MXPA02001451A - Manejo de muestra automatizada para radiocristalografia. - Google Patents

Abstract

Metodo y aparato para instalar una muestra que comprende un cristal para analisis radiocristalografico, un metodo para alinear una muestra que comprende un cristal para analisis radiocristalografico, cuya muestra se instala en un dispositivo de colocacion, y un metodo para determinar la estructura de una muestra que contiene un cristal por medio de radiocristalografia.

Description

E MUESTRA AUTOMATIZADA PARA RADIOCRISTALOGRAFÍA ANTECEDE NTES DE LA I NVE NCIÓ N Campo de la Invención Esta invención se refiere a radiocristalografía , y, en particular, a métodos y aparato para instalación y alineación de muestras para análisis radiocristalográfico.

Discusión de la Materia La radiocristalografía es una técnica bien estudiada , establecida para proporcionar una representación tridimensional de la apariencia de una molécula en un cristal. Los científicos han empleado la radiocristalografía para determinar las estructuras cristalinas de varias moléculas. A fin de realizar un análisis radiocristalográfico, una muestra del cristal debe instalarse sobre un dispositivo de colocación , alineada así cuidadosamente de tal forma que el cristal entero se encuentra dentro del diámetro del haz de rayo X, y los datos de difracción por rayos X se recopilan en un número de ángulos rotacionales. Debido a los tamaños típicos de los cristales y el diámetro del haz de rayo X se encuentran en el rango de 100 a 400 micrómetros, la alineación requiere un alto grado de precisión . Además, para asegurar la integridad de los cristales, los cristales deben almacenarse bajo nitrógeno líquido y mantenerse a temperaturas cercanas a aquella de nitrógeno l íquido d urante la instalación , alineación entera y procesos de recopilación de datos.

Actualmente, la instalación y alineación de muestras se realiza manualmente. Un aparato de radiocristalografía típico comprende un generador de rayos X, un detector, y un pivote rotativo sobre el cual se instala una cabeza finamente ajustable del dispositivo de colocación. Los datos de difracción en bruto recopilados por el detector se admiten en una computadora para procesamiento. La cabeza del dispositivo de colocación permite ajustes minuciosos en dos ejes que están perpendiculares entre sí y al eje del pivote. Algunas cabezas de los dispositivos de colocación también se permiten para ajustes angulares en uno o más ejes. Un tercer eje de ajuste se proporciona para la translación del eje rotatorio en una dirección que es ortogonal a los dos ejes de la cabeza del dispositivo de colocación. La posición de soporte de muestra de la cabeza del dispositivo de colocación se coloca de tal forma que cuando se instala, la muestra se encuentra cerca de la línea central del haz de rayo X. Una cámara CCD se instala de tal forma que una imagen amplificada de la muestra instalada puede representarse en un monitor de video. Las cruces filares en la presentación de video indican la posición deseada de la muestra, correspondiente a la intersección del centro del haz de rayo X con el eje del pivote. A fin de mantener la muestra a una temperatura lo suficientemente baja una vez que se ínstala, una corriente de gas de nitrógeno frío se dirige a la posición de soporte de muestra . El procedimiento para instalar y alinear una muestra manualmente se describe abajo. Un operador coloca una muestra en u n recipiente pequeño de nitrógeno líquido y así maniobra el recipiente cerca de la posición de soporte de muestra en la cabeza del dispositivo de colocación. Lo más rápido posible, el operador extrae la muestra y la instala sobre la cabeza del dispositivo de colocación. Utilizando la imagen de video en el monitor, el operador gira los tornillos de ajuste controlando los ejes "X", "Y", y "Z" hasta que la muestra se centra dentro del haz de rayo X y los ejes de pivote (según se indica por las cruces filares en la presentación de video). Después de que la muestra se ha centrado, se inicia el análisis de la muestra mediante difracción por rayos X. El procedimiento se describe a detalle en Garman, et al. , "Macromolecular Cryocrystallography7 J. Appl. Cryst. (1997) 30, 21 1 -237 (de aquí en adelante "Garman et al."), incorporada en la presente para referencia De acuerdo a Garman eí al. , existen numerosos problemas incluidos en los procedimientos manuales para la recopilación de datos de difracción por rayos X de cristales macromoleculares a temperaturas criogénicas. De acuerdo a Garman, los prerrequisitos para iniciar una recopilación de datos criogénicos son un criostato fiable, la habilidad de mantener un ambiente libre de hielos, algún equipo de instalación de cristal, un número suficiente de cristales, y alguna habilidad manual para operación rápida y uniforme en la parte del operador. Una importante parte de una recopilación de datos criocristalográficos es el método de instalación de cristal y el material asociado con el. Los cristales macromoleculares requieren especial tratamiento comparado a los cristales de moléculas pequeñas, debido a que los cristales macromoleculares tienen un contenido líquido que varía de aproximadamente 5 a 70%. La técnica actual más ampliamente utilizada es el método de presilla, en , d rrde se utiliza una presilla para suspender un cristal mediante tensión superficial en una película delgada de regulador crioprotegido. Las primeras presillas se elaboraron de alambre de tungsteno dorado. Estas presillas metálicas se remplazaron por presillas elaboradas de diversas fibras finas (1 0-50 µm de diámetro) que no absorben y dispersan rayos X al mismo grado que el metal, tal como fibra , fibra de vid rio , nylon , rayón , hebras de pesca con mosca artificial, seda dental sin cera, algodón, hebra quirúrgica y lana de pelo de camello. Existen diversas maneras para conectar el husillo que soporta la presilla a la cabeza del dispositivo de colocación . Dos métodos ampliamente utilizados son la inserción de un husillo directamente hacia el agujero en la cabeza del dispositivo de colocación y la unión de un imán a la cabeza del dispositivo de colocación , a los cuales se atrae un sujetador de husillo magnético y se mantiene rígidamente. La evaporación de la película suspendida en la presilla es muy rápida debido a su gran proporción de superficie a volumen . Por lo tanto, uno de los parámetros más críticos en un experimento criocristalográfico es el tiempo entre tomar el cristal y enfriarlo rápidamente. Este tiempo debería ser lo más corto posible, idealmente menos de un segundo, de lo contrario el cristal puede deshidratarse o los componentes dei regulador pueden precipitarse. De acuerdo a Garman er al. , todas las manipulaciones y movimientos deberían practicarse en diversos ensayos sin nada en la presilla, para asegurar la operación rápida y uniforme al último. No debería perderse tiempo en observar el cristal dentro de la presilla, ya que el enfriar rápidamente una presilla vacía es menos nocivo perder los cristales antes e en r amiento al parar de revisar si sé . encuentran realmente en la presilla. Para la mayoría de los cristales de prote ína , el enfriamiento rápido en una corriente de gas es perfectamente adecuado y representa la opción más simple y más segura . Desde un punto de vista práctico, para el enfriamiento rápido por corriente de gas es beneficioso primero tener un segundo operador presente que pueda desviar la corriente de gas fría al mantener una pieza de cartulina sobre ella tan pronto como el "pescador" indique que el cristal está atrapado. Una vez que el cristal se coloca, la cartulina se arrebata rápidamente asegurando el enfriamiento reprod ucible y rápido. Los criocristalógrafos experimentados tienden a desviar la corriente de gas fría por sí mismos o no desviarla del todo mientras se coloca el cristal en la cabeza del dispositivo de colocación , dependiendo el éxito en la rapidez y certeza de su acción. La dificultad más común experimentada por los expertos que empiezan a utilizar las criotécnicas es el hielo alrededor, cerca , sobre, y/o en el cristal. Existen diversas razones para la formación de hielo alrededor del cristal. El extremo del crioinyector puede colocarse demasiado lejos del cristal: idealmente debería estar lo más cerca posible ya que la configuración de temperatura de la corriente de nitrógeno frío es muy aguda (la temperatura se eleva de 1 00°K a temperatura ambiente sobre unos pocos mil ímetros para los sistemas de flujo más abiertos). Además, más lejos del inyector, la corriente de gas llega a disiparse y de esta manera está más susceptible a los efectos de turbulencia y corrientes de aire. Si al colocar el crioinyector cerca del cristal se da como resultado t. jjji.ii. l. ..... . , , ... . ,-.. a • t^.