学对称性原理为基础,晶体学是一门典型的多学科综合交叉学科。2014年是德国物理学家劳厄(von Laue)因为首次进行X射线穿过矿物晶体得到衍射现象的实验从而荣获1914年诺贝尔物理学奖一百周年纪念,也是联合国教科文组织将2014年确定为"国际晶体学年"的一年。文章简要地回顾了X射线晶体学发展壮大的百年历史,重点展望了结构生物学中最为重要的分支——蛋白质晶体学的发展及前景。特别介绍了中国近年来蛋白质晶体学的快速发展及其在世界上的崛起。最后,以作者所在实验室的一个结构生物学研究课题——Caspase-6的结构与功能研究为例,较为详细地介绍和阐明了蛋白质晶体学在结构生物学研究中的一些实验细节、可能遇到的困难及研究思路,指出了物理学原理及原子水平的动力学性质在进一步阐明蛋白质结构与功能研究中的重要性。     

新一代X射线激光器可用于观察分子构造

英国《新科学家》杂志日前刊载文章称，新一代X射线激光器能用于研究蛋白质和其他生物分子的构造和行为。新一代X射线激光器的能量将是现有设备的100亿倍，能使科学家观察到最微小最精妙的分子构造。利用这种技术可以破解复杂的蛋白质和完整的病毒结构，甚至可能获得DNA的三维图像。X射线激光器被称作自由电子激光器。与传统激光器不同，自由电子激光器并不是通过光照或电流刺激某种物质发射光子，而是使用粒子加速器让极小的电子云穿过磁铁组，这些磁铁把电子推来推去，直到电子释放出光脉冲。传统激光器的激光波长是由发射光子的物质本…     

在双螺旋结构的发现中物理学的作用与贡献

简述了薛定谔对基因物质的预言和德尔布吕克等人关于DNA是遗传物质的确定;介绍了DNA结构的X射线衍射分析,其中包括在X射线晶体学中的布拉格方程,螺旋结构的傅里叶变换,威尔金斯对双螺旋结构的实验验证;介绍了分子模型方法,其中包括键角与键长,杂化轨道理论,碳四面体型轨道的量子力学计算,在分子的空间构型中氢键的作用.     

南氨酸高氯酸盐的晶体结构及分子的绝对构型

南氨酸是一种新发现的天然氨基酸,其结构具有异于所有已知天然氨基酸的一些特点。本文叙述了利用X射线单晶体衍射方法对南氨酸高氯酸盐的晶体及分子结构所作的研究。从晶体的外形及X射线鉴定判明晶体属单斜晶系,劳埃(Laue)点羣为C_2h,宝间羣为P2₁;测得晶胞参数a=5.68?、b=12.78?、c=6.23?、β=107°26′。利用三维帕特逊(Patterson)函数求出全部原子在晶胞中的粗略位置,经修正后获得了有关分子及晶体的结构化学数据。利用氯原子的反常散射效应决定了南氨酸分子的绝对构型。本文还讨论了南氨酸分子及其高氯酸盐晶体的结构特点。     

纪念劳厄发现晶体X射线衍射100周年

文章从劳厄发现晶体X射线衍射的前因后果谈起.劳厄的这个发现产生了两个新学科,即X射线晶体学和X射线光谱学.文章中还回顾了布拉格父子对开展这两个新学科研究所作出的卓越贡献,并略述了X射线晶体学所产生的深远影响.     

X 射线晶体学的百年辉煌

自1912 年劳厄发现X 射线晶体衍射现象,小布拉格开创X 射线晶体学以来,已经过去 了100 年。这一发现,对人类科学的发展,特别是微观科学的影响至为巨大,具有里程碑的意义。 在这100 年中,X 射线晶体学发展迅速,成果累累。本文按主要实验技术的发展将100 年大致分 为四个阶段,从单晶体衍射、多晶体衍射和X 射线光谱三个方面简述其主要进展和影响。并简单 概括了她对物理学、晶体学、化学和生物学等基础学科和材料、医药、环境等多个应用学科的重大 影响。最后,还预期了晶体学领域的一些可能发展,包括无比强大的光源–硬X射线自由电子激光、 多维晶体学、电子晶体学、数学晶体学、三维X 射线衍射显微学等领域。     

X射线粉晶衍射在新功能材料探索中的一些应用

1912年发现的晶体X射线衍射现象标志着现代晶体学的诞生,对近代物理学乃至整个科学领域的发展都产生了极为深刻的影响。X射线粉晶衍射将结构分析拓展到多晶材料,成为物理学、化学和材料科学重要的研究手段。文章结合作者在硼酸盐及铁基超导体研究领域的典型工作,介绍了X射线粉晶衍射在新型功能材料探索中的一些应用。随着新方法和新技术的不断出现和完善,相信未来X射线粉晶衍射在新材料探索和其他应用领域将起到越来越重要的作用。     

X射线晶体学的起源

1912年是值得纪念的一年.在这一年里,先是劳厄(M.Laue,1879—1960)等发现了X射线的晶体衍射现象并给出了一个解释,此后不久布拉格(W.L.Bragg,1890—1971,后简称小布拉格)又作了重新解释并借此获得了有关晶体结构的信息,从而开始了X射线晶体学发展艰难但成果辉煌的历史.作为整个X射线晶体学史研究的第一步,本文先对其起源作一全面的历史考查. 一、X射线晶体衍射现象 的发现和劳厄的解释 发现X射线晶体衍射现象的直接起因还得先从厄瓦耳说起.1912年初,他正在慕尼黑大学著名理论物理学家索末菲教授的指导下撰写《各向同性共振子的各向异性…     

