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新一轮科技革命正蓬勃兴起，能否洞察科技发展的未来趋势，能否把握科技创新带来的发展机遇，将直接影响国家的兴衰。21世纪，中国面对重大发展机遇，正处在实施创新驱动发展战略、建设创新型国家、全面建成小康社会的关键时期和攻坚阶段。科技创新、科学普及是实现国家创新发展的两翼。科学普及关乎大众的科技文化素养和经济社会发展，科学普及对创新驱动发展战略具有重大实践意义。当代科学普及更加重视公众的体验性参与。公众包括各方面社会群体，除科研机构和部门外，政府和企业中的决策及管理者、媒体工作者、各类创业者、科技成果用户等都在其中。任何一个群体的科学素质相对落后，都将成为创新驱动发展的短板。补齐短板，对于提升人力资源质量，推动大众创业、万众创新，助力创新型国家建设和全面建成小康社会，具有重要的战略意义。科技工作者是科学技术知识的主要创造者，肩负着科学普及的使命与责任。作为国家战略科技力量，中国科学院始终把科学普及当作自己的重要使命，将其置于与科技创新同等重要的位置，并作为率先行动计划的重要举措。中国科学院拥有丰富的高端科技资源，包括以院士为代表的高水平专家队伍，以大科学工程为代表的高水平科研设施和成果，以国家
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第一章 生命活动的执行者11 发现蛋白质 32 了解蛋白质 93 国家蛋白质科学研究（上海）设施的建成 164 探索生命奥秘的国之利器 20
第二章 生命部件的智能车间251 神奇的魔剪：基因工程技术 272 创造神奇的分子：蛋白质工程 333 改造生命的小房子：细胞工程 394 蛋白质军团的诞生：自动化克隆表达系统 42
第三章 看清雾中花471 核磁共振的前世今生 492 核磁共振的应用 523 核磁共振相关的诺贝尔奖 544 核磁共振在结构生物学中的应用 58
第四章 慧眼识英雄光学显微镜651 光学显微镜的诞生 672 各类技术的出现对显微镜发展的促进作用 703 染色技术、荧光染料和免疫荧光技术、荧光蛋白 724 单光子共聚焦显微镜与多光子显微镜 775 超高分辨率显微镜 816 复合激光显微镜系统 88
第五章 科学之眼电子显微镜911 电子显微镜的诞生 932 电子显微镜的家族成员及其应用领域 993 光电联合显微技术 1054 集成化电镜分析系统 108
第六章 微观世界的精密天平1111 微观世界的天平演变 1132 检测手段丰富多样 1223 技术创新人才辈出 1284 各大领域大显身手 1305 建设运行硕果累累 135
第七章 分子世界的3D照相机1391 X射线晶体学 1442 同步辐射光源和上海设施晶体学线站 1513 晶体分析方法 1594 用户成果 163
第八章 望见水中月1651 生命体系中的纳米尺度结构 1672 生物小角X射线散射 169
第九章 红外线站：黑暗中的探照灯1831 红外光谱的发展史 1852 光谱的产生：完美的耦合 1873 脱颖而出：同步辐射红外光谱 1914 万紫千红：探照灯的应用 196
第十章 结语203国家蛋白质科学研究（上海）设施大事记209
