近日，休·奥尼尔(Hugh O'Neill)，一位对自然界复杂性充满好奇的科学家，在美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的研究中，正使用强大的中子束深入探索生物材料的微观领域，以期揭示更高效生产国内生物燃料和生物产品的秘密。

休·奥尼尔 (Hugh O'Neill) 从事植物细胞壁研究，该研究属于美国能源部溶剂破坏生物质和生物膜科学重点领域，他还是 ORNL 结构分子生物学中心主任。图片来源：Genevieve Martin/ORNL，美国能源部

作为ORNL结构分子生物学中心(CSMB)的主任，奥尼尔负责管理中子科学能力，这一能力使得研究人员能够以非破坏性的方式探测纳米级活细胞和蛋白质的结构和行为。CSMB是美国能源部科学办公室生物和环境研究计划的十个结构生物学和成像资源之一，其核心是生物小角中子散射仪(Bio-SANS)，这是同类仪器中唯一一款专门用于研究生物样本的中子仪器。

奥尼尔与CSMB的渊源始于2010年，当时他利用Bio-SANS探索参与植物光合作用的蛋白质。此后，他一直致力于使用该仪器和计算机模拟来研究植物材料发酵过程中的分子过程。他的研究部分由美国能源部溶剂破坏生物质和生物膜科学重点领域(生物燃料SFA)资助，该领域旨在提供关于溶剂如何改变植物细胞壁和微生物膜的结构和排列以提高生物燃料产量的基本见解。

奥尼尔的研究主要集中在植物细胞壁的分解、组装以及纤维素的合成上。他对内在无序蛋白质(变形蛋白质)特别感兴趣，这些蛋白质因其柔韧性而能促进一系列细胞过程，如应激反应。科学家们正在探索这些蛋白质是否能被利用来改造更适合高效生物燃料生产的植物。

小角度中子散射非常适合研究这些灵活、无序蛋白质的动态组装。利用中子，奥尼尔及其团队可以看到无序蛋白质组装的整体大小和形状，并将这些数据输入到计算模拟中，从而获得揭示蛋白质结构和功能完整图像的模型。

通过专注于利用中子进行植物细胞研究，奥尼尔及其同事展示了ORNL支持生物科学的更广泛能力。他们的成果包括专注于更好的植物基建筑材料、电子产品和包装以及生物医学应用的项目。这些成果得益于ORNL先进的中子能力可供美国能源部科学办公室用户设施的研究人员使用。

自2018年以来，奥尼尔一直领导CSMB，并最近监督了机器人系统和定制软件的安装，以提高Bio-SANS的生产率。新系统使仪器可以自动测量的样本数量增加了四倍，从而加速了科学发现。此外，该仪器还升级了三个探测器，使Bio-SANS能够在一次测量中捕获样本的整个空间尺度。

奥尼尔的科学生涯始于爱尔兰，他在都柏林大学获得生物化学学位，并在本科期间对研究产生了浓厚兴趣。1998年，他以博士后研究员的身份来到ORNL研究生物燃料电池，并于2005年被聘为研究员。在CSMB，他与物理学家、化学家、结构生物学家、生物化学家和计算科学家一起工作，享受着ORNL的协作性质带来的广阔视野。

对于年轻科学家，奥尼尔的建议是为自己辩护，尤其是在研究生阶段，并尝试国家实验室的用户设施，利用多学科环境进行研究。他强调，不必成为所有领域的专家，同事将帮助设置实验并处理数据。