无以伦比的科研联合体

由于同步辐射光的频谱非常宽，几乎覆盖了从红外到可见光、紫外光和X光等各个波段，是目前唯一能覆盖这样宽的频谱范围又能得到高亮度的光源，人们利用单色器就可以随意选择所需要的波长，进行单色光的实验。同步辐射光源可以开展的实验所涉及的学科之多、应用的领域之广，是其他大科学实验装置所无法比拟的。无论是材料科学实验，还是医学及生命科学实验都可以在它上面进行，使之成为一个名副其实的“科研联合体”。

与人们健康生活息息相关的生命科学，是同步辐射光的重要应用领域。为了弄清人体的致病机理，必须要了解与致病有关的病毒蛋白质结构以及它与人体内发生作用的生物分子的结构，才能设计、合成与筛选出可以治疗这种疾病的药物。但是，病毒的蛋白质分子非常的小，只有一二百纳米。人们将同步辐射光称为“超级显微镜”，可以很方便地观察到蛋白质的三维结构。测定蛋白质结构的最有效的手段是用X射线。同步辐射的X射线要比X光机产生的X射线亮的多。用X光机产生的X射线束测一套蛋白质晶体需要几十个小时；用第二代同步辐射光只需要几十分钟；第三代同步辐射光则更快，仅仅只要几秒钟。同步辐射光源将把生命科学研究带入一个崭新的时代。目前，以蛋白质结构和功能研究为主要目标的基因研究，其中80%以上的工作需要在第三代同步辐射光源上进行。英国科学家约翰·沃克、美国科学家罗德里克·麦金农和罗杰·科恩伯格借助同步辐射光源研究生物分子的结构与功能，取得了突破性的成就，先后荣获1997年、2003年和2006年诺贝尔化学奖。

上海光源生物大分子晶体学光束线站

如果说20世纪生物学的最大进展是建立了在分子水平上的结构生物学，那么，21世纪生物学的一个主要探索将是通过结构的改变，理解功能的产生机制——也就是人们现在常提到的结构基因组学。从1914年到1938年，佩鲁茨用了22年才弄清血红蛋白的结构。现在，采用同步辐射光源也许只要1天时间就可以揭示类似大小的结构。

在2003年，我国出现非典（SARS）疫情后不久，我国科学家就利用同步辐射光成功地测定了非典病毒主蛋白酶的结构，为研制抵御非典病毒的药物提供了重要信息。

已解出的生物大分子结构的数量中，利用同步辐射光源解出的生物大分子结构占55%以上；在每年解出的生物大分子晶体结构中，同步辐射光源解出的生物大分子晶体结构达到60% ~ 100%。世界上现有同步辐射光源生物大分子实验线站已超过50个。

有人称“同步辐射光是一把加工微观世界的利刃”。由于同步辐射X光束非常细，用它进行光刻，可以将刻蚀的线宽缩小到15纳米以下，这样在同样大小的硅晶片上可以集成更多的半导体器件。同时，还诞生了一门新型的微细加工技术，利用同步辐射光可以加工几十甚至几个纳米尺度的机械构件，再通过生物自组装技术，制造出微电子 — 机械系统。这是一种高智能度、高集成度的系统。这种肉眼难以看清的微型马达、微型齿轮、微型传感器、微型喷嘴、微型泵阀、微型电子开关、微型医用器件、微型光纤耦合接插件和微型微电子器件接口接插件等许多三维微型装置，可以进一步集成为高度智能化的微型的电子 — 机械系统，如微型仪器、微型机器人等，在航天、医学、国防、自动化等许多领域有着广阔的应用前景。

在材料科学研究方面，用同步辐射光源可以给分子活动拍“电影”，使材料科学家可以“看到”发生在原子水平的材料形成过程的动态图像。它包括材料的生长机制、相变过程、固态作用、裂缝扩散以及高分子聚合物硬变、交界面过程和其他与时间相关的过程，成为发明优秀新材料不可或缺的“源头信息”。“分子活动电影”还可以让化学家直接观测到小至1立方微米物质的原子位置和重新排列，还可以跟踪发生在10—9秒（10亿分之一秒）内的化学过程，掌握形成新的化合物的整个过程。将同步辐射光束聚焦，可以产生如同在地球中心处一样的巨大压力，为人们提供了在高压状态下研究物质结构的手段，在基础研究中开辟了新的领域，如对金属氢的研究。同时，这样巨大的压力可以用来人工合成金刚石。

在医学诊断方面，同步辐射光的双色减影心血管造影技术，能为心血管病的早期诊断提供安全、快速、高清晰的诊断依据。以同步辐射光源替代普通X光，能大大提高CT的空间分辨率，缩短扫描时间，提高图像质量。最近，人们利用第三代同步辐射X光源横向相干性好的特性，发展了X光位相反衬成像技术，能够清晰地拍摄出吸收反衬很弱的软组织如血管、神经等的照片。位相反衬成像技术是荷兰科学家泽尔尼克于1935年发明的，他也因此获得了1953年诺贝尔物理学奖。透明度很高的物体往往很难分辨清楚，他用了一种光学处理方法——位相反衬法，由改变频谱的位相以改善透明物体成像的反衬度，也能清楚地分辨原先看不清楚的透明物体来。同步辐射X光源比普通的X射线亮上万到上亿倍，因此，同步辐射X光源位相反衬成像技术，将使人们能看到边缘清晰的X光片，有望成为不需要造影剂的“心血管造影术”。

因此，上海光源首批建成的光束线和实验站，将为来自不同学科和高技术领域的上百名科学家、工程师开展科学实验和技术研发提供广阔的平台，不同学科间的学术交流和脑力激荡，必将萌发出更多新思想、创造出更多新方法、催生出更多新学科。