为什么「分子 CT 扫描技术」能入选 Science 2018 年度十大突破？ 第1页

这是一个非常激动人心的工作，将极大的改变有机化学领域，我甚至认为，赢得一个诺奖也不是不可能。

//我一直等着谁来跟我科普，结果等了半天，国内资讯都是照搬英文媒体报导，还尼玛是机翻……作为一个常年用单晶测定结构的人，我尝试抛砖引玉吧。

//我似乎炸出内行了，非常感谢!但是麻烦您们批评我之余可以多指导两句，我是真想学习了解，你不搞有机不知道我们对于结构的执念有多深…

这是一个真正革命意义上的工作，将深刻改变化学家对结构鉴定的理解。

化学就是研究物质的组成、结构和性质的科学。时至今日，只要样品能到实验室，研究组成没什么难度。（样品到不了手，比如宇宙中的物质组成，那是另一个课题了）

结构的鉴定，一直到今天，仍然不能说容易。细数结构鉴定的发展史，就是诺贝尔奖的颁奖典礼，质谱，核磁，X射线衍射，拉曼光谱，电子显微镜，中子衍射，等等等等，而且不仅初次发现拿奖，改进了还能再拿奖！

不做化学科研的人，看着我们每天画着结构式特别酷，但是做化学，尤其是有机化学的我们，非常清楚，每一个新合成化合物的结构鉴定并不容易。

一般的做法是质谱确定分子量，元素分析确定组成，核磁定结构。

也就是说，这个结构式是推理出来的！

简单的分子问题不大，大一点的分子，比如复杂的天然产物和药物中间体，这个推理过程就很要命了！哪怕是享誉盛名的大科学家，也推错过！

详细不深入展开。怎么解决？一个理想的解决方案就是直接看。也就是用X射线单晶衍射技术这个相机。这是唯一的直接看的工具！

不深入展开X射线单晶衍射，毕竟是得了诺奖的技术，很成熟了。无数结构的鉴定就是靠这个，尤其是我们做金属有机化学的，一直笑称“无单晶，无结构”，只有眼见才为实。

而培养一个单晶的难度是非常大的，具体可参见我之前的一个自嘲的回答。极端点，我们有时候戏谑道：

https://www. zhihu.com/question/6227 0393/answer/198482110

“一个单晶结构就是一篇SCI文章！““养单晶是艺术，是炼晶术，不是科学。”

这其实极大限制了有机化学和金属有机化学的发展。

好了，到了这个“分子CT扫描技术”了。Tamir Gonen是冷冻电镜技术（CryoEM）的专家，一直致力于用冷冻电镜解析蛋白质分子，这个和施一公老师，颜宁老师的工作有相通之处。

为什么要用CryoEM研究蛋白质？因为你几乎不可能养出一个完美的蛋白质晶体，来用于X射线单晶衍射测定。CryoEM需要的样品相比于X射线单晶衍射要少得多，制备难度也相对更低。

大约到了2018年，CryoEM的分辨率从最初的7埃米到了现在的不到3埃米，为结构生物学立下了汗马功劳。Tamir Gonen更是开发了一个工具包MicroED，在非常理想的情况下，分辨率甚至可以最低到1.4埃米！这次这个突破性工作，用的也是这个MicroED工具包。

//普及一个常识，一根化学键的长度大概也就是1-2埃米。

X射线单晶衍射号称分子照相机，理想情况下分辨率是多少呢？使用铜靶，可以到0.77埃米，基本上分子长什么样子，可以看得清清楚楚了！

比如下图就是我自己的文章中的单晶结构，说实话，如果不是有单晶衍射，靠核磁你不太可能推出来……

前面提到，CryoEM用于解析蛋白质，分辨率3埃米左右，那么似乎是不太容易运用到有机分子的（要求分辨率0.9埃米左右）。这里就体现出这个分子CT技术的厉害了！

他们的分辨率接近1埃米！

看看他们的流程，直接拿化合物粉末，制备电镜样品，仅仅需要X射线单晶样品的十亿分之一用量！3分钟收集数据，10分钟解析出结果！

请注意最后一个化合物，如此复杂的分子也可以完美解析！而这种分子的结晶难度（满足X射线单晶衍射级别），谁做谁知道，几乎不可能搞定！

最后他们还无比风骚地测定了混合物的结果！即便是把样品混合在一起，制备后扫描，也可以清晰地显示每个分子的结构！

他们用的CryoEm，一台价格200万美元，看上去很贵，但是真的值！我只想问一句，国内哪家还有空闲的，我要去投奔刷文章……