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你看,你看,那些X射线下的结晶
发布:kittyll   时间:2016/2/25 16:40:51   阅读:807 
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这是什么?答案稍候揭晓

战后的西方世界,科学如火如荼地发展。此时,“大不列颠节日”(Festival of Britain)——一个全国性的科技艺术展览活动正在举行,为纪念百年前在伦敦举行的世界上第一场世博会,也为鼓舞人们投入战后英国的重建工作。科学家、工程师、艺术家、制造商,都带着新兴的希望,纷纷涌向泰晤士河边,这其中也包括一群优秀的前沿科学家——X射线晶体学家。

若要列出“十大战后最激动人心之科技发展”,X射线晶体技术无疑将榜上有名。我们在自然光下为景物拍照,X射线晶体科学家则用X射线为晶体摄影,以窥探晶体中原子的位置排列,进而理解微观世界里的秘密。这也直接促进了DNA双螺旋结构的发现。

1912年,德国物理学家劳厄率先发现了晶体中X射线的衍射现象,并因此获得1914年诺贝尔物理学奖。此后,这个领域发展迅猛,其中最为杰出的当为英国物理学家布拉格父子(William Bragg)。他们利用X射线衍射技术分析晶体结构,并据此提出“布拉格衍射理论”,并分享了1915年的诺贝尔物理学奖。
 

老布拉格与他的研究仪器分光仪


小布拉格早期的实验笔记

自然的微观世界里叹为观止的奇妙结构,激活了科学家们的文艺细胞。在“大不列颠节日”展览中,科学家们将他们用X射线衍射技术所得到的结构图案交给了艺术家与制造商,从而诞生了“节日图案项目组”(FestivalPattern Group)。包括蛋白质晶体在内的图案,从科学家们的实验室和X光的照射下走出,跃然于花布、墙纸、玻璃、餐具之上。更有伦敦泰晤士河南岸的Regatta餐馆,以间苯二酚图案为羊毛地毯,三水铝石结晶图案为菜单花边,侍者们身着衍射图案的制服,端着胰岛素结构的盘子穿梭于客人间,科学、艺术与生活紧密不可分。

此时已是诺奖得主的小布拉格,便是此项目爱好者。他参与绘图设计的绿宝石晶体结构图,被绣花机绣出了蕾丝花边,裁成秀丽的小礼服。1951年在斯德哥尔摩举行的国际结晶学联合会年会中,布拉格太太身着此锦衣出席会议,艳惊四座。


由小布拉格测得的绿宝石晶体结构而制作的绣花蕾丝


布拉格太太参加1951年国际结晶学联合会年会所着的绿宝石晶体结构裙子

在物理与艺术边界起舞的,少不了女性柔媚的身影,剑桥大学卡文迪什实验室的海伦,梅高(Dr.Helen Dick Megaw)便带着科学家严谨的审视目光,与女性浪漫诗意的想象,成为了“节日图案项目组”的组织者,她献出的水合硅酸钙晶体结构图被制为羊毛、棉与人造丝混纺的花布,并被裁为窗帘,悬挂于Regatta餐馆。而“大不列颠节日”的科学展馆里,则大量布置了以水合硅酸钙晶体图案为元素而设计的墙纸。梅高的氢氧化铝晶体结构图案则被著名丝绸织造商Vanners看中,制作成贾卡机织丝绸领带,成为该展览中最为畅销的商品之一。


海伦.梅高与她的光电测角仪,该仪器用以拍取晶体的x射线照片。她身旁的模型为水合硅酸钙晶体结构


梅高的水合硅酸钙晶体结构图


以水合硅酸钙晶体结构图案所设计的花布裙子


水合硅酸钙是一种自然结晶矿物,也可由人工制成。这个贾卡机织花布由羊毛、棉与人造丝混纺,取水合硅酸钙晶体结构为设计元素。所制成的窗帘被用于伦敦Regatta餐馆。


“大不列颠节日”的科学展馆入口,布置了水合硅酸钙晶体图案组成的墙纸


Vanners制作的氢氧护铝晶体结构的贾卡机织丝绸领带,为展览中最为畅销的产品之一。晶体图案由梅高提供

X射线晶体技术的魅力远不只在物理化学领域四射光芒。它还能帮助生物学家从微观结构中,探究生命的起源。剑桥大学卡文迪什实验室的马克思.佩鲁茨 (MaxPerutz) 便倾心以x射线晶体技术研究血红蛋白的结构,并由此获得1962年诺贝尔化学奖。血红蛋白本是用以运载氧的蛋白质分子,但在设计师眼中,它是可被简化的几何构型,也是可被填色的抽象图案。除了棉制的绣花蕾丝,ICI公司还特别设计了一种血红蛋白晶体图案的墙纸,将其结构简化并扩大,使得图案更加空灵。而佩鲁茨太太也在1951年的国际结晶学联合会议上,身着高铁血红蛋白图案的印花绉布裙子款款出席。

与佩鲁茨同享诺奖的亲密同事约翰.肯德鲁(JohnKendrew),则贡献出了肌红蛋白晶体结构图案。这种在肌肉中储存氧的蛋白分子,予ICI 公司灵感,设计出用以装饰”大不列颠英国“展览的墙纸。


分子生物学家佩鲁茨


血红蛋白形成的晶体


血红蛋白晶体衍射图案


血红蛋白:血液中携带氧的蛋白质分子


以血红蛋白晶体结构为蓝本的棉制绣花蕾丝


ICI公司设计的墙纸,以血红蛋白晶体结构为元素


马的高铁血红蛋白晶体结构。在这种血红蛋白里,铁原子无法携带氧,血液呈棕色。


佩鲁茨太太穿着的高铁血红蛋白图案的印花绉布


马的肌红蛋白晶体结构图案,由肯德鲁提供


ICI设计的肌红蛋白晶体结构墙纸

梅高的好友、于1964年获得诺贝尔化学奖的牛津大学化学家多萝西.霍奇金(DorothyHodgkin),在梅高的推荐下,也将其得意之作——胰岛素的晶体结构图案送到“节日图案项目组”。在她笔下,这种用以降低血糖的蛋白质激素雅致而灿烂,仿似万红丛中捧出了怒放的牡丹。Regatta餐馆选择将图案简化,配以暗色调制成墙纸,远看确似朵朵争艳的蔷薇。而展览设计师则选用另种胰岛素晶体结构,并简单排列成色彩明快的墙纸,用于“大不列颠英国”展览的电影院墙壁。ICI公司选择了对比色,给胰岛素图案添了几分鲜艳与童稚。而Dunlop公司则很好地把握住原图的精致秀气,以桃红色淡淡勾勒出几朵小花,更显娇嫩。


多萝西.霍奇金绘制的胰岛素晶体结构


由胰岛素晶体结构所制得的墙纸


ICI公司采取胰岛素结构元素制的墙纸




“大不列颠英国”展览电影院的墙纸,以胰岛素晶体结构为元素。


Dunlop公司设计的胰岛素晶体结构墙纸

王尔德曾说:“艺术并非模仿生活,生活总在模仿艺术。”如果他可以穿越到1951年的伦敦,来看到艺术如何模仿微观中的自然结构,不知会做如何感想。今天,x射线晶体学的发展推动了科学界的无数重要进展,其技术本身也早已有许多突破。然而,多年风尘也未能覆盖这些图案的熠熠闪光。科学曾经、也将一直可以,如此美好浪漫地与艺术肩并肩,抚慰人们的创伤,赐予未来勇气与希望。


来源:远东无损检测资讯网
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