--^-^^t.,?u^ ittÁ?,.t^ítiííi¡tíkkt?ik ^-xkk¡:^¿^táil sombra en el detector de rayos X, debería darse atención a cambiar el ' ángulo de proximidad de la corriente. Si esto prueba lo imposible , la sombra debe cubrirse durante el procesamiento de datos. Una pregunte que frecuentemente se presenta concierne al ángulo óptimo de incidencia de la corriente fría en el cristal. Esto no es un factor importante en un experimento cuidadosamente revisado y libre de corriente de aire. Sin embargo, la mayoría de las corrientes de aire operan mejor con el flujo de gas hacia abajo. También, deben tomarse en cuenta las condicionantes experimentales. Por ejemplo, para el almacenamiento de cristal debe estar disponible suficiente espacio para permitir el acceso criovial. En general , una mayor razón para la formación de hielo es el flujo turbulento en los límites entre la corriente coaxial caliente y de gas frío y entre la última y ai re húmedo caliente en el cuarto . Para prevenir esto y permitir el flujo laminar deseado, las velocidades de flujo de los gases en seco calientes y fríos deben igualarse. Para igualar los flujos, las áreas relativas de las dos corrientes de gas pueden calcularse y las velocidades ascenderse de acuerdo con lo anterior. Varias clases de moléculas biológicas pueden estudiarse mediante radiocristalografía, incluyendo, pero no limitándose a , proteínas , ADN, RNA, y virus. Los científicos han reportado las estructuras cristalinas de las moléculas que llevan ligantes dentro de sus receptores, es decir, complejos de ligante-receptor. Dada una representación de una molécula objetivo o complejo de ligante-receptor, los científicos pueden buscar cavidades o receptores cuando la actividad biológica pueda tener lugar. Los científicos pueden diseñar experimentalmente o por cómputo ligantes (o fármacos) de alta afinidad para los receptores. Los métodos de cómputo se han utilizado alternativamente para seleccionarse para la unión de moléculas pequeñas Sin embargo, estos previos intentos se han satisfecho con éxito limitado. Diversos problemas importunan el diseño del ligante mediante métodos de cómputo. Los métodos de cómputo se basan en estimados antes de determinaciones exactas de las energías de unión, y dependen de simples cálculos cuando se comparan con las interacciones de complejo que existen dentro de una biomolécula. Además, los modelos de cómputo requieren la confirmación experimental, los cuales exponen frecuentemente los modelos como positivos falsos que no trabajan en el objetivo actual. Se ha descubierto recientemente que la radiocristalografía puede utilizarse para seleccionar los compuestos que no son ligantes conocidos de una biomolécula objetivo por su habilidad para unir el objetivo. El método comprende las etapas de obtener un cristal de una biomolécula objetivo, exponer el objetivo a una o más muestras de prueba que son ligantes potenciales del objetivo, y determinar si un complejo de ligante/biomolécula se forma. El objetivo se expone a ligantes potenciales por diversos métodos, incluyendo pero no limitándose a, remojar un cristal en una solución de uno o más ligantes potenciales o co-cristalizar una biomolécula en la presencia de uno o más ligantes potenciales La información estructural de los complejos de ligante-receptor encontrada puede utilizarse para diseñar nuevos ligantes que se unen más apretados, íláAÉkí?A-t, se unen más específicamente, tienen mejor actividad biológica o tienen mejores configuraciones de seguridad que los ligantes conocidos. De acuerdo a este nuevo método, los ligantes para una molécula objetivo que tienen una forma cristalina se identifican al exponer una biblioteca de moléculas pequeñas, ya sea individualmente o en mezclas, al objetivo (por ejemplo, proteína, ácido nucleico, etc.). Después, uno obtiene datos cristalográficos para comparar el mapa de densidad electrónica del complejo objetivo-ligante putativo con el mapa de densidad electrónica de la biomolécula objetivo. El mapa de densidad electrónica proporciona simultáneamente la evidencia directa de la unión de ligante, la identificación del ligante unido, y la estructura tridimensional detallada del complejo de ligante-objetivo. La unión también puede revisarse por cambios en los reflejos individuales dentro del espectro de difracción cristalográfica, los cuales se sabe que son sensibles a la unión de ligante en el sitio activo. Esto podría servir como una pre-selección pero no seria el método principal de elección debido a que proporciona menos información estructural detallada. Al observar los cambios en el nivel de densidad electrónica del ligante o la intensidad de ciertos reflejos en el espectro de difracción como una función de la concentración de ligante ya sea agregado al cristal o en co-cristalización, uno también pueden determinar las afinidades de unión de ligantes para las biomoléculas. Las afinidades de unión también pueden obtenerse por experimentos de prueba. Aquí, el (los) nuevo (s) compuesto (s) se remoja (n) o co-cristaliza (n) con uno de una serie de ligantes de forma diversa de la afinidad de unión conocida. Si el ligante liL?jt,á.á Jiíb?~it_ conocido aparece en el mapa de densidad electrónica , los ligantes desconocidos son aglutinantes más débiles. Sin embargo, si uno de los nuevos compuestos se encuentra para competir por el sitio, el aglutinante estaría más apretado. Al variar la concentración o identidad del ligante conocido, puede estimarse una constante de unión para el golpe. La selección requiere exponer una molécula objetivo a miles de compuestos individualmente o en mezclas. La selección por medio de radiocristalografía requiere examinar varios cristales, lo cual a su vez, puede comprender varios d ías de operar 24 horas por d ía . Tal selección completa puede solamente lograrse por medio de un sistema automatizado para instalar cristales sobre el instrumento de rayos X y para alinear los cristales en el haz de rayo X. El uso de técnicas criogénicas trae grandes ventajas al cristalógrafo. Una ventaja es que la mayor reducción en daño por radiación a los cristales a temperaturas criogénicas da al cristalógrafo vigencias del cristal eficazmente infinitas en una fuente propia y vigencias sumamente prolongadas en un sincrotrón. Otra ventaja de la recopilación de datos criogénicos es que los métodos de instalación de cristal utilizados son mecánicamente más moderados y comprenden menos manejo de muestra. Una tercer ventaja de la técnica es la facilidad para la selección propia de los cristales enfriados rápidamente y la posibilidad de almacenarlos y transportarlos. El mayor problema con el uso de técnicas criogénicas es la pérdida elevada de operadores entrenados para instalar las muestras y recopilar los datos. Por lo tanto, sería deseable desarrollar un método para recopilar los datos cristalográficos del rayo X automáticamente, sin la necesidad de que un operador entrenado se encuentra presente. La radiación X de sincrotón se ha convertido una fuente muy común de rayos X para examinar los cristales de todos los tipos de moléculas, pequeñas y macromoleculares. Debido a los rayos X particularmente intensos disponibles en u n sincrotón, el crioenfriamiento de muestras es normalmente deseable y frecuentemente necesario. A pesar de que los rayos X intensos dan como resultado una gran reducción en los tiempos de recopilación de datos, frecuentemente tan baja como minutos, las cuestiones de seguridad complican la carga de muestra de tal forma que las etapas de instalación y alineación de cristal al haz de rayo X frecuentemente tardan más o aún más tiempo que la etapa de recopilación de datos por sí misma . La duración de estas etapas de alineación e instalación da como resultado una disminución significativa de eficacia en el uso de líneas de haz de sincrotrón , las cuales son de mayor demanda y costo para elaborar y operar. Un dispositivo automatizado para instalar muestras de cristal sobre el instrumento de rayos X y para alinear agudamente las muestras de cristal en el haz de rayo X podría reducir significativamente el tiempo requerido para la carga de muestra y acelerar mayormente el proceso de revisión de un gran número de muestras. De esta manera, un dispositivo automatizado podría lograr un aumento significativo en la eficacia en el uso de líneas de haz de sincrotrón.

