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- 539期－結晶學百年解密（11月號）
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2014-11-01臺灣結晶學發展史
539 期
Author 作者
王瑜／任職中央研究院副院長、臺大化學系。
在講到臺灣結晶學發展史之前，我想稍微簡單介紹一下，2014年國際結晶學年的一些國際上的活動。國際結晶學會為了國際結晶學年，特別架設了網站（www.iycr2014.org），在網頁上有許多的活動，是各國為了配合國際結晶學年而舉辦的。其中，有個影片名為「歡迎來到結晶的奇妙世界（Welcome to the Wonderful World of Crystals）」，在影片裡，使用非常淺顯易懂的文字來說明，什麼是結晶學，結晶學又為人類做了什麼（what crystallography can do for you），如果有興趣的人，很值得去看一看。此外，有一些國家，例如：比利時、印度、以色列、波蘭、斯洛法克、瑞士等等，都發行了一些郵票，在這些郵票上的圖案都與結晶學有關。而澳大利亞以及摩洛哥等，還出了錢幣，其設計也是與國際結晶學年有關。另外，為了要吸引一般大眾的注意，也舉辦了攝影比賽，照片當然是與結晶學愈相關愈好，有些照片還蠻有趣的，例如，有用餅乾和水果做成的規律排列；還有一部分是設計給小學生及中學生的實驗，讓他們長晶，長出各式各樣非常漂亮的晶體；還有就是針對高中生或大學生所辦的開放式實驗室，尤其是在一些比較落後的國家，他們做了相當多的努力。
國際結晶學發展
自1895年倫琴（Röntgen） 發現了X光之後，早期醫生們都很興奮可以用X光來照骨頭、人體或動物；這個應用一直延續到今天，人們到醫院去照X光，已經是很常見的事。從1895年到1910年代初期，人們幾乎是瘋狂的將X 光當成攝影的光源，那個時候還不太懂得去擔心輻射的問題。一直到1912年，才開始有物理學家用它來照物質，首先是研究礦物或食鹽等簡單物質。而國際結晶學年，也就是指，人們開始利用X光應用到原子、分子科學，到現在剛好是100年。
從早期到現在，得到諾貝爾獎的物理學家、化學家、生物學家，有非常多人的研究是與X光有關，像拉維（Laue）、布拉格（Bragg）父子，分別在1914及1915年得獎，表揚他們首創對於簡單物質（例如：食鹽、硫化鋅）的結構分析，利用X光來測定原子、分子的細微結構，即可看到次奈米的解析度。之後漸進式的發展到能解決比較複雜的分子。
X光，一開始是物理學家與地質學家用得多，直到1950~1960年，則是化學家大量使用來解析比較複雜的分子結構，從有機分子到無機分子。1964年，桃樂絲．賀金思（Dorothy Hodgkins）得到諾貝爾獎，是解析了維他命B12的結構。發展到現在，人們可以解析的結構是愈來愈複雜，甚至可以到膜蛋白，這在50、60年代認為根本不可能做到的。所以，凡事經過不斷的努力還是可以辦得到的。
Ｘ光繞射儀器之演化
結晶學在國際上從1895年到現在，也不過100多年，在這期間，儀器之演化扮演著相當重要的角色。因為X 光只是光源，我們還是需要一些偵測器等來配合，所以，在X光繞射儀器的進展，自1900年X光發現後，就必須努力把X光的光管做好。至於偵測器，就是所謂的照相機，裡面放了底片然後照相，跟我們今天照人體的X光機差不多，只是照的東西是物質而不是活體，在得到照片之後，再針對照片中數以千計的資料來進行分析。
一直到了1969年才有所謂的「四環自動繞射儀」誕生，那個時候科學家都感到很興奮，因為不再需要用一張一張的底片去照，再一張一張洗出及分析，所得到的數據可以直接輸入電腦進行分析，這是一大邁進；自1970年之後，結構解析的速度增加得非常快，這也拜當時電腦發展之福。
到了90年代，又出現了所謂「面偵測器（area detector）」，以前是一點一點去收集數據，現在可以一個面、一個面去收集數據，速度當然加快很多，加上電腦的發展神速，在90年代之後，結構解析發展就更快速了。以前用點偵測器收集數據時，一個結構需要至少3~4天的時間，有了面偵測器後，就可以大幅縮短時間成3~4個小時（如果不太在乎解析度的話）。也就是說，在90年代之後，要解一個比較複雜的分子，收集數據，是重要的一環，同時靠電腦數據分析的速度也很重要。
因此，90年代後期，蛋白質結構解析也能發展快速，就是因為偵測器、電腦分析方法及程式進展神速的關係。 ……【更多內容請閱讀科學月刊第539期】