威斯康星大學Milwaukee分校的研究團隊，用X射線激光器以慢動作的形式展示了一個光敏性生物分子的快速動態(tài)。“人們能夠在這一技術(shù)的基礎上，以原子水平的空間分辨率和超快的時間分辨率制作納米世界的電影，”領(lǐng)導這項研究的Marius Schmidt教授說。

研究人員將PYP蛋白（photoactive yellow protein）作為模式系統(tǒng)，PYP是一種藍光感受蛋白，在特定細菌的光合作用中起作用。PYP蛋白捕獲藍光光子之后，會經(jīng)過一系列中間結(jié)構(gòu)獲得光子的能量，然后再回到初始狀態(tài)。PYP光循環(huán)的絕大多數(shù)步驟已經(jīng)被人們研究過了，是驗證新方法的理想模型。

為了獲得PYP的動態(tài)快照，研究人員制造了微小的PYP晶體，這些晶體的直徑大多小于0.01毫米。他們在LCLS（目前最強的X射線激光器）系統(tǒng)中噴射這些微晶體，并用精確同步的藍光脈沖啟動它們的光循環(huán)。LCLS生成了極短極密集的X射線快照，捕捉到了PYP在光循環(huán)不同階段的形態(tài)改變，分辨率達到了前所未有的0.16納米。隨后研究人員將自己獲得的快照組成視頻，展示了慢動作的PYP光循環(huán)。

這項研究再現(xiàn)了PYP光循環(huán)的所有已知過程，驗證了這個新技術(shù)的可靠性，同時還揭示了PYP光循環(huán)的更多細節(jié)。這一技術(shù)的時間分辨率非常高，能揭示不到1皮秒的分子活動，這是以前無法想像的。

“這是一個真正的突破，”文章的共同作者Henry Chapman教授說。“我們現(xiàn)在可以在原子水平上對動態(tài)過程進行時間分辨研究。”

與其他方法相比，X射線激光器在研究超快分子動態(tài)時有著更多的優(yōu)勢。該技術(shù)能生成世界上最明亮的X射線，提供飛秒級別的時間分辨率。X射線激光器成像時使用新鮮樣本，樣本中不會積累輻射傷害，而且特別適合研究非常小的晶體。實際上，一些很難結(jié)晶的生物分子只能用X射線激光器進行研究。另外，晶體小也有助于分子的同步，使人們能更靈敏的檢測到分子發(fā)生的改變。換而言之，X射線激光器能夠揭示其他方法無法企及的分子動態(tài)。