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用X光看見蛋白質「摺疊」

「同步加速器光源」是探究物質科學的「神燈」,產生的光涵蓋紅外線、可見光、紫外線到X光的範圍,波長可藉光束線分光儀的調變,照亮不同類型、不同尺度的物質,以便進行實驗。
 
 
 
「同步加速器光源」是探究物質科學的「神燈」,產生的光涵蓋紅外線、可見光、紫外線到X光的範圍,波長可藉光束線分光儀的調變,照亮不同類型、不同尺度的物質,以便進行實驗。國家同步輻射研究中心副研究員鄭有舜博士主要的研究工作,就是以同步輻射加速器光源的「X光」波段,觀察「軟物質」的結構及其動態變化。

一般軟物質結構較散亂不規則,高穿透性的X光以散射的方式,提供了一個原子、分子尺寸解析度的探測物質結構的工具。近年來,同步加速器光源的強度與同調性不斷提升,「X光強度甚至達到一般學校研究單位使用的傳統X光光源萬倍以上。」不僅使觀測的尺度從原子級橫跨到微米級的結構,更把以往的靜態結構的研究,推向動態結構變化的研究。

鄭有舜博士說,同步加速器光源的小角度X光散射最大的功用,是它的非破壞性,這樣才能觀察到蛋白質在水溶液中如何摺疊(folding)。這項特性對蛋白質的研究相當重要。以往研究蛋白質必須把它結晶化,觀察靜態結構,雖然很清晰準確,但是動態結構的變化便不易觀察。「許多疾病的原因與蛋白質在人體中的摺疊有關,」鄭有舜博士說,「仰賴高強度的同步光源,才有機會利用X光小角度的散射微弱訊號,以非破壞性的觀測,來研究解析蛋白質在接近生物體水溶液環境中的摺疊行為。」

同步輻射光源產生的X光小角度散射,能觀測到的範圍大致是在數百奈米到 1 個奈米之間,對軟性結構的奈米材質,如膠體、高分子、生物薄膜、蛋白質等,是一項非常有力的工具。隨著微結構的實際應用愈來愈廣泛,使用小角度X光散射的奈米研究課題愈來愈多,原本的儀器時間已不敷國內眾多研究者的需求。

鄭有舜博士最近的研發,在於利用新的同步輻射X光光源設計建造一套多功能新穎的小角度X光散射儀器。使用這儀器,並結合中子散射,可成功觀測生物分子在水溶液面上形成只有薄薄「一層分子」的奈米級結構。這項技術的使用漸臻成熟,在應用層面上不斷創新,鄭有舜博士最新的研究,便是把這項技術用來偵測由 60 個碳原子組合成的巴克球體與卵磷酯的聚合物,在水溶液上所形成的單層薄膜的行為與結構。巴克球體正是前些年獲得諾貝爾獎的碳聚合物,有了這項能看清單層膜結構的工具,將來在巴克球衍伸物的應用方面將可更進一步。
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