cryo-electron microscopy and structural biology in 21st - 上海光源.doc

第119期 东方科技论坛 The 119th Eastern Forum of Science and Technology 基于同步辐射光源的显微影像技术在 生物学中的应用 Applications of Microscope Imaging Based on Synchrotron Radiation Light Source in Biology 主办单位： 承办单位： 上海市人民政府 中国科学院上海应用物理研究所 中国科学院 中国科学院神经科学研究所 中国工程院 2008年10月3-11月1日，生命科学是一个复杂而庞大的学科系统，包含了众多的分支学科，同时更出现了跨学科间的交叉、渗透和综合。其它学科的发展，尤其是相关方法学的突破，往往能够极大地带动生命科学向前进步。 观察是研究生命现象最基本的方法，可以是针对大尺度的生物个体或群体行为来进行，但目前更多的是对生命的细小部分借助仪器（如显微镜）来完成。人们对生命现象的认识大量获自于观察，例如物种的生态分布和地域、季节的迁移，胚胎的发育过程，细胞分裂时的染色体行为变化、细胞的超微结构等。在现代生物研究领域，尤其是细胞生物学和分子生物学领域，在细胞和亚细胞层面的观察成为人们关注的中心。由于生命的基本单位——细胞，以及各种生物大分子的尺寸都属于微观世界，因此生物显微技术在生物学研究中具有重要的地位，使我们能深入洞察建立在无生命的分子基础上的生命世界。经过300多年不断的发展，显微成像技术现在已经建立起较成熟的方法，可以对生命的活体过程进行观察（如胚胎发育过程），也可以将活体杀死固定并用特定方法（如染色、同位素标记）显示生命的瞬间结构和理化状态。然而传统的光学显微镜由于受光源本身物理特性及显微分辨原理的限制，其分辨本领已不可能再有更大的提高，目前分辨率最高的4pi显微镜，也只能达到100nm左右。电子显微镜虽然具有极高的分辨率，但样品制备过程非常繁琐，而且需在真空下工作，使其应用受到了极大的限制。因此，发展更高分辨率，更简便的显微技术具有深远的意义。 在另一方面，由于同步辐射装置能够提供从X射线到远红外波段的高亮度光束，为表征微米、纳米尺度物质特性提供了强有力的工具，具有非常广泛的用途。自1990年以来，国际上已先后建成了十多台高亮度的第三代同步辐射光源，我国正在建造的上海光源就是这样的装置。目前，基于同步辐射显微影像技术已有了突出的进展，不仅具有高空间分辨本领(小于100nm)和高探测灵敏度(ppb级)，而且实验方法非常丰富，除了传统的软X光显微镜之外，还发展了许多基于X光的显微技术，如透射X光显微镜（Transmission X-ray Microscope, TXM）、扫描透射X光显微镜（Scanning Transmission X-ray microscope, STXM）、X光电子发射显微镜（X-ray Photo-Electron Emission microscope, XPEEM）以及X光全息等等。这些显微技术可以同时获得物质的元素组分信息、化学结构信息、晶体结构信息、电子学和磁学信息以及图像信息，既可分析物质表面信息，也可分析物质的内部信息甚至得到3维的图像。在硬X射线波段，日本Spring-8光源上实现了30 nm空间分辨率的X射线成像；在软X射线波段，美国的劳伦斯伯克利国家实验室的Advanced Light Source (简称ALS)同步辐射光源也达到了15 nm的空间分辨率。将这些影像技术应用到生物学领域，必将极大的促进生物学的学科发展。 东方科技论坛－(中国(上海(200年1月日－200年11日) 日程安排 会议安排 会议时间：200年1月日 报到时间和地点 I. 200年1月日 报到地点： II. 2008年1月日上午8:00-08:45 报到地点：上海市虹桥路2216号 会议地点：上海市虹桥路2216号 会议人数：50人左右 报告时间：专题报告分钟，提问分钟 自由发言：每次限分钟，欢迎多次发言 东方科技论坛－ 会议日程 时间：200年1月日 (星期) 地点： 08:00~08:45 会议报到 开幕式 主持人：东方科技论坛办公室过浩敏副主任 08:45~09:00 东方科技论坛办公室介绍论坛概括 上海应用物理所领导讲话 东方科技论坛领导讲话 上午：报告和讨论 09:00~09