物质动态结构的非弹性散射研究

在静态结构的基础上 ,考虑原子的振动 ,分子键的振动、转动和振—转运动的结构称为动态结构 ,它是用非弹性散射方法来测定的。本文评述研究动态结构的实验方法 :中子非弹性散射、非弹性X射线散射、核非弹性散射和Raman散射以及红外吸收谱。简单介绍了声子散射理论基础。继后 ,分三节描述了用这些方法来研究动态结构的若干结果。 1 )结晶物质 ,包括晶内、表面和界面、高纯近完整晶体中杂质引起的、多晶中、薄膜和纳米晶体中的点阵动力学研究 ;2 )非晶物质 ,包括非晶固体、高聚合物、生物大分子、准晶和液体的动态结构研究 ;3 )高温超导体的点阵动力学研究。文末给出了小结和最后评论。     

Mn掺杂SiC磁性薄膜的结构表征

利用反射式高能电子衍射(RHEED)、X射线衍射(XRD)和X射线吸收近边结构谱(XANES)等技术研究了在950 ℃条件下Si(111)衬底上共蒸发分子束外延方法制备的Mn掺杂SiC磁性薄膜的结构特征.RHEED结果表明,生长的Mn掺杂SiC薄膜为立方结构.XRD和XANES结果表明,在Mn掺杂量为0.5％和18%的样品中,Mn原子均是与SiC半导体介质中的Si原子反应生成镶嵌在SiC基体中的Mn₄Si₇化合物颗粒,并未观察到在SiC晶格中有替代式或间隙式的M     

X射线驻波方法研究半导体超薄异质外延层

利用双晶单色器和精密二圆衍射仪,在北京同步辐射装置建立了同步辐射X射线驻波实验技术,并用这一实验技术结合X射线衍射方法,研究了Si晶体中外延生长的超薄Ge原子层的微结构.实验结果表明,由于Ge原子的偏析,在Si晶体样品中形成了共格生长的Ge_xSi_1－x合金层,浓度平均值为x≈0.13;650℃退火会使Ge原子向表面扩散,Si晶体中的合金层消失,在晶体表面形成接近纯Ge的单原子层.     

纪念劳厄发现X射线衍射90周年学术报告会简讯

20 0 2年是劳厄 (MaxVonLaue)发现晶体X射线衍射 90周年 .劳厄的这一发现是 2 0世纪物理学的一件意义深远的大事 ,使物理学中关于物质结构和研究领域从宏观进入微观 ,从经典过渡到现代 ,发生了质的飞跃 .同时 ,X射线衍射的发现和研究对生物、材料科学和化学的发展起到了巨大的推动作用 .中国物理学会和中国晶体学会为纪念劳厄发现X射线衍射 90周年 ,由中国科学院物理研究所于 2 0 0 2年 12月 10日召开了学术报告会 ,会议邀请了部分院士、专家和广大同行 ,就X射线衍射的发现、发展历程 ,最新进展和研究展望以及在相关领域的应用进行了广泛…     

无吸收光栅的X射线相位衬度成像实验研究

通过对基于空间相干源和具有分析光栅功能的X射线转换屏的微分干涉X射线相位衬度成像 系统的理论分析, 利用线发射体阵列结构阳极X射线管和光助电化学刻蚀技术 研制的相位光栅和具有分析光栅功能的X射线转换屏, 组建了一种无吸收光栅的X射线微分干涉相衬成像系统. 在此系统上开展了生物样品的实验研究, 获得了较传统吸收成像更为清晰和更多样品结构信息的相位衬度图像. 从而试验验证了该系统方案设计的可行性, 为X射线相衬成像技术从实验室走向临床应用提供了有效途径.     

掺铥钨酸镱钾激光晶体结构模拟及振动光谱

采用泡生法生长了掺铥钨酸镱钾（KTm_0.1Yb_0.9（WO₄）₂）激光晶体。利用X射线单晶衍射法和X射线粉末衍射法研究了KTm_0.1Yb_0.9（WO₄）₂晶体的物相与结构。采用X射线单晶衍射法并结合Diamond晶体结构绘图软件,获得了晶体内部结构模型图：该晶体是由WO₆、TmO₈/YbO₈和KO₁₂基团组成。W₂O₁₀二聚体通过WOW单氧桥相连,在平行于c轴方向上形成（W₂O₈）_n多重带。ReO₈和KO₁₂多面体共顶相连,沿[101]和[110]方向形成了具有二维层结构的延长带。X射线粉末衍射分析表明：该晶体具有低温β相双钨酸盐结构,属于单斜晶系,空间群C2/c;计算了晶胞参数、晶粒尺寸和结晶度。测试了晶体的振动光谱,对各个峰值的红外和拉曼活性及分子振动情况进行了归属,进一步验证了晶体中WO₆原子基团及单氧桥（WOW）和双氧桥（WOOW）的存在。     

物质动态结构的非弹性散射研究

在静态结构的基础上，考虑原子的振动，分子键的振动、转动和振－振运动的结构称为动态结构，它是用非弹性散射方法来测定的。本文评述研究动态结构的实验方法：中子非弹性散射，非弹性X射线散射、核非弹性散射和Raman散射以及红外吸收谱。简单介绍了声子散射理论基础，继后，分三节描述了用这些方法来研究动态结构的若干结果。1）结晶物质，包括晶内，表面和界面，高纯近完整晶体中杂质引起的，多晶中、薄膜和纳米晶体中的点阵动力学研究；2）非晶物质，包括非晶固体，高聚合物，生物大分子，准晶和液体的动态结构研究；3）高温超导体的点阵动力学研究，文末给出了小结和最后评论。