我国首次实现了2.4纳米单发激光脉冲的相干衍射成像

 

标准样品圆孔、方孔和鹦鹉螺图案的相干衍射图样来源：上海科学技术大学网站

 

基于这一成就，活细胞结构与功能成像线站工程和上海软X射线自由电子激光装置已成为世界上仅有的两个实现“水窗”波段相干衍射成像实验的自由电子激光装置之一，“水窗”是指波长在范围为2.3nm至4.4nm。在这个波段，水不吸收X射线，对X射线相对透明。但是生物细胞中的碳等重要元素仍会与X射线发生相互作用，因此水窗波段的X射线可以用于活体生物细胞的显微成像，具有重要的科学意义和应用价值。在水窗波段，自由电子激光脉冲的峰值亮度是同步辐射的10多亿倍，具有横向和纵向相干性。它不仅可以为物理、生物、化学等学科提供革命性的研究工具，还可以为正在建设中的上海硬X射线自由电子激光装置的研发提供支持。

 

上海软X射线自由电子激光装置是我国第一台X射线自由电子激光装置，由活细胞结构与功能成像线站工程和软X射线自由电子激光用户装置组成。两个项目同步建设，有机衔接。与在建的上海同步辐射源、超短激光装置、硬X射线自由电子激光装置一起，在浦东张江建成具有全球影响力的光子科学装置群和光子科学研究中心。活细胞结构与功能成像站工程由上海科技大学、上海应用物理研究院、中国科学院、中国科学院上海高级研究所联合组建。项目于2016年11月开工建设，包括用户波荡器光束线、活细胞成像光束线、生物成像实验站、活细胞荧光超分辨显微镜站、超快物理实验站、超快化学实验站，分子动态成像实验站及实验辅助设施预计2021年验收。

 

活细胞结构与功能成像线站项目和软X射线自由电子激光用户装置由国家发改委和上海市政府共同资助。自2021年6月2日生物影像实验站首次光学连接实现以来，上海科学技术大学和上海科学院中国研究所项目组密切合作，昼夜调试，通过调试和运行，不断创造项目加速期，获得了第一批相干衍射实验数据，实现了数据的快速模式重组，为生物活细胞成像的未来发展提供参考，为新材料的动态结构分析和多物理场原位成像研究奠定了基础。该设备计划明年向世界开放。