Установка для дифракционных исследований биологических объектов
ОПИСАНИЕ.
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскик
Социалистические
Республик
6 01 и 23/207 Гоеуларстееааый кеиатет СССР ао аеааи азе4ретекик и открытка (23) Приоритет Опубликовано 23 ° 11 81 Бюллетень М 43 Дата опубликования описания 25.11.81 (53) УДК 548. 735:578.088 (088.8) (72) Авторы изобретения В.Н. Корнеев и В.С. Герасимов / Институт биологической физики ÑÑÐ(71) Заявитель (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ДИФРАКЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОЛОГИЧЕСКИХ О БЬ ЕКТО В Изобретение относится к установкам для рентгеноструктурного анализа и предназначена для рентгендифракцион- . ных исследований биологических объектов на источниках синхротронного рентгеновского излучения. S Известны установки для исследования биологических объектов, содержащие источник синхротронного рентгеновского излучения, монохроматор, зеркало полного внешнего отражения, систему диафрагмирования,-отраженного монохроматором и зеркалом рентгеновского пучка, -держатель исследуемого объекта и, расположенный за ним . детектор рентгеновского излучения (1) . 1З Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является установка для исследования биологических объектов, содержащая источник синхронного рентгеновского излучения, мо .30 нохроматор, зеркало полного внешнего отражения,. систему диафрагмирования .отраженного монохроматором-и зеркалом рентгеновского пучка, держатель исследуемого объекта, расположенный за ним детектор рентгеновского иэлу e ния, источник оптического излучения, детектор оптического излучения и зеркало отражения оптического излучения со средствами перемещения относительно рентгеновского пучка для совмещения траекторий прохождения оптического излучения и рентгеновского излучения через образец (2) . Известные камеры не позволяют получить одновременно в пространстве и во времени оптические и рентгеновские и дифракционные картины от иссле" дуемых биологических объектов, объективная информация о которых необходи ма при изучении сложной иерархии структур, изменяющейся в широком диапазоне от ангстрем до микрон. Цель изобретения - повышение информативности исследований за счет обеспечения возможности одновременно883725 ro получения рентгеновской и оптической картин. Поставленная цель достигается тем, что в установке для дифракционных исследований биологических объектов .с помощью синхротронного рентгеновского излучения, содержащий установленные друг за другом пс ходу пучка монохроматор, зеркало полного внеш-. него отражения, средства диафрагмирования пучка, держатель исследуемого образца и детектор рентгеновского излучения, источник и детектор оптического излучения, а также средства совмещения траекторий прохождения оптического излучения и рентгеновского излучения через образец, последние содержат два зеркала из прозрачного для рентгеновского излучения материала, установленные перед и за дермателем образца под углом к оси рентГеновского пучка, причем источник оптического излучения ориентироВьн на одно из зеркал, а детектор оп ического излучения — на другое из аеркал, зеркала установлены с возможностью их совместного перемещения перПендикулярно оси рентгеновского пучка и/или источник оптического излучения установлен с возможностью перемещения параллельно оси рентгеновского пучка. При этом, зеркало, на которое ориентирован источник оптического излучения, установлено с возможностью регулирования угла его расположения относительно оси рентгеновского пучка. На чертеже изображена установка для исследования биологических объектов, общий вид. Установка содержит источник 1 синхротронного рентгеновского излучения, платформу 2, имеющую возможность поворота на двойной угол Брэгга 26.. Ha платформе расположен монохроматор 3 с возможностью поворота. кристалл-монохроматора 4 на угол Брэгга О и изгиба по цилиндрической поверхности нг радиус r. Падающий и отраженный рент.геновские пучки при различных углах среза атомных плоскостей кристалпа 4 регулируются перемещением отсекателя 5. Зеркало 6 полного внешнего отражения установлено перпендикулярно плоскости кристалл-монохроматора 4 на заданный угол скольжения рентге= новского пучка к отражающей поверхности и его изгиба по цилиндрической поверхности на радиус R. Система ще5 l0 ! 35 о 55 лей 7 служит для диафрагмирования отраженного монохроматором 3 и зеркалом 6 рентгеновского пучка. Установка также содержит держатель 8 исследуемого объекта, расположенный за ним детектор 9 рентгеновского излучения, источник 10 оптического излучения, детектор 11 оптического излучения, блок с двумя прозрачными для рентгеновского излучения зеркалами 12, средства 13 перемещения зеркал 12, средства 14 перемещения источника оптического излучения, средства 15 регулирования угла, зеркала 12, отражающего пучок источника оптического излучения, и средства 16 фокусировки оптического пучка, установленные перед детектором 11 оптического излучения. Установка работает следующим образом. Полихроматический поток синхротронного рентгеновского излучения от источника попадает в монохроматор 3, где дифрагирует; от изогнутой с радиусом r поверхности кристалл-монохроматора 4, устанавливаемого на угол Брэгга "6" в