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蛋白质分子是我们这颗星球最鲜明、最独特的标志。借助现代星际旅行和天文观测技术，人们极目六合，求索多年，仍然未能发现第二颗拥有蛋白质的天体存在，而且这种情况即使并非永恒，也多半还要持续很长时间。作为微观世界中复杂与多样性的绝对王者，蛋白质分子拥有仅凭外观就令人眩晕的空间结构，进行着任何机械装置都难以企及的物理运转，催化着睥睨所有化工车间的精密化学反应，而这一切都是在大不过几纳米的空间与长不过数毫秒的时间内实现的。在生命体中，蛋白质无处不在。作为生命活动的具体执行者，蛋白质与生命信息的记录者核酸一起，创造了草长莺飞的多彩世界。蛋白质的研究历程，可以说就是人类了解生命、追求健康的自我认知过程。在人类文明的初期，火的发现和利用催生了最古老的蛋白质加工技术蛋白质加热变性。这是人类从茹毛饮血转向摄取熟食的革命性事件。用火烧这种在今天看来平淡无奇的烹饪方式，使得洪荒时期的人类可以获得更容易消化吸收的能量，同时大大降低了受到有害微生物侵袭的风险，从而给予了人类适应环境的巨大优势。可以说，这是我们最终得以走向进化顶端的关键一环。从那时起，人类就开始了探索蛋白质科学的伟大征途。通过发现蛋白质的化学本质、揭示蛋白质生物合成的奥秘、人工合成蛋白质、解析蛋白质的三维结构、实现蛋白质大规模生产等一系列科学研究，科学家们从蛋白质科学的必然王国一步步进入了自由王国，逐渐掌握了蛋白质的产生功能发挥消亡这一过程的机理，同时发现了蛋白质异常与多种重要疾病之间的关联，从而锁定了大量疾病的病因。蛋白质研究中的每一次飞跃，依靠的都是科学家的不懈努力。尽管这些令人激动的突破发生在生命科学与医学领域，实际上也是在全面科学探索的基础上实现的，物理、化学、工程、计算科学等领域所形成的新技术在持续地推动着蛋白质科学的发展。如有机化学的发展使人类认识到蛋白质的本质是氨基酸的聚合链，X射线晶体学使蛋白质结构的研究第一次进入原子分辨率时代，现代计算机性能的突飞猛进帮助科学家开始尝试蛋白质结构的预测与动态模拟因此，可以说一部蛋白质科学史同时也是一部人类分析仪器与技术的进化史。随着21世纪进入第二个十年，蛋白质科学经过长时期的积累，又一次站在了大发现与大发明即将到来的历史大门前。如果说过去的研究工作的聚焦点在于帮助人类认识自身，那么这一次即将出现的突破会集中在人类改变命运的成就上。随着蛋白质在各种重大疾病中扮演的角色渐次揭示，如何利用蛋白质科学技术来改变疾病的进程成为下一个要解决的难题。与此同时，科学家认识到蛋白质异常不仅是导致疾病的原因，功能强大的蛋白质经过改造也可以成为对抗疾病的工具。多种蛋白质药物已经崭露头角，成为人类对抗疾病的新型武器。目前，蛋白质药物在全球销量最高的十种药物中已占据六席，而且对抗的都是诸如癌症、风湿病等高威胁疾病，可以说是不折不扣的重磅炸弹。我国的蛋白质研究起步整体晚于欧美，虽然出现过人工全合成结晶牛胰岛素这样的世界级成就，但总体而言，我们这一领域的科研长期处于跟踪和学习世界领先国家的水平。随着我国综合国力逐步增强，科研投入不断加大，科研水平迅速提升，我国的蛋白质研究也取得了长足进步。为了让我国蛋白质科学研究事业获得强大且持久的技术推动力量，我国投入巨资建设了国家蛋白质科学研究（上海）设施。这是集蛋白质科学技术之大成的一个大科学装置。该装置既有观察蛋白质机器如何装配的电子之眼，又有发挥X射线洪荒之力一探蛋白质精细结构的光束线站，还有见微知著记录蛋白质指纹的质谱侦探仪器。凡此种种，不胜枚举，非只言片语所能尽述。为了让读者一窥国家蛋白质科学研究（上海）设施之真容，我们组织本装置专业技术人员完成了这样一部自画像册。希望用专业但不刻板、生动而不落俗套的语言，结合精美的画面、生动的视频，让读者了解国家蛋白质科学研究（上海）设施，了解科研工作者利用它所进行的科学探索，了解蛋白质这一将冰冷的行星变成生机勃勃的生命世界的独特物质的神奇。若能让蛋白质科研队伍因此而增添同行的旅者，则犹如采石得贝，我们会十分欢迎您的到来。
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