一个国际研究小组实时观察了由碳原子组成的足球分子如何在X射线激光束中破裂。这项研究显示了爆发过程的时间过程，该过程耗时不到一万亿分之一秒，对于敏感蛋白质和其他生物分子的分析非常重要，而这些蛋白质也经常使用明亮的X射线激光闪光进行研究。橄榄球分子的分解速度比预期的慢得多，而且与预期不同，因为来自康涅狄格大学的Nora Berrah和来自DESY的Robin Santra的研究小组在《自然物理学》杂志上进行了报道。该观察结果有助于使用X射线自由电子激光器(XFEL)进行更详细的蛋白质分析。

IFrame

研究人员已经试验了富克烯(buckminster)富勒烯，或简称buckyballs。这些球形分子由60个碳原子组成，这些碳原子排列成交替的五边形和六边形，就像橄榄球的皮毛一样。“自由球很适合作为生物分子的简单模型系统，”桑特拉解释说。桑特拉是自由电子激光科学中心(CFEL)的DESY首席科学家，汉堡大学的物理学教授。“由于它们仅由一种类型的原子组成并且具有对称结构，因此可以在理论和实验中很好地表示出来。这是研究不同类型原子的分子之前的第一步。”

科学家使用加利福尼亚SLAC国家加速器实验室的X射线激光LCLS(利纳克相干光源)，在单个足球分子上拍摄了大约20飞秒(十分之一秒)的短X射线闪光，并观察了它们的作用。实时，时间分辨率约为十飞秒。数据显示，X射线闪光将电子从60个碳原子中的约五分之一中敲除。Santra说：“在那之后，一段时间没有任何反应。只有几十飞秒后，碳原子才会逐渐脱离分子。”

玩

00:00

00:42

设置

PIP

进入全屏

玩

C60“布基球”分子的实时仿真动力学是由一个以20毫秒为单位的飞秒(fs;四分之一秒)的长X射线激光脉冲引起的，其中心位置为t = 0 fs，碳原子带有颜色编码的带电态。X射线脉冲触发原子电离，然后原子位置交换正在进行的颜色变化可视化的电荷。由于诸如光电离和电荷转移之类的基本量子过程本质上是随机的，因此时间演化因脉冲而异。图片提供：Simulation和Animation：DESY，Zoltan Jurek

这位科学家解释说：“然后发生的并不是真正的爆炸。” “相反，布基球的分解速度相对较慢。碳原子逐渐蒸发，其中中性原子比带电原子要多得多，这令人惊讶。” 由于布基球在这个时间尺度上的分裂不是爆炸性的，而是逐渐发生的，因此研究人员谈到了原子的蒸发。该实验数据只能与过程的理论模型的帮助下进行有意义的解释。

Santra解释说：“通常，大约25个中性且只有15个带电的碳原子飞出分子。” “其余部分形成几个原子的碎片。” 整个过程大约需要600飞秒。按照人类标准，这仍然是难以想象的短，但是对于使用X射线激光器进行结构分析来说，这却是极其长。“在X射线激光闪光的通常20飞秒内，原子移动的最大距离为0.1纳米-在单个原子直径的范围内，并且小于结构分析的测量精度。” 一纳米是毫米的百万分之一。

IFrame

为了进行蛋白质的结构分析，研究人员通常从生物分子中生长出小晶体。然后，明亮的X射线激光闪光在晶格处衍射，并生成典型的衍射图，从中可以计算出晶体结构，并由此计算出各个蛋白质的空间结构。蛋白质的空间结构揭示了其确切功能的细节。蛋白质晶体非常敏感，并通过X射线激光闪光蒸发。然而，先前的研究表明，晶体保持完整的时间足够长，足以在蒸发之前生成衍射图像，从而揭示其空间结构。