BREVE DESCRIPC IÓN DE LA INVE NCIÓ N En un aspecto, esta invención proporciona un método para i^^ &^Á&^ii í^sÉSáá ^^^^^, Har una muestra que comprende un cristal pa ra análisis cristalográfico del rayo X, cuyo método comprende las etapas de: (a) proporcionar un sujetador de cristal que contiene al menos un cristal; 5 (b) proporcionar una herramienta capaz de extraer el sujetador de cristal, la herramienta movible por medio de un robot; (c) proporcionar un dispositivo de colocación para instalar el sujetador de cristal de tal forma que el cristal se encuentra en la trayectoria de un haz de rayos X; y 10 (d) activar el robot de tal forma q ue la herramienta extrae el sujetador de cristal, transfiere el sujetador de cristal extra ído al dispositivo de colocación, e instala el sujetador de cristal transferido sobre el dispositivo de colocación. En otro aspecto, esta invención proporciona un método para 15 alinear una muestra que comprende un cristal para análisis cristalográfico del rayo X, cuya muestra se instala sobre un dispositivo de colocación. El método comprende las etapas de : (a) proporcionar una muestra, la muestra instalada sobre un dispositivo de colocación ; 20 (b) proporcionar un aparato capaz de observar la muestra instalada, mediante lo cual el aparato es capaz de reflejar dicha muestra instalada y determinar las coordenadas de la muestra en relación a la posición de referencia; (c) proporcionar una fuente de energ ía para ajustar el 25 dispositivo de colocación linealmehte a lo largo de tres ejes ortogonales y rotativamente alrededor de uno de los tres ejes; y (d) activar la fuente de energía para originar que el dispositivo de colocación se ajuste de tal forma que la muestra se coloca en la trayectoria de un haz de rayos X, siendo los ajustes del dispositivo de colocación en una pluralidad de ángulos, de tal forma que la muestra se coloca dentro del haz de rayos X en cualquier ángulo del ajuste rotativo. Todavía en otro aspecto, esta invención proporciona un método para determinar la estructura de una muestra que contiene un cristal por medio de radiocristalografía, cuyo método comprende las etapas de: (a) proporcionar un sujetador de cristal que contiene al menos un cristal; (b) proporcionar una herramienta capaz de extraer el sujetador de cristal, la herramienta movible por medio de un robot; (c) proporcionar un dispositivo de colocación para instalar el sujetador de cristal de tal forma que el cristal se encuentra en la trayectoria de un haz de rayos X; (d) activar el robot de tal forma que la herramienta extrae el sujetador de cristal, transfiere el sujetador de cristal extraído al dispositivo de colocación, e instala el sujetador de cristal transferido sobre el dispositivo de colocación; (e) proporcionar un aparato capaz de observar la muestra instalada, mediante lo cual el aparato es capaz de reflejar dicha muestra instalada y determinar las coordenadas de la muestra en relación a una posición de referencia; (f) proporcionar una fuente de energía para ajustar el dispositivo de colocación linealmente a lo largo de tres ejes ortogonales y rotativamente alrededor de uno de los tres ejes; (g) activar la fuente de energía para originar que el dispositivo de colocación se ajuste de tal forma que la muestra se coloca en la trayectoria de un haz de rayos X, siendo el ajuste del dispositivo de colocación en una pluralidad de ángulos, de tal forma que la muestra se coloca dentro del haz de rayos X en cualquier ángulo de ajuste rotativo; (h) proporcionar un haz de rayos X, el haz propuesto en la muestra; e (i) registrar la dispersión de rayos X de la muestra. Todavía en otro aspecto, esta ¡nvención proporciona un dispositivo para sujetar un cristal que comprende: (a) una base; (b) un elemento de unión proyectándose desde la base; (c) una varilla proyectándose desde el elemento de unión, soportando la varilla una presilla para sujetar el cristal; y (d) al menos una abertura en el elemento de unión para permitir la ventilación del dispositivo, siendo el dispositivo capaz de unirse tanto a una celda de almacenamiento como a un dispositivo de colocación . Todavía en otro aspecto, esta invención proporciona un aparato para extraer un sujetador de cristal de una celda de almacenamiento que comprende : (a) un elemento giratorio capaz de extraer el sujetador de cristal de la celda de almacenamiento; ™r?Hr?i!!f* hMt. **Mi*Jfe«ii*.'>tJ>--J^<Atja«.Jt...k»t.Ajfatij.«m ?M ?^í..t.¿ ^..,it_ijÁA ^«-^'fe^lfej|fefi,S¡,J^8ia|afÉ¡^<¡¿ A (b) un medio para girar un elemento giratorio en una dirección dada de rotación cuando el medio de rotación se encuentra en un modo cerrado; (c) un medio para proporcionar una cantidad controlada de torsión cuando el medio de rotación se desliza en relación al elemento giratorio; y (d) un medio para activar el medio de rotación y la torsión que controla el medio. En una modalidad preferida, un aparato para extraer el sujetador de cristal de la celda de almacenamiento comprende: (a) un embrague que tiene un alojamiento cilindrico, comprendiendo el alojamiento una superficie interior rodeada por una pared; (b) un pistón cilindrico capaz de moverse axialmente dentro de la superficie interior del alojamiento; (c) teniendo el pistón al menos una muesca alargada en la periferia exterior del mismo, la muesca capaz de recibir un husillo de cierre; (d) teniendo el alojamiento una abertura extendiéndose a través de la pared del mismo ; (e) al menos una articulación de resorte retenida en la abertura, el husillo capaz de engranar la muesca alargada cuando el pistón se coloca en una primera posición en el alojamiento, el husillo capaz de desembragar la muesca alargada cuando el pistón se coloca en una segunda posición en el alojamiento; (f) un medio en el alojamiento para polarizar elásticamente el pistón hacia la primera posición en el alojamiento; (g) una placa de fricción en contacto con la pared interna del alojamiento, la placa de fricción proporcionando fricción entre un plato 5 de salida y la placa de fricción; y (h) un cilindro unido al pistón, el cilindro capaz de transmitir torsión a la placa de fricción, el cilindro además capaz de moverse axialmente con respecto a la placa de fricción. Todavía en otro aspecto, esta invención proporciona un 10 dispositivo para sujetar una pluralidad de muestras, comprendiendo el dispositivo una pluralidad de celdas de almacenamiento. El dispositivo es capaz de mantener la temperatura de las muestras a una temperatura de no más de aproximadamente 160°K. Cada una de las celdas de almacenamiento tiene una pasarela guiada; la pasarela guiada tiene una 15 base en el extremo inferior de la misma y una abertura en el extremo superior de la misma. El área de la abertura es mayor al área de la base. Al menos una pared lateral limita la base y la abertura. La base es de área suficiente para permitir la colocación de un sujetador de muestra. La abertura es de área suficiente para permitir el ingreso de una herramienta 0 para extraer el sujetador de muestra. La base tiene unida a la misma un medio para cerrar el sujetador de muestra en el dispositivo de manejo de muestra. El dispositivo también puede equiparse con una tapa que puede moverse por medio de un robot. Esta invención también proporciona diversas herramientas y 5 dispositivos auxiliares para llevar a cabo los métodos descritos en la presente. Esta invención proporciona numerosas ventajas sobre métodos convencionales de la radiocristalografía. Primero, esta invención la hace posible reducir el número de operadores entrenados requeridos para dirigir el análisis del rayo X de cristales. Segundo, esta invención la hace posible analizar los cristales sin la necesidad de que un operador se encuentra presente. Tercero, esta invención la hace posible aumentar la velocidad de análisis por radiocristalografía, aumentando de tal modo el todo del análisis. Cuarto, esta invención la hace posible estandarizar el manejo de muestras y reducir la posibilidad de errores por el operador. Esta invención también facilita la recopilación de datos 24 horas por día , siete días por semana, aumentando de tal modo la utilización de equipo de radiocristalografía caro. Esta invención además facilita la recuperación y conservación de muestras de cristal después de que los datos se han recopilado, de tal modo haciéndola posible de volver a analizar la muestra en una fecha posterior.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama esquemático que representa un sistema para realizar el método de esta invención. La Figura 2 es una vista en planta de un soporte de muestra de esta invención. La Figura 3 es una vista en sección transversal tomada a lo largo de la línea 3-3 del soporte de muestra de la Figura 2. La Figura 4 es una vista en sección transversal de una base ~¿üu?tt,ia&¡faito.a»?iaMafcjaa .«tMtoaaüi. magnética en el extremo inferior de una celda de almacenamiento a la cual puede unirse un sujetador de cristal. La Figura 5 es una vista lateral en alzada de un sujetador de cristal. 5 La Figura 6 es una planta vista de un sujetador de cristal. La Figura 7 es un diagrama esquemático en sección transversal de una herramienta de robot para extraer un sujetador de cristal. La Figura 8 es un diagrama esquemático en sección 0 transversal de una herramienta de robot que tiene un sujetador de cristal unido a la misma. La Figura 9 es un diagrama esquemático de una herramienta de robot, embrague, robot, y sujetador de cristal. La Figura 10 es un diagrama esquemático en sección 5 transversal de una instalación de embrague para transmitir torsión a la herramienta de robot. En esta figura, el embrague se encuentra en modo cerrado. La Figura 11 es un diagrama esquemático en sección transversal de una instalación de embrague para transmitir torsión a la 0 herramienta de robot. En esta figura, el embrague se encuentra en un modo de deslizamiento. La Figura 12 es una vista en planta de una base magnética por el extremo de un dispositivo de colocación del sistema. La Figura 13 es una vista lateral en alzada de la base 5 magnética de la Figura 12.

La Figura 14 es una vista lateral en alzada de un secador para prevenir la humedad de la recopilación en la herramienta de robot. Las Figuras 1 5, 1 6, 1 7, 1 8, 1 9, 20, y 21 son fotografías que ilustran las representaciones del cristal en diversos puntos en el procedimiento de esta ¡nvención .

