为什么「分子 CT 扫描技术」能入选 Science 2018 年度十大突破？
想象一下，以往我们对疾病的认识，更多的是通过宏观的解剖结构变化，或者是间接的生理指标改变来推断。就像你可能知道一栋房子出了问题，但只能看到墙壁开裂、屋顶漏水，却无法直接看到支撑这栋房子的梁柱内部到底出现了怎样的材料老化或结构损毁。而分子 CT 扫描技术的出现，就好比我们发明了一种能够穿透墙壁，直接观察到每一根梁柱的材料成分、受力情况，甚至微小的裂缝是如何开始形成的。
这项技术之所以强大，主要体现在几个关键方面。首先，它将我们观察的尺度，从细胞层面进一步推进到了分子层面。这意味着科学家和医生们可以更早、更精确地识别出导致疾病的根本原因——那些在分子层面悄然发生的异常。例如，在癌症早期，癌细胞可能尚未形成可见的肿瘤，但其内部的基因突变、蛋白质异常表达等分子层面的变化已经开始驱动疾病的发展。分子 CT 扫描技术，通过引入特异性的分子探针，能够像“分子标签”一样，精准地标记出这些异常分子，并在成像过程中将其可视化。
其次，这项技术整合了先进的成像原理和高度特异性的分子识别手段。它并非单一技术的突破，而是多学科交叉融合的结晶。例如，它可能借鉴了传统 CT 的某些成像思路，但更重要的是，它依赖于能够与特定生物分子（如致病蛋白、突变基因产物等）结合的示踪剂。这些示踪剂被设计成在与目标分子结合后，能够发出特定的信号（比如光信号、荧光信号，或者在某些情况下是放射性信号），而这些信号随后被高灵敏度的探测器捕捉并转化为三维图像。这就像给人体内那些“坏分子”装上了微小的“发光器”或者“定位器”，然后我们再通过一种“超级眼睛”来追踪这些发光器，从而在体内构建出疾病分子的三维分布图。
更进一步说，这项技术的核心突破在于它赋予了我们“看见”动态生物过程的能力。疾病的发生发展不是静态的，而是一个复杂而动态的分子过程。比如，炎症反应中，特定的免疫分子会不断被释放和聚集；神经退行性疾病中，异常折叠的蛋白质会逐渐积累并扩散。分子 CT 扫描技术，理论上能够追踪这些分子在体内的动态变化，让我们理解它们是如何在时间维度上影响身体的。这对于理解疾病的机制，评估治疗效果，甚至预测疾病的进展都具有划时代的意义。
总而言之，这项技术之所以能引起《科学》杂志如此高度的重视，是因为它真正打开了一扇“看见”分子世界的大门。它从根本上改变了我们诊断疾病、研究生命过程的方式，从被动的观察转变为主动的、在分子层面的精确“追踪”和“识别”。这预示着一个更精准、更早期、更个性化的医疗时代的到来，能够让我们在疾病萌芽阶段就对其进行精准干预，从而极大地提升人类健康福祉。
网友意见
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……
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