现在的新研究证实，未绑定在晶格中的单个分子也是如此。Santra说：“我们对布基球的发现可能在大多数其他分子中起作用。” 由于众所周知，许多生物分子很难结晶，因此研究人员希望将来能够用X射线激光确定未结晶蛋白质甚至单个生物分子的团簇结构。科学家们写道，现在获得的结果为深入理解和定量建模由X射线激光闪光引起的生物分子中的辐射损伤奠定了基础。

一个国际研究小组实时观察了由碳原子组成的足球分子如何在X射线激光束中破裂。这项研究显示了爆发过程的时间过程，该过程耗时不到一万亿分之一秒，对于敏感蛋白质和其他生物分子的分析非常重要，而这些蛋白质也经常使用明亮的X射线激光闪光进行研究。橄榄球分子的分解速度比预期的慢得多，而且与预期不同，因为来自康涅狄格大学的Nora Berrah和来自DESY的Robin Santra的研究小组在《自然物理学》杂志上进行了报道。该观察结果有助于使用X射线自由电子激光器(XFEL)进行更详细的蛋白质分析。

IFrame

研究人员已经试验了富克烯(buckminster)富勒烯，或简称buckyballs。这些球形分子由60个碳原子组成，这些碳原子排列成交替的五边形和六边形，就像橄榄球的皮毛一样。“自由球很适合作为生物分子的简单模型系统，”桑特拉解释说。桑特拉是自由电子激光科学中心(CFEL)的DESY首席科学家，汉堡大学的物理学教授。“由于它们仅由一种类型的原子组成并且具有对称结构，因此可以在理论和实验中很好地表示出来。这是研究不同类型原子的分子之前的第一步。”

科学家使用加利福尼亚SLAC国家加速器实验室的X射线激光LCLS(利纳克相干光源)，在单个足球分子上拍摄了大约20飞秒(十分之一秒)的短X射线闪光，并观察了它们的作用。实时，时间分辨率约为十飞秒。数据显示，X射线闪光将电子从60个碳原子中的约五分之一中敲除。Santra说：“在那之后，一段时间没有任何反应。只有几十飞秒后，碳原子才会逐渐脱离分子。”

这位科学家解释说：“然后发生的并不是真正的爆炸。” “相反，布基球的分解速度相对较慢。碳原子逐渐蒸发，其中中性原子比带电原子要多得多，这令人惊讶。” 由于布基球在这个时间尺度上的分裂不是爆炸性的，而是逐渐发生的，因此研究人员谈到了原子的蒸发。该实验数据只能与过程的理论模型的帮助下进行有意义的解释。

Santra解释说：“通常，大约25个中性且只有15个带电的碳原子飞出分子。” “其余部分形成几个原子的碎片。” 整个过程大约需要600飞秒。按照人类标准，这仍然是难以想象的短，但是对于使用X射线激光器进行结构分析来说，这却是极其长。“在X射线激光闪光的通常20飞秒内，原子移动的最大距离为0.1纳米-在单个原子直径的范围内，并且小于结构分析的测量精度。” 一纳米是毫米的百万分之一。

IFrame

为了进行蛋白质的结构分析，研究人员通常从生物分子中生长出小晶体。然后，明亮的X射线激光闪光在晶格处衍射，并生成典型的衍射图，从中可以计算出晶体结构，并由此计算出各个蛋白质的空间结构。蛋白质的空间结构揭示了其确切功能的细节。蛋白质晶体非常敏感，并通过X射线激光闪光蒸发。然而，先前的研究表明，晶体保持完整的时间足够长，足以在蒸发之前生成衍射图像，从而揭示其空间结构。

现在的新研究证实，未绑定在晶格中的单个分子也是如此。Santra说：“我们对布基球的发现可能在大多数其他分子中起作用。” 由于众所周知，许多生物分子很难结晶，因此研究人员希望将来能够用X射线激光确定未结晶蛋白质甚至单个生物分子的团簇结构。科学家们写道，现在获得的结果为深入理解和定量建模由X射线激光闪光引起的生物分子中的辐射损伤奠定了基础。