DESCRIPC IÓN DETALLADA Según se utiliza en la presente, el término "robot" significa una máquina o dispositivo que trabaja automáticamente o por control remoto . Según se utiliza en la presente, el término "cristal" significa una serie ordenada de moléculas que es capaz de difractar los rayos X. Segú n se utiliza en la presente, el término "muestra" se refiere al cristal contenido en la presilla del dispositivo para sujetar un cristal. Refiriéndose ahora a la Figura 1 , un sistema 10 para llevar a cabo el método de esta invención comprende un generador de rayos X (no mostrado), un dispositivo de colocación , tal como, por ejemplo , un goniómetro 12, instalado en un pivote rotativo 14, una base de instrumento 16, una cámara CCD 18, un contenedor aislado 20, un soporte de muestra 22, un robot de multi-eje 24, un controlador 26 para el robot 24, una computadora automática 28, una computadora de recopilación de datos 30, al menos un controlador de motor 32, un detector 34, un inyector de corriente fría 36, un impulsor de corriente fría 38, y un motor 40 para trasladar el pivote 14 a lo largo de su eje principal . A pesar de que las computadoras 28 y 30 se muestran como componente individuales, pueden combinarse en una unidad única. El sistema 10 también incluye preferentemente un sistema automático 41 para suministrar nitrógfteí líquido al contenedor aislado 20. Tales sistemas de suministro se conocen por aquellos expertos en la materia de radiocristaiografía . Un resumen de los componentes para sistemas de difractómetro para radiocristalografía puede encontrarse en Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Tech nology, Cuarta Edición, Volumen 25, John Wiley & Sons (Nueva York: 1 998), páginas 742-759, incorporada en la presente para referencia . El artículo precedente describe diversos componentes, tales como los tubos de rayos X, detectores, goniómetros, y otros componentes típicamente asociados con la radiocristalografía . Refiriéndose ahora a las Figuras 2 , 3, 4, 5, y 6, un contenedor aislado 20 llenado con nitrógeno líquido se coloca cerca del generador de rayos X. Un soporte de muestra 22 que soporta una o más muestras de cristal se instala en el contenedor aislado 20 de tal forma que las muestras se sumergen en nitrógeno líquido. El soporte de muestra 22 se utiliza para almacenar las muestras de cristal después de que las muestras de cristal se han instalado sobre un sujetador de cristal 42. El soporte de muestra 22 se diseña para mantener las muestras bajo una capa de nitrógeno líquido, la cual se encuentra preferentemente a una temperatura de no más de aproximadamente 1 60°K. El soporte de muestra 22 se elabora para rendir la inserción y eliminación de sujetadores de cristal 42 ya sea por un operador humano o el robot 24 más eficiente. El soporte de muestra 22 comprende una serie de celdas de almacenamiento 44, cada celda de almacenamiento 44 capaz de sujetar un sujetador de cristal 42. Cada celda de almacenamiento 44 comprende una base magnética 46 y una r * ** pasarela guiada 48 conduciéndose desde una abertura 50 en la celda de alojamiento 44 al extremo superior 52 de la celda de alojamiento 44 a la base magnética 46 en el extremo inferior 54 de la celda de alojamiento 44. La pasarela guiada 48 se limita por una pared 55 que pasa desde el extremo superior 52 de la celda de alojamiento 44 al extremo inferior 54 de la celda de alojamiento 44. El soporte de muestra se elabora preferentemente de un metal. También es posible equipar el soporte de muestra con una tapa (no mostrada). Esta tapa opcional puede moverse por medio de un robot para permitir el acceso al sujetador de cristales 42 en las celdas de alojamiento 44. La pasarela guiada 48 se elabora preferentemente de tal forma que la abertura 50 en el extremo superior 52 de la celda de alojamiento 44 tiene un área mayor a la base 46 en el extremo inferior 54 de la celda de alojamiento 44. Este tipo de construcción hace fácil introducir el sujetador de cristal 42 hacia la celda de alojamiento 44. El propósito de la base magnética 46 es retener el sujetador de cristal 42 en el extremo inferior 54 de la celda de alojamiento 44 por atracción magnética una vez que el sujetador de cristal 42 se ha insertado en la celda de alojamiento 44 por el robot 24 o el operador humano. El sujetador de cristal 42 se elabora preferentemente de un material que se atrae magnéticamente a un material ferromagnético. Un husillo 56 que se extiende radialmente hacia fuera de un material ferromagnético 58 de la base magnética 46 engrana una ranura 60 en la base 62 del sujetador de cristal 42 para prevenir la rotación relativa entre el sujetador de cristal 42 y la base magnética 46. La pasarela guiada 48 guía el movimiento del dor humano o el robot 24 cuando el sujetador de cristal 42 se inserta en la celda de alojamiento 44. Además, la pasarela guiada 48 protege las muestras cercanas del daño cuando un operador humana está insertando o removiendo un sujetador de cristal 42. Esta característica es especialmente importante en el caso de un operador humano, debido a que la visibilidad se lim ita cuando el soporte de muestra 22 se llena con nitrógeno líquido . Los sujetadores de cristal 42 se fabrican preferentemente de un material ferromagnético, tal como, por ejemplo, acero. El uso de un material ferromagnético permite la unión segura del sujetador de cristal 42 al soporte magnético 63 que se une al extremo 64 del dispositivo de colocación 12 y la base magnética 46 de la celda de alojamiento 44 en el soporte de muestra 22. Un elemento de unión 66 del sujetador de cristal 42 se proyecta desde la base 62 del sujetador de cristal 42. El elemento de unión 66 se rosca con una rosca de tornillo 67. El elemento de unión 66 puede unirse a una rosca de tuerca coincidente 68 incorporada en un extremo 70 de una herramienta de robot 72. Tal tornillo de medio de unión se prefiere, debido a que proporciona un método de recuperación eficaz para las muestras cuando se sumergen en nitrógeno líquido. Proyectándose desde el elemento de unión 66 del sujetador de cristal 42 se encuentra una varilla 74, en el extremo de la cual se ubica una presilla 76 para sujetar la muestra de cristal . El elemento de unión 66 tiene preferentemente una abertura 77 formada en el mismo para permitir que el nitrógeno líquido fluya a través del sujetador de cristal 42. El robot de multi-eje 24 se instala cerca del contenedor aislado y dentro del alcance del dispositivo de colocación 1 2. Refiriéndose ahora a las Figuras 7 y 8 , el robot 24 tiene una extensión referida al mismo como la herramienta de robot 72 , la cual contiene una rosca de tuerca 68 para coincidir con la rosca de tornillo 67 de un sujetador de cristal 42. La herramienta de robot 72 es capaz de extraer el sujetador de cristal 42 , el cual contiene la muestra, del soporte de muestra 22 e insertar el sujetador de cristal 42 sobre el dispositivo de colocación 1 2 para la recopilación de datos. La herramienta de robot también es capaz de extraer el sujetador de muestra 42 del dispositivo de colocación 1 2 e insertar el sujetador de cristal 42 en el soporte de muestra 22 para almacenamiento. La herramienta de robot 72 se diseña para mantener la muestra a una temperatura criogénica, cerca de aquella de nitrógeno líquido , es decir, una temperatura que no excede de aproximadamente 1 60°K, durante el corto tiempo que la muestra se encuentra en tránsito. La herramienta de rotor 72 también se diseña para proteger la muestra del aire ambiental cuando el sujetador de cristal 42 se enlaza con la herramienta de robot 72. El robot 24 es capaz de extraer el sujetador de cristal 42 al contactar el sujetador de cristal 42 con el extremo 70 de la herramienta de robot 72 y girar la herramienta de robot 72 en sentido de las manecillas del reloj de tal forma que el sujetador de cristal 42 y la herramienta de robot 72 se atornillan juntos. Antes de utilizarse para tomar el sujetador de cristal 42, la herramienta de robot 42 se sumerge en nitrógeno líquido por un corto período de tiempo (típicamente 20 segundos) a fin de enfriar la herramienta de robot 72 a una temperatura cerca de aquella de nitrógeno sí A kÁt?t, uníate. • mí¡fc&¡*?_ U^ujdo, Las aberturas de ventilación 80 en el cuerpo 82 de la herramienta de robot 72 permiten al aire escapar de la cavidad interna 84 de la herramienta de robot 72 a medida que el nitrógeno líquido llena la cavidad interna 84 de la herramienta de robot 72. Cuando la herramienta de robot 72 y el sujetador de cristal 42 se unen , la muestra de cristal se mantiene a una temperatura baja por el nitrógeno líquido dentro de la cavidad interna 84 y por las paredes de metal frío 86 que rodean la cavidad interna 84 de la herramienta de robot 72. El nitrógeno líquido fluye a través de la abertura 77 en el sujetador de cristal 42 hacia la cavidad interna 84 de la herramienta de robot 72 cuando la herramienta de robot 72 y el sujetador de cristal 42 se unen a la misma se sumergen en nitrógeno líquido . El dispositivo de colocación 12, el cual es transportable a lo largo de un eje X y un eje Y por medio de motores de velocidad gradual 88 y 90, respectivamente, se instala sobre un pivote rotativo 14 en el instrumento de difracción por rayos X. El dispositivo de colocación 1 2 también es transportable a lo largo de un eje Z por medio de un motor de velocidad gradual 40. Los sensores de posición inicial (no mostrados) se elaboran en las translaciones del eje X, eje Y, y eje Z de tal forma que puede encontrarse una posición de referencia en cualq u ier momento Los motores de velocidad gradual y los sensores iniciales para las translaciones del eje X, eje Y, y eje Z se conectan en un controlador de motor 32, el cual a su vez se comunica con una computadora automática 28. La rotación del pivote 14 se controla en una manera similar por comandos comunicados por la computadora automática 28. Los movimientos del robot de multi-eje 14 se controlan por el controlador de robot 26, el cual también se comunica con la computadora automática 28. La potencia de salida vídeo de la cámara CCD 1 8 se encuentra de entrada en un gráfico de video acaparador de estructura (no mostrado), el cual se conecta con la computadora automática 28. Se proporciona una conexión de comunicación entre la computadora automática 28 y una computadora de recopilación de datos por separado 30. La operación del sistema automatizado se describe abajo.

