生命科學(xué)是一個復(fù)雜而龐大的學(xué)科系統(tǒng)，包含了眾多的分支學(xué)科，同時更出現(xiàn)了跨學(xué)科間的交叉、滲透和綜合。其它學(xué)科的發(fā)展，尤其是相關(guān)方法學(xué)的突破，往往能夠極大地帶動生命科學(xué)向前進(jìn)步。

觀察是研究生命現(xiàn)象最基本的方法，可以是針對大尺度的生物個體或群體行為來進(jìn)行，但目前更多的是對生命的細(xì)小部分借助儀器（如顯微鏡）來完成。人們對生命現(xiàn)象的認(rèn)識大量獲自于觀察，例如物種的生態(tài)分布和地域、季節(jié)的遷移，胚胎的發(fā)育過程，細(xì)胞分裂時的染色體行為變化、細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)等。在現(xiàn)代生物研究領(lǐng)域，尤其是細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域，在細(xì)胞和亞細(xì)胞層面的觀察成為人們關(guān)注的中心。由于生命的基本單位——細(xì)胞，以及各種生物大分子的尺寸都屬于微觀世界，因此生物顯微技術(shù)在生物學(xué)研究中具有重要的地位，使我們能深入洞察建立在無生命的分子基礎(chǔ)上的生命世界。經(jīng)過300多年不斷的發(fā)展，顯微成像技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)建立起較成熟的方法，可以對生命的活體過程進(jìn)行觀察（如胚胎發(fā)育過程），也可以將活體殺死固定并用特定方法（如染色、同位素標(biāo)記）顯示生命的瞬間結(jié)構(gòu)和理化狀態(tài)。然而傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡由于受光源本身物理特性及顯微分辨原理的限制，其分辨本領(lǐng)已不可能再有更大的提高，目前分辨率最高的4pi顯微鏡，也只能達(dá)到100nm左右。電子顯微鏡雖然具有極高的分辨率，但樣品制備過程非常繁瑣，而且需在真空下工作，使其應(yīng)用受到了極大的限制。因此，發(fā)展更高分辨率，更簡便的顯微技術(shù)具有深遠(yuǎn)的意義。

同步輻射裝置能夠提供從X射線到遠(yuǎn)紅外波段的高亮度光束，是表征微米、納米尺度物質(zhì)特性的強有力的工具，具有非常廣泛的用途。自上世紀(jì)80年代末開始，同步輻射光源步入第三代。迄今為止，國際上已先后建成了十多臺高亮度的第三代同步輻射光源。利用同步輻射裝置的高亮度、短波長的同步輻射光在空間分辨上的優(yōu)勢，將可以進(jìn)行許多前沿學(xué)科的探索。其中，基于同步輻射的顯微影像技術(shù)已有了突出的進(jìn)展，具有極高的空間分辨本領(lǐng)：在硬X射線波段，日本Spring-8光源上實現(xiàn)了30nm空間分辨率的X射線成像；在軟X射線波段，美國的勞倫斯伯克利國家實驗室的AdvancedLight Source (簡稱ALS)同步輻射光源也達(dá)到了15nm的空間分辨率�；�于同步輻射顯微影像技術(shù)不僅具有高空間分辨本領(lǐng)和高探測靈敏度(ppb級)，而且實驗方法非常豐富，除了傳統(tǒng)的軟X光顯微鏡之外，還發(fā)展了許多基于X光的顯微技術(shù)，如透射X光顯微鏡（TransmissionX-ray Microscope, TXM）、掃描透射X光顯微鏡（ScanningTransmission X-ray microscope,STXM）、X光電子發(fā)射顯微鏡（X-ray Photo-Electron Emissionmicroscope,XPEEM）以及X光全息等等。這些顯微技術(shù)可以同時獲得物質(zhì)的元素組分信息、化學(xué)結(jié)構(gòu)信息、晶體結(jié)構(gòu)信息、電子學(xué)和磁學(xué)信息以及圖像信息，既可分析物質(zhì)表面信息，也可分析物質(zhì)的內(nèi)部信息甚至得到三維的圖像。將這些影像技術(shù)應(yīng)用到生物學(xué)領(lǐng)域，必將極大地促進(jìn)生物學(xué)的學(xué)科發(fā)展。

上海同步輻射光源是正在建造的第三代同步輻射光源之一。利用上海同步輻射裝置的高亮度、能量可選的同步輻射光，將大大提高對生命體內(nèi)結(jié)構(gòu)與形態(tài)的觀察精度。通過同步輻射X光顯微成像和斷層掃描成像技術(shù)，能夠直接獲取活細(xì)胞結(jié)構(gòu)圖像�；�于上海同步輻射裝置強度高、能量可選的X射線，發(fā)展起來的“雙色減影心血管造影”新技術(shù)，可以為心血管病的早期診斷提供安全、快速、高清晰的診斷方法。利用第三代同步輻射X光源射線橫向相干性好的特性，發(fā)展了X射線相位反襯成像技術(shù)，能夠清晰地拍攝出吸收反襯很弱的軟組織如血管、神經(jīng)等的照片，有望發(fā)展出不需要造影劑的“心血管造影術(shù)”。

在現(xiàn)代生物研究領(lǐng)域，尤其是細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域，在細(xì)胞和亞細(xì)胞層面的觀察成為人們關(guān)注的中心。由于生命的基本單位--細(xì)胞，以及各種生物大分子的尺寸都屬于微觀世界，因此生物顯微技術(shù)在生物學(xué)研究中具有重要的地位，使我們能深入洞察建立在無生命的分子基礎(chǔ)上的生命世界。目前，同步輻射裝置在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用主要還集中在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析方面。但事實上，基于同步輻射光源的顯微觀測技術(shù)非常適合用于生物樣品的觀察，有很寬廣的應(yīng)用前景。在對細(xì)胞的觀測方面，基于同步輻射技術(shù)的軟X光顯微鏡能夠達(dá)到很高的分辨率（幾十或幾個納米）。樣品也不需做復(fù)雜的前期處理，能夠更加真實地展現(xiàn)生物體自然的形貌。這樣就能夠獲得大量的樣品，可以得到對一個連續(xù)的生物過程的描述。該技術(shù)能夠用來研究在細(xì)胞、亞細(xì)胞層面的蛋白功能定位、各種元素分析、各種特化結(jié)構(gòu)的辨識以及各種特定官能團(tuán)分布的檢測等。在上海光源首批線站中，就建設(shè)有可用于生命科學(xué)領(lǐng)域研究的的軟X射線顯微線站和硬X射線顯微線站。這兩條線站的建立，可望使我國在這一領(lǐng)域中的應(yīng)用研究得到迅速發(fā)展。

來源：http:///cst/kjhz/newsdetail.jsp?id=6434&type=39