上海“光剑”再出鞘：上海软X射线自由电子激光装置（简称“SXFEL”）的活细胞结构与功能成像等线站于6月21日凌晨，在中国首次获得飞秒尺度的X光照片。该线站仅用了100飞秒（1飞秒等于1秒的一千万亿分之一），首次实现2.4纳米单发激光脉冲的相干衍射成像，并完成了对衍射图样的快速图像重建，成为国际上仅有的两个已实现“水窗”波段相干衍射成像实验的自由电子激光装置之一。这标志着我国在软X射线自由电子激光研制和使用方面已步入国际先进行列。
SXFEL由活细胞结构与功能成像等线站工程和软X射线自由电子激光用户装置共同构成，两个项目同步建设有机衔接。一个月前，“软X射线自由电子激光装置”实现全线调试贯通、带光运行，“水窗”波段全覆盖。
何谓“水窗”？上海科技大学教授、活细胞结构与功能成像等线站工程总经理刘志介绍，“水窗”是指波长在2.3纳米到4.4纳米范围的软X射线波段。在此波段内，水对X射线是透明的，但其他构成生命的重要元素，特别是碳仍会与X射线有强的相互作用，因而“水窗”波段的X射线可用于活体生物细胞显微成像等，具有重要的科学应用价值。
谈及获得相干衍射成像时，刘志介绍，自2021年6月2日首次实现生物成像实验站通光后，上海科技大学和中国科学院上海高等研究院的项目团队密切协作，调试设备，“从光源贯通至样品点，需要一套长达120米的完美光学传输系统，内含上百万个零件。运行时，所有零件必须同时在高性能运转，且任何光学器件不能有纳米级的瑕疵。”
目前，活细胞结构与功能成像等线站工程的实验能力，为今后开展生物活体细胞成像、新材料动态结构分析以及多物理场原位成像等前沿科学研究打下基础。“如果将细胞看成一座城市，就可以看清蛋白质是如何在城市里穿梭的，这对于寻找药物靶点等提供了利器。”刘志解释。
据悉，SXFEL拟于明年面向全世界开放。SXFEL将与已建成的上海同步辐射光源、超强超短激光装置和在建的硬X射线自由电子激光装置等一起，在上海张江构建具有全球影响力的光子科学设施集群和光子科学研究中心。