Operación La operación de esta invención comprende extraer las muestras, contenidas en los sujetadores de cristal, de un área de almacenamiento, instalar las muestras extraídas sobre un dispositivo de colocación , alinear las muestras instaladas antes de recopilar los datos, recopilar los datos, y regresar la muestra al área de almacenamiento . Un operador "ingresa" los números de identificación de las muestras que son para analizarse e inicia el proceso automatizado al ingresar un comando adecuado en la computadora de recopilación de datos 30. Después de este punto, no se requiere ningún operador. Un programa almacenado dentro del controlador de robot 26 se activa y el robot 24 extrae una muestra del soporte de muestra 22 ubicado en el contenedor aislado 20. La herramienta de robot 72 permite al robot 24 sujetar la muestra mientras que la muestra se sumerge en nitrógeno líquido. La muestra se extrae así del soporte de muestra 22 y se instala inmediatamente sobre el soporte magnético 63 en el extremo 64 del dispositivo de colocación 12. l_..iLA_ l 4aAá?aít-JIIÍ*f-- - U < "•"•571 A fin de que la herramienta de robot 72 tome y libere la muestra con seguridad , la cual se coloca en el sujetador de cristal 42, se utiliza un embrague 94 conectado entre la fase de rotación 96 del robot 24 y la herramienta de robot 72. El embrague 94 se ilustra a detalle en las 5 Figuras 1 0 y 1 1 . En general, el embrague puede tener cualquiera de las numerosas configuraciones, pero, mínimo, en un sentido genérico , el embrague 94 comprende: (a) un elemento giratorio capaz de extraer el sujetador de cristal de la celda de alojamiento; 0 (b) un medio para girar el elemento giratorio en una dirección dada de rotación cuando el medio de rotación se encuentra en u n modo cerrado; (c) un medio para proporcionar una cantidad controlada de torsión cuando el medio de rotación se desliza en relación al elemento 5 giratorio ; y (d) un medio para activar el medio de rotación y la torsión que controla el medio. El embrague 94 se encuentra normalmente en el modo cerrado. Cuando el embrague 94 se encuentra en el modo cerrado, la 0 rotación iniciada en un plato de entrada 98 se transmite directamente a un plato de salida 100 sin permitir el deslizamiento rotativo. Las articulaciones de resorte 1 02 sobresalen en muescas axiales 1 04 en un pistón 1 06, el cual se coloca en la superficie interior de un alojamiento 108, previniendo de tal modo la rotación del pistón 1 06 en el alojamiento 5 108. Preferentemente, el pistón 1 06 y el alojamiento 1 08 son cilindricos ll .í.tí.tt £. i , l: p?- ! ^ki^?^-M?k^Jk^ ,. *#« forma. Cuando el embrague 94 se encuentra en el modo cerrado, cualquier cantidad de torsión puede transmitirse a la herramienta de robot 72, hasta los límites de torsión del robot 24 por sí mismo. Para activar el embrague 94 en el modo de deslizamiento, debe imponerse una fuerza axial sobre el embrague 94 de tal forma que el pistón 106 se mueve en relación al alojamiento 108, típicamente por aproximadamente 0.2 pulgadas a la izquierda. Cuando el pistón 106 se mueve, las articulaciones de resorte 102 se desembragan de las muescas 104 en el pistón 106, permitiendo de tal modo la rotación relativa entre el pistón 106 y alojamiento 108, y de esta manera entre el plato de entrada 98 y el plato de salida 100. Sin embargo, cuando ocurre la rotación relativa, una cantidad controlada de fricción rotacional se genera por una placa de fricción 1 10, la cual incluye una placa 1 12 y un anillo o 1 14, a medida que la placa de fricción se fricciona contra el plato de salida 100. Un resorte 1 16 deriva elásticamente la placa de fricción 1 10 hacia el plato de salida 100. El nivel de fricción entre la placa de fricción 1 10 y el plato de salida 100 puede controlarse por la selección adecuada del material y las propiedades del anillo o 1 14 y el resorte 1 16. Los materiales y las propiedades para la placa 1 12, anillo 1 14, y resorte 1 16 son intereses de elección de diseño, y la selección adecuada del mismo se conoce bien por aquellos de experiencia ordinaria en la materia. El embrague 94 opera de acuerdo con el siguiente procedimiento: (1 ) El sujetador de cristal 42, el cual sostiene la muestra, se fija en el soporte de muestra 22, sobre la base magnética 46 de la celda de 44. El soporte de muestra 22 se sumerge en un contenedor 20 de nitrógeno líquido. (2) El robot 24 señala la herramienta de robot 72 hacia abajo y se mueve a una posición arriba de la celda de alojamiento 144 en el soporte de muestra 22 cerca del sujetador de cristal deseado 42. (3) El robot 24 mueve la herramienta de robot 72 hacia abajo hasta que la herramienta de robot 72 contacta precisamente el sujetador de cristal 42. El robot 24 se detiene en esta posición a fin de permitir a la herramienta de robot 72 enfriarse a una temperatura cercana a aquella de nitrógeno líquido. Las aberturas de ventilación 80 en la herramienta de robot 72 permiten que la cavidad interna 84 de la herramienta de robot 72 llegue a llenarse con nitrógeno líquido. (4) El robot 24 mueve la herramienta de robot 72 hacia abajo aproximadamente 0.25 pulgadas a fin de aplicar la fuerza axial al embrague 94 y liberar el embrague 94. (5) A través del uso de la fase de rotación 96, el robot 24 gira la herramienta de robot 72 en sentido de las manecillas del reloj para atornillar el sujetador de cristal 42 sobre la herramienta de robot 72. Las roscas 67 del sujetador de cristal 42 se unen con las roscas 68 de la herramienta de robot 72. Generalmente, solamente se requiere aproximadamente un giro completo de la herramienta de robot 72 para atornillar completamente el sujetador de cristal 42 sobre la herramienta de robot 72. Preferentemente, se hacen dos giros adicionales de la herramienta de robot 72 para asegurar que el sujetador de cristal 42 se engrana completamente sobre la herramienta de robot 72. Debido a que el «grane se libera, el deslizamiento similar a rotación ocurrirá después de que el sujetador de cristal 42 llegue a engranarse completamente (es decir, atornillarse completamente sobre la herramienta de robot 72). Si el embrague 94 fue incapaz de deslizarse , probablemente podría ocurrir una ruptura o sobrecarga de robot después del engrane completo del sujetador de cristal 42 y la herramienta de robot 72. El funcionamiento axial del embrague 94, acoplado con su habilidad de deslizarse cuando se libera , proporciona un grado de "condonación" en el sistema. Los movimientos del robot 24 no tienen que igualar la posición o longitud de rosca del sujetador de cristal 42 perfectamente. Pequeños errores en movimientos de robot y programación se toleran debido al funcionamiento axial y deslizamiento del embrague 94. (6) Después de que el sujetador de cristal 42 se engrana completamente por la herramienta de robot 72 , el robot 24 extrae la herramienta de robot 72 con el sujetador de cristal 42 del soporte de muestra 22 y realiza la siguiente operación . La muestra de cristal sobre el soporte de cristal 42 se protege de ia atmósfera caliente, debido a que se rodea por nitrógeno líquido dentro de la cavidad interna 84 de la herramienta de robot 72 y se protege por las paredes de metal frío 86 de la herramienta de robot 72 por sí mismo. La herramienta de robot 72 instala así el sujetador de cristal 42 sobre el dispositivo de colocación 1 2 en la siguiente manera . (1 ) el robot 24 guía la herramienta de robot 72 a una posición horizontal (paralela a la base 1 6) y mueve la herramienta de robot 72 a una posición cercana al extremo 64 del dispositivo de colocación 1 2. (2) El robot 24 mueve la herramienta de robot 72 hacia el soporte magnético 63 hasta q ue el sujetador de cristal 42 contacta precisamente el soporte mag nético 63 en el extremo 64 del dispositivo de colocación 1 2. La posición angular del sujetador de cristal 42 es de tal forma que la ranura 60 en la base 62 del sujetador de cristal 42 engrana un husillo de alineación 1 18 del soporte magnético 63. Este eng rane previene la rotación angular del sujetador de cristal 42 en relación a l soporte magnético 63. Según se muestra en las Fig uras 1 2 y 1 3, el soporte magnético 63 también incluye un magneto, es decir, un material ferromagnético, 1 20 y un husillo de unión 1 22. El magneto 1 20 sirve para retener el sujetador de cristal 42 por atracción magnética después de que el sujetador de cristal 42 se ha instalado sobre el soporte magnético 63 en el extremo 64 del dispositivo de colocación 1 2. El husillo de unión 1 22 sirve para unir la base magnética 63 al extremo 64 del dispositivo de colocación 12. En este punto, el engrane 64 se cierra debido a que no se ha comprimido significativamente en la dirección axial. (3) El robot 24 gira la herramienta de robot 72 , por medio de la fase de rotación 96, en la dirección contraria al sentido de las manecillas del reloj , preferentemente dos giros, para asegurar que la herramienta de robot 72 se desatornilla completamente del sujetador de cristal 42. Debido a que el embrague 94 se cierra, puede aplicarse suficiente torsión para desatornillar el sujetador de cristal 42 de la herramienta de robot 72 , aún si el sujetador de cristal 42 y la herramienta de robot 72 se bloquean o congelan juntos. (4) Mientras se gira en la dirección contraria al sentido de ^ ** í f W(^ manecillas del reloj, la herramienta de robot 72 se extrae lejos del extremo 64 del dispositivo de colocación 1 2, dejando de tal modo que el sujetador de cristal 42 se adhiera a la base magnética 63 en el extremo 64 del dispositivo de colocación 1 2. 