今年的上海市政府工作报告里有这样一句话：“国际科创中心策源功能加快凸显，上海光源二期、活细胞成像线站建成运行……”

对于上海光源大家并不陌生，活细胞成像线站倒是不怎么听说，如何对活细胞成像？这一线站的建成有何意义？日前，解放日报·上观新闻记者前去一探究竟。

【不到100个飞秒内，对细胞快速“拍照”】

一走进位于浦东新区张衡路的上海软X射线自由电子激光装置-活细胞结构与功能成像实验站，就听到持续的低频噪音。上海科技大学副研究员王新成告诉记者，为了保持线站管道里足够的真空度，有时需要通过转轮叶片的高速运动来抽取空气。因此，我们听到的正是叶片转动的声音。

活细胞成像的全称是“活细胞结构与功能成像”，其主要特色为在X射线自由电子激光显微成像基础上，集成先进的活细胞荧光超高分辨功能成像技术，实现活细胞结构与功能组合成像，构建一个在活细胞体系下超高分辨率的可视化、实时成像平台。

其功能成像是采用荧光超分辨显微镜，利用实验室中的传统激光器，通过对细胞进行标记，实现对活细胞的功能研究。而结构成像，特指对活细胞进行结构成像。“经过传统X射线光源照射后，细胞一般都难以存活，但软X射线自由电子激光不仅特别亮，而且其脉冲非常短，可以在不到100个飞秒（1飞秒=1秒的一千万亿分之一）内对细胞进行快速‘拍照’，从而确保细胞在短时间内保持活性。”王新成说，未来将把功能成像和结构成像结合在一起，这样对于实验样品的性质可以了解得更通透。

据介绍，活细胞结构与功能成像线站在我国首次实现了“水窗”波段相干衍射成像实验。所谓“水窗”，是指波长在2.3纳米到4.4纳米的X射线波段。在此波段内，尽管水对X射线是透明的，但其他构成生命的重要元素（比如碳），仍会与X射线相互作用，因而“水窗”波段的X射线可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。

【未来还可以做哪些事情】

如何对活细胞进行成像呢？

在实验站大厅，记者看到东段的4根120米长的光束线站，连接着西段的生物成像、超快物理、超快化学等5个实验站，从前端直线加速器和波荡器接入的自由电子激光脉冲正是通过光束线站到达各实验站。

120米长的光束线站

在生物成像实验站，连成一条直线的三个腔体是其主体部分，但从外观其实看不出什么“玄机”，因为整个成像过程都在腔体内部完成。

王新成介绍，自由电子激光脉冲首先会经过一个镜箱，里面放置了可以聚焦x射线的两面镜子，从而把光聚焦到一个小于8平方微米的点上；接下来，这束强光将会照亮样品腔内的活细胞样品，通过移动样品位置，可以对多个活细胞样品进行结构成像；最后在探测器腔内记录下衍射信号，再投放在电脑显示器上，通过算法重建出细胞的结构（见视频）。

镜箱

样品腔

探测器腔

细胞好比一座“城市”，通过活细胞成像，可以看清楚蛋白质如何在“城市”里穿梭。这将为寻找药物靶点提供利器。

自2023年1月1日起，由上海科技大学和中国科学院上海高等研究院团队共同建设的活细胞结构与功能成像等线站工程正式对外开放运行。目前，该工程项目不仅实现了金黄色葡萄球菌等细胞及细胞器在飞秒尺度上的超快成像，还积极开展了多光子吸收非线性过程研究。同时，在自由电子激光泵浦探测方法学研究等方面取得了显著的进展。

除了为生物活细胞“拍照”，活细胞结构与功能成像线站未来还可以做哪些事情？

据介绍，该项目不仅能够为物理、生物、化学等学科提供革命性的研究工具，还可为在建的上海硬X射线自由电子激光装置技术研发提供支撑。