化学学报 ›› 2022, Vol. 80 ›› Issue (5): 690-702.DOI: 10.6023/A21120624 上一篇    

综述

溶液小角散射技术在软物质研究中的应用与展望

宋攀奇, 张建桥, 李怡雯, 刘广峰, 李娜*()   

  1. 中国科学院上海高等研究院 国家蛋白质科学研究(上海)设施张江国家实验室 上海 201210
  • 投稿日期:2021-12-31 发布日期:2022-05-31
  • 通讯作者: 李娜
  • 作者简介:

    宋攀奇, 硕士, 助理工程师, 毕业于北京理工大学, 现于国家蛋白质科学研究(上海)设施工作, 负责同步辐射生物小角散射线站的运行、管理工作, 参与线站的用户服务和技术支持. 主要研究方向为基于同步辐射BioSAXS技术进行方法学开发研究.

    张建桥, 硕士, 助理工程师, 毕业于西南科技大学, 现于国家蛋白质科学研究(上海)设施工作, 负责协助开展BL19U2生物小角X射线散射(BioSAXS)线站的运行、维护和管理工作.

    李怡雯, 博士, 工程师, 同步辐射生物小角X射线散射线站用户负责人, 毕业于中国科学院上海应用物理研究所, 获核科学与技术专业博士学位, 主要从事脂质体药物结构研究、X射线小角散射实验方法学研究. 作为项目骨干参与国家重点研发项目1项、中科院基础设施维修改造项目1项, 主持国家自然科学基金青年项目1项.

    刘广峰, 博士, 副研究员, 同步辐射生物小角X-射线散射线站运行负责人, 毕业于中国科学院高能物理研究所, 主要从事生物小角散射线站的运行维护工作. 作为项目骨干参加了中国科学院战略性先导科技专项(B类)生物小角X射线散射技术及国家自然科学基金大科学装置联合基金重点项目, 主持自然科学基金青年项目1项, 入选2020年中科院青年创新促进会会员.

    李娜, 博士, 副研究员, 同步辐射生物小角X射线散射线站团队负责人. 现担任中国晶体学会小角散射委员会委员、中国生物物理学会分子生物物理委员会委员、中国科学院青年创新促进会会员. 2011年加入国家蛋白质科学研究(上海)设施. 主要研究方向为基于同步辐射溶液散射技术方法开发以及溶液散射技术在软物质领域中的应用研究. 曾作为第四完成人获得中国水产科学研究院科技进步二等奖. 已在国际知名期刊发表论文68篇. 已提交专利申请4项, 获批1项. 现已出版科普译著1部、科普专著1部; 同时参与撰写学术专著1部; 主持完成学术译著1部. 作为项目负责人主持科研项目11项; 作为技术骨干参与科研项目4项; 多次组织生物小角散射技术相关的国际培训课程及国际会议, 录制生物小角散射专业技术微课, 于2019年12月份上线中科院继续教育网络课程.

    庆祝中国科学院青年创新促进会十年华诞.
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(U1832144); 中科院青年创新促进会人才项目(2017319); 上海市自然科学基金(21ZR1471600)

Solution Small-Angle Scattering in Soft Matter: Application and Prospective

Panqi Song, Jianqiao Zhang, Yiwen Li, Guangfeng Liu, Na Li()   

  1. National Facility for Protein Science in Shanghai, Zhangjiang Laboratory, Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201210
  • Received:2021-12-31 Published:2022-05-31
  • Contact: Na Li
  • About author:
    Dedicated to the 10th anniversary of the Youth Innovation Promotion Association, CAS.
  • Supported by:
    National Natural Science Foundation of China(U1832144); Youth Innovation Promotion Association of Chinese Academy of Sciences(2017319); Natural Science Foundation of Shanghai(21ZR1471600)

溶液小角散射实验方法是表征溶液体系多尺度时空结构的研究利器, 在软物质研究领域已得到广泛应用. 溶液小角散射包括X射线散射和中子散射, 可以在纳米到微米空间尺度以及毫秒时间尺度对溶液软物质微观结构进行表征. 微纳尺度结构与研究对象的宏观性能密切相关, 利用同步辐射X射线小角散射高通量、快速时间分辨以及中子小角散射无损、深穿透性的特点, 可以在不同环境变量下系统研究软物质体系的纳米结构及演变过程. 系统介绍了溶液小角散射实验方法的发展现状以及溶液小角散射的基本原理. 结合典型的应用案例, 展望了溶液小角散射技术的发展趋势及其在软物质领域研究中的应用前景.

关键词: 溶液小角X射线散射, 溶液小角中子散射, 软物质, 高通量, 结构动力学

Solution small-angle scattering (SAS) is a powerful tool for elucidating the structural properties of soft matter systems. SAS includes X-ray scattering (SAXS) and Neutron scattering (SANS) techniques which allow determination of the material’s properties at a scale ranging from few Angstroms to hundreds of nanometers. Wide time scales ranging from real time (milliseconds) to several minutes can be also covered by these techniques. In recent years, solution SAS techniques have had versatile applications in several research fields, especially in structural biology and in probing self-assembling nanomaterials. Probing the structure of materials at micro- and nano-scales provide an insight on the macroscopic properties of the material. The high throughput and fast time resolution offered by SAXS in combination with the neutron penetrating ability in SANS can offer a great potential to cover different soft-matter systems and processes (i.e. probing the kinetic of self-assembly). Here we review the solution SAS (both synchrotrons and Neutron Sources) capabilities which have been established in mainland China, and cover scattering theoretical developments. Recent advances in solutions SAS used in soft matter will also be discussed. Given the potential offered by the next generation X-ray and Neutron sources, further developments in this field are expected, with a proliferation of solution SAS applications.

Key words: solution SAXS, solution SANS, soft matter, high-throughput, structural dynamics