了解物质的行为对于推进生物学、化学和材料科学等科学领域至关重要。 X 射线晶体学在这一追求中发挥了重要作用，使科学家能够精确确定分子结构。在传统的X射线晶体学实验中，单晶多次暴露在X射线下以获得衍射信号。这就带来了一个问题，即样品的结构因 X 射线照射而改变或损坏。
近年来，技术的进步促进了“时间分辨串行飞秒晶体学”(TR-SFX)的发展。在连续晶体学中，晶体仅暴露于 X 射线一次，这样可以在晶体不被 X 射线损坏的最佳状态下测量样品。然后将其与流行的时间分辨技术相结合，从而可以在反应过程中实时跟踪晶体中分子的结构变化。
然而，TR-SFX 迄今为止仅局限于蛋白质样品的研究。如果 TR-SFX 的使用可以扩展到非蛋白质样品，它将释放研究更广泛材料的实时运动的机会，包括对半导体和电池至关重要的材料。
由基础科学研究所 (IBS) 高级反应动力学中心主任 IHEE Hyotcherl 领导的研究人员首次将 TR-SFX 应用于蛋白质以外的系统。他们选择的材料是一种名为多孔配位网络–224(Fe)、PCN–224(Fe)的样品，以证明系列晶体学的可行性。在分子水平上，使他们能够以原子分辨率实时观察分子运动。该样品由吸附在铁卟啉 (Fe porphyrin) 衍生物上的一氧化碳 (CO) 和在金属有机框架中重复的锆 (Zr) 簇组成。
TR-SFX之前之所以仅限于研究蛋白质样品，是因为评估非蛋白质样品的结构需要更高的标准。因此，IBS 团队必须大大提高晶体学的规格才能满足这些高标准。该团队的设置揭示了从 100 飞秒到 3 纳秒(10 -9秒)总共 33 个时间点的晶体结构。这比之前的蛋白质 TR-SFX 研究取得了进步，之前的蛋白质研究通常仅报告大约 10 个时间点的晶体结构。时间分辨率的大幅提高，几乎是之前蛋白质研究的三倍，可以更准确地表示长时间内的结构变化。
当 PCN-224(Fe) 受到光照射时，吸附在 Fe 卟啉上的 CO 解离，引发一系列结构变化。使用改进的 TR-SFX，研究人员能够以前所未有的细节观察这些结构变化 - 飞秒时间分辨率为 10 -15秒，原子分辨率为 10 -10米(或埃)。
他们能够识别出三种不同的结构变化途径：穹顶，铁卟啉中的铁原子从卟啉平面移出;锆和铁原子的声子模式;以及随温度升高的随机振动运动。通过这项研究，研究人员表明可以将 TR-SFX 测量应用于化学系统，这是展示该技术实用性的重要一步。
这项研究标志着科学界的一个重要里程碑，因为这是第一次使用系列晶体学实时观察分子行为。通过使用 TR-SFX(一种提供高时空分辨率的技术)，该团队能够实时捕获固态分子的微小结构变化。
先进分子反应动力学中心主任Ihee表示：“由于这项研究中提出的技术进步和分析方法可以广泛用于观察各种分子系统的许多其他晶相反应，这项研究不仅在该领域开辟了新的视野分子结构研究的基础，而且在未来的科学发现中也有无穷无尽的应用。”
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