時(shí)近歲末，各大雜志接連進(jìn)行了年終盤(pán)點(diǎn)，近期出版的《Nature》雜志也對(duì)2010年進(jìn)行了回顧： 2010 Review of the Year，評(píng)點(diǎn)了2010年的科技進(jìn)展，科技政策以及重要人物。其中《Nature Methods》也盤(pán)點(diǎn)了年度技術(shù)，選出了2010年最受關(guān)注的技術(shù)成果：光遺傳學(xué)（optogenetic）工具。

除了光遺傳學(xué)技術(shù)以外，《Nature Methods》也整理出了2010年最值得關(guān)注的幾項(xiàng)技術(shù)，分別為：鋅指核酸酶技術(shù)、定向蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)（Targeted proteomics）、測(cè)序技術(shù)（Torrents of sequence）、單分子結(jié)構(gòu)分析技術(shù)（Single-molecule structure determination）、新型生物成像技術(shù)（Adaptive optics for biological imaging）、聯(lián)合疾病分析技術(shù)（Networking to understand disease）和三維超高分辨率顯微技術(shù)。

進(jìn)行高分辨率，三維蛋白晶體結(jié)構(gòu)分析是一項(xiàng)繁瑣的實(shí)驗(yàn)研究，需要經(jīng)過(guò)蛋白重表達(dá)，純化和結(jié)晶等步驟，許多有趣的生物結(jié)構(gòu)，比如大型復(fù)合物和膜蛋白的相關(guān)蛋白處理步驟都很麻煩，而且從這些結(jié)晶學(xué)研究中也不能得到對(duì)于了解這些蛋白功能十分關(guān)鍵的蛋白動(dòng)力學(xué)信息。因此科學(xué)家們開(kāi)始轉(zhuǎn)向另外的方向。

單分子結(jié)構(gòu)分析就是一種重要的結(jié)構(gòu)生物學(xué)新技術(shù)，今年在這方面一種X射線自由電子激光：XFELs（X-ray free-electron lasers）引起了大家的關(guān)注。多年來(lái)科學(xué)家都在嘗試把激光擴(kuò)展到X射線，但是，延長(zhǎng)原來(lái)的激光技術(shù)以達(dá)到硬X射線領(lǐng)域，還是存在困難的。

研究人員嘗試用80億電子伏特（8GeV）的線形加速器加速的電子，導(dǎo)入到用永久磁石產(chǎn)生的多周期交叉磁場(chǎng)里面讓它進(jìn)行蛇行運(yùn)動(dòng)的波絞機(jī)中，根據(jù) SASE原理，使其以0.1納米以下的波長(zhǎng)進(jìn)行激光發(fā)振并由此產(chǎn)生。其亮度峰值與SPring-8相比高達(dá)10億多倍，其脈沖幅達(dá)到千分之一以下。而且橫方向上產(chǎn)生了完全相干性的X線。

在XFELs產(chǎn)生的光線中，分子并不是以結(jié)晶方式而是只以散亂方式，因此可以分析分子的形狀，而且對(duì)于在生命功能中發(fā)揮重要作用的膜蛋白的大多結(jié)晶起來(lái)比較困難這一問(wèn)題，利用用XFEL分析單分子構(gòu)造就可以解析分子的形狀。而且目前市場(chǎng)上的藥物70%都是靶向膜蛋白，因此這一研究技術(shù)對(duì)于開(kāi)發(fā)新型靶向藥物也具有重要的意義。

另外今年6月美國(guó)斯坦福直線加速器中心（SLAC）國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室內(nèi)、迄今世界最強(qiáng)大的X射線激光器——直線加速器相干光源（LCLS）發(fā)表了它自啟動(dòng)以來(lái)的第一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成果：其強(qiáng)大而獨(dú)特的能力，達(dá)到了可操縱原子樣本上單個(gè)電子的水平，從內(nèi)到外逐個(gè)將電子剝離，形成了所謂的“空心原子”。

這項(xiàng)研究體現(xiàn)了X射線令人驚訝的強(qiáng)度與操控度，該結(jié)果讓科學(xué)界人士大為贊賞；甚至包括研究人員自己在內(nèi)，直到實(shí)驗(yàn)成功才真正相信，X射線已可達(dá)到如此精準(zhǔn)之地步。

數(shù)十年來(lái)，科學(xué)家們一直想利用X射線來(lái)探測(cè)材料的原子尺度的結(jié)構(gòu)，亦或?qū)⒛撤N原子剔除內(nèi)層電子看看“人走城空”的原子如何反應(yīng)。LCLS無(wú)疑提供了這個(gè)機(jī)會(huì)?，F(xiàn)在的LCLS輸出波長(zhǎng)在0.15納米至1.5納米之間可調(diào)諧，輸出脈沖寬度可達(dá)80飛秒（fs），每個(gè)脈沖包含10萬(wàn)億個(gè)X射線光子，作為在 LCLS上完成的第一批實(shí)驗(yàn)結(jié)果，“空心原子”產(chǎn)生了。

LCLS的脈沖短暫到足以拍攝到化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的一系列“定格”快照，亦可以對(duì)電子從原子中脫離的過(guò)程進(jìn)行成像，用于觀察化學(xué)反應(yīng)和沖擊波，以確立物質(zhì)最基本的互動(dòng)機(jī)制。目前科學(xué)家們希望能利用LCLS探索原子結(jié)構(gòu)和原子動(dòng)力學(xué)，下一步的實(shí)驗(yàn)對(duì)象包括原子團(tuán)簇、納米晶體蛋白甚至某些病毒。