5 Después de que el sujetador de cristal 42 se instala sobre el dispositivo de colocación 1 2 , el sujetador de cristal 42 debe colocarse adecuadamente para la recopilación de datos. Antes de colocar el sujetador de cristal 42, la herramienta de robot 72 se mueve rápidamente lejos del dispositivo de colocación 1 2 a una posición de "receso" en un 10 secador 1 24. El secador 124 se muestra en la Figura 14. El propósito del secador 1 24 es prevenir la humedad de la recopilación sobre la herramienta de robot 72 cuando la herramienta de robot 72 no se encuentra en uso. Una corriente de gas seco, por ejemplo, nitrógeno, a temperatura ambiente, se introduce en el puerto 1 26, atraviesa una cámara 15 interna 128, y sale en el puerto 130. El material de construcción del secador no es crítico. Cuando la herramienta de robot 72 se inserta en la cámara interna 1 28 del secador 1 24, el gas seco previene la humedad de la recopilación sobre la herramienta de robot 72. Después de instalarse sobre el dispositivo de colocación 1 2, la 20 temperatura de la muestra se mantiene a una temperatura baja por cuna corriente fría, la cual se proporciona a través del inyector de corriente fría 36, que se coloca lo más cerca posible de la muestra. El inyector de corriente fría 36 se instala sobre el impulsor de corriente fría 38, de tal forma que el inyector de corriente fría 26 puede retractarse cuando el 25 sujetador de cristal 42 se instala sobre el dispositivo de colocación 1 2 y se ¿tÍ* jÍA ?—**- .,., i,, __*. , ^*fa«^>»«'^»-J^'*M.hA»Í extiende en otros momentos. En este momento, se emplea un programa de alineación de procesamiento/muestra de imagen para colocar automáticamente la muestra en la intersección del haz de rayos X y el eje del pivote. La técnica de procedimiento de alineación utiliza un algoritmo de "visión de máquina" para analizar la información del vídeo obtenida por medio de la cámara CCD 18 instalada en la base 16 del sistema 10. El procedimiento de alineación invoca el algoritmo de visión de máquina según se describe abajo, y utiliza la información de posición obtenida para reponer la muestra por medio de los motores de velocidad gradual 88, 90 y 40. El ciclo descrito abajo se repite hasta que la diferencia entre la posición de muestra actual y la posición de muestra deseada es lo suficientemente pequeña para el propósito de recopilación de datos. Los detalles de un algoritmo de "visión de máquina" adecuado para esta invención se discutirá ahora. El algoritmo de "visión de máquina" puede encontrar el centroide y la "punta" (el punto extremo izquierdo en la imagen) de la muestra de cristal. En la siguiente discusión, el eje Z es el eje de rotación de la muestra. El ángulo f es el ángulo de rotación alrededor del eje Z. El eje X es el eje horizontal a la base de instrumento 16 (y cámara CCD 18) cuando el ángulo f es de 0o, y el eje Y es el otro eje ortogonal. Cuando el ángulo f es de 0o, la dirección vertical de la imagen corresponde al eje X mientras que la dirección horizontal de la imagen corresponde al eje Z. Cuando el ángulo f es de 90°, la dirección vertical de la imagen corresponde al eje Y mientras que la imagen horizontal todavía corresponde al eje Z.

El algoritmo de visón de máquina comienza con la imagen digitalizada, representada como un aglomerante de ocho números en fragmento correspondientes a los elementos en la imagen . Una imagen de inicio típica se muestra en la Figura 1 7. La meta del método de procesamiento de imagen descrita abajo es determinar el centroide de la presilla 76 del sujetador de cristal 42 según se muestra en el centro de la Figura 1 7. El algoritmo de visión de máquina debe ser capaz de discriminarse entre la presilla 76 del sujetador de cristal 42 y los otros elementos de la imagen . Estos elementos incluyen graduaciones de retículo y cruces filares y la varilla 74 del sujetador de cristal 42. En un mínimo, el algoritmo de visión de máquina comprende las siguientes etapas: ( 1 ) Ignoran el " 1 0% de extremo derecho" de la imagen según se muestra en la Figura 18. (2) Convertir la imagen de ocho escalas de grises en fragmento a dos imágenes blancas y negras en fragmento al convertir el 12% de oscuridad de los elementos a negros y los elementos restantes a blancos según se muestra en la Figura 1 9. (3) Blanquear el 20% de extremo izquierdo, el 1 0% de extremo superior, y el 1 0% de extremo inferior de la imagen , eliminando de tal modo el efecto de la sombra de la corriente fría y reduciendo la influencia de iluminación no uniforme, según se muestra en la Figura 20. (4) Realizar un algoritmo de "afinamiento" como sigue: (a) por cada elemento oscuro, se examina una ventana de 20 x 20 (con el elemento oscuro en el centro de la ventana); 0 elementos oscuros se contienen en esta ventana, e e emento se cam a a blanco; (c) esto elimina l íneas de cuadriculado y otros artefactos, según se muestra en la Figura 21 . (5) Calcular el centroide de los elementos oscuros restantes. Se han desarrollado diversos refinamientos del algoritmo precedente. Estos refinamientos utilizan técnicas conocidas por aquellos expertos en la materia . Estos refinamientos aumentan la confiabilidad de casos inusuales, tal como el caso de cristales muy pequeños. El procedimiento de alineación consiste de dos partes -una fase de adquisición inicial seguida por una fase de centrado fino. En la fase de adquisición final, la muestra se mueve por los motores a lo largo del eje X y el eje Z a una posición inicial . La posición inicial se define de tal forma que el sistema sabrá que la muestra se encuentra ya sea fuera de la imagen de cámara completamente o en la mitad derecha de la imagen de cámara. Es importante comenzar en esta posición de tal forma que la varilla 74 sobre la cual la presilla de muestra 76 se instala no confundirá al sistema. El algoritmo de "visión de máquina" se invoca así. Si la muestra no se encuentra , comienza una imagen de búsqueda. La imagen de búsqueda comprende un movimiento de zigzag de la muestra a lo largo del eje X y el eje Z, invocando el algoritmo de visión de máquina en cada posición en la imagen de búsqueda. Una vez que la muestra se encuentra , el sistema utiliza la información de centroide obtenida del algoritmo de visión de máquina para centrar la muestra en el eje X y el eje Z, por medio' de motores de velocidad gradual 88 y 40. El centrado se repite así para considerarse para la posibilidad de que la muestra no estaba completamente dentro del campo de vista de la cámara CCD 18. Esta etapa completa la fase de adquisición inicial de la rutina de alineación. En este punto, la posición de la muestra a lo largo del eje X y el eje Z debería cerrarse razonablemente para alineación adecuada, pero el eje Y se desalineará típicamente por un cantidad significativa. En teoría, todo lo que debería hacerse para completar la alineación es mover el ángulo f a 90° y repetir el proceso de centrado. Sin embargo, existe un problema potencial con esta técnica para algunas muestras. Varias muestras de cristal son muy planas. Cuando la cara del cristal se observa, el algoritmo de "visión de máquina" es muy agudo (ver Figura 15). Sin embargo, cuando el borde del cristal se observa, es difícil distinguir entre la muestra, la presilla 76, y la varilla 74 de la presilla 76. Un ejemplo de este problema podría observarse en la Figura 16. De esta manera, el intentar alinear adecuadamente la muestra al utilizar solamente dos ángulos (0° y 90°) es potencialmente dañino a precisión si sucede que uno de los dos ángulos da como resultado una imagen de "visión de máquina" similar a aquella de la Figura 16 o si la muestra tiene otra característica que la hace inusual, confundiendo de tal modo el algoritmo de "visión de máquina". Para ajustarse para esta posibilidad, el sistema utiliza información en una pluralidad de ángulos entre 0° y 90°, inclusive, para cerciorar la más probable posición cierta de la muestra de cristal en tres dimensiones. El algoritmo, según se implementa actualmente, es como sigue: ti ?M-A.?ti„*á_ *._. iaá t?k,, (1 ) Mover el ángulo f de 0° a 90° en incrementos de 5°, utilizando el algoritmo de "visión de máquina" para encontrar el centroide de la muestra de cristal en cada ángulo. (2) Realizar unos cuadros menos paramétricos idóneos a la ecuación: V, = ?jYcosf, + ? Fsinf, en donde V, representa la equivalencia vertical del centroide de la imagen de la muestra de cristal en el ángulo f, y AX representa la equivalencia desconocida del centroide de la imagen de la muestra del eje X y ? Y representa la equivalencia desconocida del centroide de la imagen de la muestra del eje Y. (3) Cuando los valores de AX y ? F se encuentran, ajustar los motores para centrar la muestra . (4) Ajustar el eje Z al utilizar un promedio simple de todas las equivalencias de lo horizontal en la imagen . (5) Repetir las etapas anteriores ( 1 ) , (2) , (3) , y (4) con la excepción de que al ángulo f se mueve de 90° a 0° en incrementos de 5° . (6) Continuar repitiendo las etapas precedentes (1 ), (2), (3) , (4), y (5) hasta que se satisfagan los criterios de cierre . Actualmente, la condición de cierre es una de las siguientes: (a) la suma actual de los cuadros de las