зависимости от требуемой монохроматической длины волны A., частично диафрагмируется отсекателем 5, устанавливаемого в заданное положение в зависимости от угла среза атомных плоскостей кристалла 4, и фокусируется в горизонтальной плоскости в плоскость регистрации детектора 9 рентгеновского излучения. Затем выделенный монохроматический поток синхротронного рентгеновского излучения проходит через первую щель системы 7, отражается от зеркала 6 полного внешнего отражения, за счет чего фокусируется в вертикальной плоскости в плоскость регистрации детектора 9, и через остальные щели системы 7. Перечисленные элементы 3, 6 и 7 установки расположены на платформе 2, имеющей возможность поворота на двойной угол Брэгга 2 8 и закрыты общим кожухом. Данный кожух установлен посредством вакуумного уплотнения, что позволяет значительно уменьшить потери интенсивности рентгеновского излучения на воздухе. Ионохроматиэированный фокусированный пучок синхротронного рентгеновского излучения, проходя блок зеркал 12, попадает на исследуемый объект в держателе 8 образца, где ди883725 Формула изобретения 5 фрагирует, на его структуре. В плоскости регистрации дытектора 9 рентге1 новского излучения получают дифракционную картину, которая отражает размеры исследуемой структуры в ангст3 ремном диапазоне. В качестве материала зеркал 12 блока использована лавсановая (полиэтилентерифталатовая) пленка с металли- . зированным покрытием, что снижает потери интенсивности рентгеновского пучка и Рассеяние от прошедших поверхностей до минимального уровня. Одновременно осуществляют регистрацию оптической дифракционной карти-. ны, которая отражает размеры исследуемой структуры в микронном диапазоне. Это достигается тем, что когерентный пучок видимого диапазона от источника 10 оптического излучения отражается от первого зеркала 12 и попадает на исследуемый объект держателя образца 8, где дифрагирует на его структуре.. Возникающая дифракционная картина выводится с помощью .второго зеркала и средств 16 фокусировки в.плоскость регистрации детектора 11 оптического излучения. Положение дифракционных максимумов определяется согласно уравнения n - 3 tэ1пf - э1np) = k jL где n — коэффициент преломления среды объекта; вЂ, период структуры объекта; с и  — углы падения и дифракции; — порядок спектра. 33 Настройка установки обеспечивает,ся с помощью средств 13 перемещения зеркал, средств, 14 перемещения источника и средств 15 регулирования угла зеркал,. за счет которых осуществляют ею совмещение потоков рентгеновского и оптического излучений. Средства 16 фокусировки служат для получения оптимального разрешения дифракционных маКсимумов. Период структуры исследуемого объекта 1 в микронном диапазоне вычисляется, исходя из определения расстояний между нулевым и первым порядком h дифракционной картины, заднего фокального расстояния f средств 16 фокусировки и при угле падения потока оптического излучения на объект равном нулю (% = О), по следующей фор- муле: Проведенные исследования в области излучения механизмов функционирова. ния биосистем-излучения динамических и кинематических аспектов биологических явлений, на примере живой мышцы в,момент ее сокращения, показали возможность получения рентгеновских дифракционных картин с миллисекундным разрешением при одновременном контроле за длиной саркомера путем оптической дифракции. 1. Установка для дифракционных исследований биологических объектов с помощью синхротронного излучения, содержащая установленные друг за другом по ходу пучка монохроматор, зеркало полного внешнего отражения, средства диафрагмирования пучка, держатель исследуемого образца и детектор рентгеновского излучения, источник и детектор оптического излучения, а также средства совмещения траекторий прохождения оптического излучения и рентгеновского излучения через образец, отличающаяся тем, что, с целью. повышения информативности исследований за счет обеспечения воэможности одновременного получения рентгеновской и оптической картин, средства совмещения траекторий содержат два зеркала из прозрачного для рентгеновского излучения материала, установленные перед и за держателем образца под углом к оси рентгеновского пучка, причем источник оптического излучения ориентирован на одно иэ зеркал, детектор оптического излучения — на другое из зеркал, зеркала установлены с возможностью их совместного перемещения перпендикулярно оси рентгеновского пучка и/или источник оптического излучения утановлен с возможностью перемещения параллель но оси рентгеновского пучка. 2..Установка по п. 1, о т л и чающая с я тем, что, зеркало, на которое ориентирован источник оптического излучения, установлено с воэможностью регулировки угла его рас" . положения относительно оси рентгеновского пучка. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Zeigh "J.В. and Rosenbaum G. А Report on the Application of Syn8НИИПИ Закаэ 102/65 Тираж 910 . Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 chrotron Radiation to Low-Angle Scattering. Т . Appl. Cryst., 1974, и 7, р. 117 ° 2. Haselgrove У .С. et al. The design and use of à camera for low883725 8 angle X-ray diffraction experiments with synchrotron radiation. Reprint Daresbury Laboratory, DL/SRF/P64 lnstrumrntation, 1977 (прото5 тип) .
