近日，活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程暨上海軟X射線自由電子激光裝置調(diào)試工作取得系列進(jìn)展。繼實(shí)現(xiàn)532米X射線自由電子激光裝置的全線調(diào)試貫通、帶光運(yùn)行后，裝置于6月21日凌晨首次實(shí)現(xiàn)了2.4納米單發(fā)激光脈沖的相干衍射成像，獲得了首批實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并完成了對(duì)衍射圖樣的快速圖像重建。該成果體現(xiàn)了活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程暨上海軟X射線自由電子激光裝置整體性能的先進(jìn)性，標(biāo)志著我國在軟X射線自由電子激光研制和使用方面步入國際先進(jìn)行列。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)樣品圓孔、方孔及鸚鵡螺圖案的相干衍射圖樣

基于該成果，活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程暨上海軟X射線自由電子激光裝置成為了國際上僅有的兩個(gè)已實(shí)現(xiàn)“水窗”波段相干衍射成像實(shí)驗(yàn)的自由電子激光裝置之一?！八啊笔侵覆ㄩL在2.3納米到4.4納米范圍的軟X射線波段。在此波段內(nèi)，水不吸收X射線，對(duì)X射線相對(duì)透明。但是碳元素等構(gòu)成生物細(xì)胞的重要元素，仍會(huì)與X射線相互作用，因而水窗波段的X射線可用于活體生物細(xì)胞的顯微成像等，具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。在水窗波段，自由電子激光脈沖的峰值亮度比同步輻射高十億倍以上，具備橫向和縱向相干性，能夠?yàn)槲锢?、生物、化學(xué)等學(xué)科提供研究工具，還可為在建的上海硬X射線自由電子激光裝置技術(shù)研發(fā)提供支撐。

圖2 上海軟X射線自由電子激光裝置

作為我國首臺(tái)X射線自由電子激光裝置，上海軟X射線自由電子激光裝置由活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程和軟X射線自由電子激光用戶裝置共同構(gòu)成，兩個(gè)項(xiàng)目同步建設(shè)，有機(jī)銜接。該裝置將與已建成的上海同步輻射光源、超強(qiáng)超短激光裝置和在建的硬X射線自由電子激光裝置等一起，在浦東張江構(gòu)建具有全球影響力的光子科學(xué)設(shè)施集群和光子科學(xué)研究中心?；罴?xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程由上海科技大學(xué)、中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所、中國科學(xué)院上海高等研究院團(tuán)隊(duì)共同建設(shè)，項(xiàng)目于2016年11月開工建設(shè)，含用戶波蕩器束線、活細(xì)胞成像束線、生物成像實(shí)驗(yàn)站、活細(xì)胞熒光超分辨顯微鏡站、超快物理實(shí)驗(yàn)站、超快化學(xué)實(shí)驗(yàn)站、分子動(dòng)態(tài)成像實(shí)驗(yàn)站及實(shí)驗(yàn)輔助設(shè)施，預(yù)計(jì)在2021年內(nèi)完成驗(yàn)收。

圖3 用戶波蕩器束線

圖4 用戶大廳

活細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能成像等線站工程和軟X射線自由電子激光用戶裝置由國家發(fā)展和改革委員會(huì)與上海市政府共同出資建設(shè)。自2021年6月2日首次實(shí)現(xiàn)生物成像實(shí)驗(yàn)站通光后，上?？萍即髮W(xué)和中國科學(xué)院上海高等研究院的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)密切協(xié)作、晝夜調(diào)試，不斷創(chuàng)造項(xiàng)目貫通調(diào)試和運(yùn)行的加速度，取得了首批相干衍射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速圖樣重組，為今后開展生物活體細(xì)胞成像、新材料動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)分析以及多物理場原位成像等前沿科學(xué)研究打下了基礎(chǔ)。裝置擬于明年面向全世界開放運(yùn)行。

圖5 生物成像實(shí)驗(yàn)站