equivalencias (del eje X, el eje Y, y el eje Z), es menos de 225 imágenes cuadradas. (b) la diferencia entre la suma actual de los cuadros de las equivalencias y la repetición inmediatamente previa de la suma de los cuadros de las equivalencias es menos de 225 imágenes cuadradas. (c) seis (6) repeticiones sin realizar (a) o (b). La primera condición (a) se considera la alineación perfecta La segunda (b) es un caso en donde la alineación no se mejora más significativamente, y previene la oscilación entre dos soluciones igualmente buenas. La condición final (c) se considera un defecto de alineación. (7) Cuando se satisface la condición de cierre, el éxito o defecto de alineación se reporta en la computadora de recopilación de datos 30. La computadora de recopilación de datos 30 comienza así a tomar datos si la alineación fue exitosa, o requiere el siguiente cristal si la alineación falló. Esta técnica utiliza la información en 19 ángulos diferentes; de esta manera, es más sólida a los errores en un cierto ángulo que un algoritmo que utiliza solamente dos ángulos. En este punto, se envía una señal a la computadora de recopilación de datos 30 y el análisis de difracción por rayos X de la muestra se inicia. Al final de la fase de recopilación de datos, un programa de computadora almacenado en el controlador de robot 26 se activa, guiando el robot 24 para extraer la muestra del dispositivo de colocación 12 y la regresa a su posición original en el soporte de muestra 22. Se emplea el siguiente procedimiento para regresar el sujetador de cristal 42 al soporte de muestra 22. (1 ) El robot 24 guía la herramienta de robot 72 a una posición horizontal (paralela a la base 16) y mueve la herramienta de robot I????&?AA - ^^..,„^^^.., , ..... . * .tAik*kkJá3&*? 72 a una posición cercana al extremo del sujetador de cristal 42. El sujetador de cristal 42 se instala todavía sobre el soporte magnético 63 en el extremo 64 del dispositivo de colocación 1 2. (2) El robot 24 mueve la herramienta de robot 72 hacia el sujetador de cristal 42 hasta que la herramienta de robot 72 contacta precisamente el sujetador de cristal 42. (3) El robot 24 mueve la herramienta de robot 72 aproximadamente 0.2 pulgadas hacia el dispositivo de colocación 1 2 a fin de aplicar la fuerza axial al embrague 94 y liberar el embrague 94. (4) Por medio de la fase de rotación 96, el robot 94 gira la herramienta de robot 72 en sentido de las manecillas del reloj para atornillar el sujetador de cristal 42 sobre la herramienta de robot 72. Generalmente, se requiere solamente un giro completo para atornillar el sujetador de cristal 42 sobre la herramienta de robot 72. Preferentemente, se hacen dos giros adicionales para asegurar que el sujetador de cristal 42 se engrana completamente sobre la herramienta de robot 72. (5) Después de que el sujetador de cristal 42 se engrana completamente sobre la herramienta de robot 72, el robot 24 extrae la herramienta de robot y el sujetador de cristal 42 del soporte magnético 63. (6) El robot 24 señala la herramienta de robot 72 hacia abajo y se mueve a una posición deseada arriba de la celda de alojamiento adecuada 44 en el soporte de muestra 22. (7) El robot 24 mueve la herramienta de robot 72 hacia abajo hasta que el sujetador de cristal 42 contacta precisamente la base magnética 46 en la parte inferior de la celda de alojamiento 44. La JLÚÍÍÍ??A ÉÉrtBtlÉlliflIiliíiliili íTffiíir**8^ -**- *A? *' fc^*^-«^--*^*^»«^^ angular del sujetador de cristal 42 es de tal forma que la ra nura 60 en la base 62 del sujetador de cristal 42 engrana el husillo 56 en la base magnética 46. Este engrane previene la rotación angular del sujetador de cristal 42 en relación a la base magnética (46). En este punto, el embrague 94 se cierra debido a que no se ha comprimido significativamente en la dirección axial. (8) El robot 24 gira la herramienta de robot 72 dos giros en la dirección contraria al sentido de las manecillas del reloj para asegurar que el sujetador de cristal 42 se desatornilla completamente de la herramienta de robot 72. Debido a que el embrague 94 se cierra , puede aplicarse suficiente torsión para desatornillar las partes, aún si el sujetador de cristal 42 y la herramienta de robot 72 se bloquean o congelan juntos. (9) Mientras se continua girando en la dirección contraria al sentido de las manecillas del reloj, la herramienta de robot 72 se extrae de la celda de alojamiento 44 en el soporte de muestra 22, dejando que el sujetador de cristal 42 se adhiera a la base magnética 46 en la parte inferior de la celda de alojamiento 44. El proceso de operación completa se repite así para la siguiente muestra a analizarse . Después de que se han analizado las muestras seleccionadas del todo y regresado a sus posiciones en el soporte de muestra 22, la herramienta de robot 72 se deposita en una posición de descanso y el sistema se coloca en un modo de espera. Diversas modificaciones y alteraciones de esta invención llegarán a ser aparentes a aquellos expertos en la materia sin alejarse del y debería entenderse que esta, invención no se limita indebidamente a las modalidades ilustrativas establecidas en la presente.

Claims (1)

1. * - < * REIVINDICACIONES 1 . Un método para instalar una muestra que comprende un cristal, comprendiendo dicho método las etapas de: (a) proporcionar un sujetador de cristal que contiene al 5 menos un cristal; (b) proporcionar una herramienta capaz de extraer dicho sujetador de cristal, dicha herramienta movible por medio de un robot; (c) proporcionar un dispositivo de colocación para instalar dicho sujetador de cristal de tal forma que dicho cristal se encuentra en la 0 trayectoria de un haz de rayos X; y (d) activar el robot de tal forma que dicha herramienta extrae dicho sujetador de cristal, transfiere dicho sujetador de cristal extraído a dicho dispositivo de colocación, e instala dicho sujetador de cristal transferido sobre dicho dispositivo de colocación. 5 2. El método según la reivindicación 1 , caracterízado porque dicho sujetador de cristal se instala a dicho dispositivo de colocación por medio de tornillos. 3. El método según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicho cristal en dicho sujetador de cristal extraído se cubre de aire. 0 4. El método según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicho cristal en dicho sujetador de cristal extraído se mantiene a una temperatura que no excede de aproximadamente 160°K. 5. Un método para alinear una muestra que comprende un cristal, dicha muestra instalada sobre un dispositivo de colocación, 5 comprendiendo dicho método las etapas de: A???*? *?AA*k~_u*_ . (a) proporcionar una muestra, dicha muestra instalada sobre un dispositivo de colocación; (b) proporcionar un aparato capaz de observar dicha muestra instalada, mediante lo cual dicho aparato es capaz de reflejar dicha muestra instalada y determinar las coordenadas de dicha muestra en relación a una posición de referencia; (c) proporcionar una fuente de energía para ajustar dicho dispositivo de colocación linealmente a lo largo de tres ejes ortogonales y rotativamente alrededor de uno de dichos tres ejes; y (d) activar dicha fuente de energía para originar que dicho dispositivo de colocación se ajuste de tal forma que dicha muestra se coloca en la trayectoria de un haz de rayos X, siendo dicho ajuste de dicho dispositivo de colocación en una pluralidad de ángulos, de tal forma que dicha muestra se coloca dentro del haz de rayos X en cualquier ángulo del ajuste rotativo. 6. El método según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho aparato de observación es una cámara CCD. 7. El método según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha fuente de energía comprende al menos un motor. 8. El método según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha pluralidad de ángulos varía de 0° a 90°. 9. El método según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha colocación de dicha muestra comprende al menos cuadros idóneos de datos de equivalencia recopilados a lo largo de dichos tres ejes ortogonales en dicha pluralidad de ángulos a una ecuación. iJÁ ÍAIJÍA AA,. ^ -^ AJÉSi.,1. 1 0. El método según la reivindicación 9, caracterizado porque dicha ecuación para dos de dichos tres ejes ortogonales es V, = ?jYcosf, + ? Fsinf, en donde V, representa la equivalencia vertical del centroide de la imagen de dicha muestra de cristal en un ángulo f, y AX representa la equivalencia desconocida del centroide de la imagen de la muestra del eje X y ? F representa la equivalencia desconocida del centroide de la imagen de la muest?a del eje Y. 1 1 . El método según la reivindicación 1 0, caracterizado porque dicha ecuación para dicho tercero de dichos tres ejes ortogonales emplea un promedio simple de datos de equivalencia en dicha pluralidad de ángulos. 1 2. Un método para conducir el análisis de dispersión de rayos X sobre una muestra seleccionada de una pluralidad de muestras, dicha muestra conteniendo un cristal, comprendiendo dicho método las etapas de: (a) proporcionar un sujetador de cristal que contiene al menos un cristal; dicho sujetador de cristal contenido en una celda de alojamiento; (b) proporcionar una herramienta capaz de extraer dicho sujetador de cristal, dicha herramienta movible por medio de un robot; (c) proporcionar un dispositivo de colocación para instalar dicho sujetador de cristal de tal forma que dicho cristal se encuentra en la trayectoria de un haz de rayos X; (d) activar dicho robot de tal forma que dicha herramienta dicho sujetador de cristal de dicha celda de alojamiento, transfiere dicho sujetador de cristal extraído a dicho dispositivo de colocación , e instala dicho sujetador de cristal transferido sobre dicho dispositivo de colocación ; (e) proporcionar un aparato capaz de observar dicha muestra instalada , mediante lo cual dicho aparato es capaz de reflejar dicha muestra instalada y determinar las coordenadas de dicha muestra en relación a una posición de referencia; (f) proporcionar una fuente de energ ía para ajustar dicho dispositivo de colocación linealmente a lo largo de tres ejes ortogonales y rotativamente alrededor de uno de dichos tres ejes; (g) activar la fuente de energ ía para originar que dicho dispositivo de colocación se ajuste de tal forma que dicha muestra se coloca en la trayectoria de un haz de rayos X, siendo dicho ajuste de dicho dispositivo de colocación en una pluralidad de ángulos, de tal forma que dicha muestra se coloca dentro del haz de rayos X en cualquier áng ulo de ajuste rotativo; (h) proporcionar un haz de rayos X, dicho haz propuesto en dicha muestra ; (i) registrar la dispersión de rayos X de dicha muestra ; y (j) activar dicho robot de tal forma que dicha herramienta extrae dicho sujetador de cristal de dicho dispositivo de colocación y transfiere dicho sujetador de cristal extra ído de dicho dispositivo de colocación a dicha celda de alojamiento. 1 3. El método según la reivindicación 1 2, caracterizado • ** •..** parque dicho sujetador de cristal se instala a dicho dispositivo de colocación por medio de tornillos. 14. El método según la reivindicación 12, caracterizado porque dicho cristal en dicho sujetador de cristal extraído se cubre de aire. 5 15. El método según la reivindicación 12, caracterizado porque dicho cristal en dicho sujetador de cristal extraído se mantiene a una temperatura que no excede de aproximadamente 160°K. 16. El método según la reivindicación 12, caracterizado porque se emplea una computadora para automatizar dicho método. 0 17. El método según la reivindicación 12, caracterizado porque se emplea una computadora para registrar la dispersión de rayos X de dicha muestra. 18. El método según la reivindicación 12, caracterizado porque dicho aparato de observación es una cámara CCD. 5 19. El método según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha fuente de energía comprende al menos un motor. 20. El método según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha pluralidad de ángulos varía de 0° a 90°. 21 . El método según la reivindicación 12, caracterizado 0 porque dicha colocación de dicha muestra comprende al menos cuadros de datos de equivalencia recopilados a lo largo de dichos tres ejes ortogonales, en dicha pluralidad de ángulos idóneos a una ecuación. 22. El método según la reivindicación 21 , caracterizado porque dicha ecuación es 5 V, = ? cosf, + ? Fsinf, á É M *"donde V, representa la equivalencia vertical del centroide de la imagen de dicha muestra de cristal en un ángulo f, y AX representa la equivalencia desconocida del centroide de la ¡magen de la muestra del eje X y ? F representa la equivalencia desconocida del centroide de la imagen de la 5 muestra del eje Y. 23. El método según la reivindicación 22, caracterizado porque dicha ecuación para dicho tercero de dichos tres ejes ortogonales emplea un promedio simple de datos de equivalencia en dicha pluralidad de ángulos. 10 24. Un dispositivo para sujetar un cristal que comprende: (a) una base; (b) un elemento de unión proyectándose desde dicha base; (c) una varilla proyectándose desde dicho elemento de unión, soportando dicha varilla una presilla para sujetar dicho cristal; y 15 (d) al menos una abertura en dicho elemento de unión para permitir la ventilación de dicho dispositivo, siendo dicho dispositivo capaz de unirse tanto a una celda de almacenamiento como a un dispositivo de colocación. 25. El dispositivo según la reivindicación 24, caracterizado 20 porque dicha base es cilindrica en forma. 26. El dispositivo según la reivindicación 25, caracterizado porque dicha base comprende una ranura para cerrar dicho dispositivo en un soporte de muestra. 27. El dispositivo según la reivindicación 24, caracterizado 25 porque dicho elemento de unión es cilindrico en forma. í á 28. El dispositivo según la reivindicación 24, caracterizado porque dicho husillo es cilindrico en forma. 29. El dispositivo según la reivindicación 24, caracterizado porque dicho dispositivo es atraíble a un magneto. 30. El dispositivo según la reivindicación 24, caracterizado porque dicho elemento de unión se rosca. 31. Un aparato para extraer un sujetador de cristal de una celda de alojamiento comprendiendo: (a) un elemento giratorio capaz de extraer el sujetador de cristal de la celda de alojamiento; (b) un medio para girar un elemento giratorio en una dirección dada de rotación cuando dicho medio de rotación se encuentra en un modo cerrado; (c) un medio para proporcionar una cantidad controlada de torsión cuando dicho medio de rotación se desliza en relación a dicho elemento giratorio; y (d) un medio para activar dicho medio de rotación y dicha torsión que controla el medio. 32. Un aparato para extraer un sujetador de cristal de una celda de alojamiento, comprendiendo: (a) un embrague que tiene un alojamiento cilindrico, comprendiendo dicho alojamiento una superficie interior rodeada por una pared; (b) un pistón cilindrico capaz de moverse axialmente dentro de dicha superficie interior de dicho alojamiento; (c) teniendo dicho pistón al menos una muesca alargada en la periferia exterior del mismo, dicha muesca capaz de recibir un husillo de cierre; (d) teniendo dicho alojamiento una abertura extendiéndose a través de dicha pared del mismo; (e) al menos una articulación de resorte retenida en dicha abertura, dicho husillo capaz de engranar dicha muesca alargada cuando dicho pistón se coloca en una primera posición en dicho alojamiento, dicha articulación de resorte capaz de desembragar dicha muesca alargada cuando dicho pistón se coloca en una segunda posición en dicho alojamiento; (f) un medio en dicho alojamiento para polarizar elásticamente dicho pistón hacia dicha primera posición en dicho alojamiento; (g) un anillo anular en contacto con dicha pared interna de dicho alojamiento, dicho anillo proporcionando fricción entre un plato de salida y una placa de fricción; y (h) un cilindro unido a dicho pistón , dicho cilindro ca paz de transmitir torsión a dicha placa de fricción , dicho cilindro además capaz de moverse axialmente con respecto a la placa de fricción . 33. El aparato según la reivindicación 32 , incluyendo además un plato de entrada . 34. El aparato según la reivindicación 33, incluyendo además un medio para proporcionar el funcionamiento axial de dicho plato de salida en relación a dicho plato de entrada . 35. Un dispositivo para sujetar una pluralidad de muestras, comprendiendo dicho dispositivo una pluralidad de celdas de alojamiento, cada una de dichas celdas de alojamiento teniendo una base y una abertura, el área de dicha abertura no más del área de dicha base , al menos una pared lateral limita dicha base y dicha abertura , siendo dicha base de suficiente área para permitir la colocación de un sujetador de muestra, siendo dicha abertura de suficiente área para permitir el ing reso de una herramienta para extraer dicho sujetador de muestra , teniendo dicha base unida a la misma un medio para cerrar dicho sujetador de muestra a dicho dispositivo. 36. El dispositivo según la reivindicación 35, caracterizado porque dicho medio para cerrar dicho sujetador de muestra a dicho dispositivo es un husillo de cierre. 37. El dispositivo según la reivindicación 35 , caracterizado porque dicha base de dicho dispositivo es ferromagnética . 38. Un dispositivo adecuado para mover un sujetador de cristal desde una celda de alojamiento a un dispositivo de colocación , dicho dispositivo de movimiento comprendiendo un elemento alargado que tiene un primer extremo y un segundo extremo, siendo dicho primer extremo capaz de unirse a un robot, siendo dicho segundo extremo capaz de acoplarse a dicho sujetador de cristal, dicho dispositivo capaz de mantener un cristal en dicho sujetador de cristal a una temperatura de no más de aproximadamente 1 60°K cuando dicho segundo extremo se une a dicho sujetador de cristal. 39. El dispositivo según la reivindicación 38, incluyendo tÍlÍlÍil'Tf-tlf*atet- ^ -« ^^ -A.^. -AA.^¿ ^^¿.¿.-^^^^ éemás una ventilación para permitir que el aire escape de dicho dispositivo. 40. Un dispositivo adecuado para mover un sujetador de cristal desde una celda de alojamiento a un dispositivo de colocación , dicho dispositivo de movimiento comprendiendo un elemento alargado que tiene un primer extremo y un segundo extremo, siendo dicho primer extremo capaz de unirse a un robot, siendo dicho segundo extremo capaz de acoplarse a dicho sujetador de cristal, dicho dispositivo capaz de cubrir dicho sujetador de cristal del aire ambiental cuando dicho segundo extremo se une a dicho sujetador de cristal. 41 . El dispositivo según la reivindicación 40, incluyendo además una ventilación para permitir que el aire escape de dicho dispositivo. ^¿j á|j A. ¿áÚ,,7:, ^g^lj^H -*- A '- -"--"*a"^-