SU883725A1 - Установка дл дифракционных исследований биологических объектов - Google Patents

Description

Изобретение относится к установкам для рентгеноструктурного анализа и предназначена для рентгендйфракционных исследований биологических объектов на источниках синхротронного рентгеновского излучения. 5

Известны установки для исследования биологических объектов, содержащие источник синхротронного рентгеновского излучения, монохроматор, зеркало полного внешнего отражения, систему ди- Ю афрагмирования, · отраженного монохроматором и зеркалом рентгеновского пучка, держатель исследуемого объекта и, расположенный за ним*, детектор рентгеновского излучения [1] . ¹⁵

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является установка для исследования биологических объектов, содержащая источник синхронного рентгеновского излучения, мо-²⁰ нохроматор, зеркало полного внешнего отражения,, систему диафрагмирования отраженного монохроматором и зеркалом рентгеновского пучка, держатель исследуемого объекта, расположенный за ним детектор рентгеновского излучения, 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 исследуемых 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 $а счет обеспечения возможности одновременно- го 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 по 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 держателем образца под углом к оси рентгеновского пучка, причем источник оптического излучения ориентирован на одно из зеркал, а детектор оптического излучения — на другое из зеркал, 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 2fr. На платформе расположен монохроматор 3 с возможностью поворота.кристалл-монохроматора 4 на угол Брэгга θ' и изгиба по цилиндрической поверхности нд радиус г. Падающий и отраженный рентгеновские пучки при различных углах среза атомных плоскостей кристалла 4 регулируются перемещением отсекателя 5. Зеркало 6 полного внешнего отражения установлено перпендикулярно плоскости кристалл-монохроматора 4 на заданный угол скольжения рентгеновского пучка к отражающей поверхности и его изгиба по цилиндрической поверхности на радиус R. Система ще883725 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 рентге₁₀ новского излучения зеркалами 12, сред ства 13 перемещения зеркал 12, средства 14 перемещения источника оптического излучения, средства 15 регулирования угла,зеркала 12, отражаю₁₅ щего пучок источника оптического излучения, и средства 16 фокусировки оптического пучка, установленные перед детектором 11 оптического излучения .

₂₀ Установка работает следующим образом.

Полихроматический поток синхротронного рентгеновского излучения от источника·попадает в монохроматор 3, ₂₅ где дифрагирует,- от изогнутой с радиусом г поверхности кристалл-монохроматора 4, устанавливаемого на угол Брэгга Θ в зависимости от требуемой монохроматической длины волны λ., частично диафрагмируется отсекателем 5, устанавливаемого в заданное положение в зависимости от угла среза атомных плоскостей кристал.ла 4, и фокусируется в горизонтальной плоскости в плоскость регистрации ³⁵ детектора 9 рентгеновского излучения.

Затем выделенный монохроматический поток синхротронного рентгеновского излучения проходит через первую щель системы 7, отражается от зеркала 6 ⁴⁰ полного внешнего отражения, за счет чего фокусируется в вертикальной плоскости в плоскость регистрации детектора 9, и через остальные щели системы 745 Перечисленные элементы 3, 6 и 7 установки расположены на платформе 2, имеющей возможность поворота на двойной угол Брэг_гга 2 Θ и закрыты общим кожухом. Данный кожух установлен 50 посредством вакуумного уплотнения, что позволяет значительно уменьшить потери интенсивности рентгеновского излучения на воздухе.

Монохроматизированный фокусиро55 ванный пучок синхротронного рентгеновского излучения, проходя блок зеркал 12, попадает на исследуемый объект в держателе 8 образца, где ди фрагирует. на его структуре. В плоскости регистрации ди-тектора 9 рентгеновского излучения получают дифракционную картину, которая отражает размеры исследуемой структуры в ангстремном диапазоне.

В качестве материала зеркал 12 блока использована лавсановая (полиэтилентерифталатовая) пленка с металлизированным покрытием, что снижает потери интенсивности рентгеновского пучка и рассеяние от прошедших поверхностей до минимального уровня.

Одновременно осуществляют регист- . рацию оптической дифракционной картины, которая отражает размеры исследуемой структуры в микронном диапазоне. Это достигается тем, что когерен-тный 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 η · £ (siпФt siηβ) = k-)L где η — коэффициент преломления среды объекта;

£ — период структуры объекта;

ср иД — углы падения и дифракции;

. к — порядок спектра.

Настройка установки обеспечивается с помощью средств 13 перемещения зеркал, средств. 14 перемещения источника и средств 15 регулирования угла зеркал,.за счет которых осуществляют совмещение потоков рентгеновского и оптического излучений. Средства 16 фокусировки служат для получения оптимального разрешения дифракционных максимумов.

Период структуры исследуемого объекта I 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 (ф = 0), по следующей формуле:

Сλ '

Проведенные исследования в области излучения механизмов функционирования биосистем-излучения динамических и кинематических аспектов биологичесj ких явлений, на примере живой мышцы в .момент ее сокращения, показали возможность получения рентгеновских дифракционных картин с миллисекундным разрешением при одновременном контроto ле за длиной саркомера путем оптической дифракции.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к установкам дл  рентгеноструктурного анализа и предназначена дл  рентгендифракционных исследований биологических объектов на источниках синхротронного рентгеновского излучени . Известны установки дл  исследовани биологических объектов, содержащие ис точник синхротронного рентгеновского излучени , монохроматор, зеркало полного внешнего отражени , систему диафрагмировани ,-отраженного монохроматором и зеркалом рентгеновского пучка, держатель исследуемого объекта и, расположенный за ним, детектор рентгеновского излучени  1 . Наиболее близким к предлагаемому техническим решением  вл етс  установка дл  исследовани  биологических объектов, содержаща  источник синхронного рентгеновского излучени , мо нохроматор, зеркало полного внешнего отражени , систему диафрагмировани  .отраженного монохроматором и зеркалом рентгеновского пучка, держатель исследуемого объекта, расположенный за ним детектор рентгеновского излучени , источник оптического излучени , детектор оптического излучени  и зеркало отражени  оптического излучени  со средствами перемещени  относительно рентгеновского пучка дл  совмещени  траекторий прохождени  оптического излучени  и рентгеновского излучени  через образец 2. Известные камеры не позвол ют получить одновременно в пространстве и во времени оптические и рентгеновские и дифракционные картины от исследуемых биологических объектов, объективна  информаци  о которых необходи ма при изучении сложной иерархии структур, измен ющейс  в широком диапазоне от ангстрем до микрон. Цель изобретени  - повышение информативности исследований а счет обеспечени  возможности одновременноГО получени  рентгеновской и оптической картин. Поставленна  цель достигаетс  тем что в установке дл  дифракционных исследований биологических объектов .с помощью синхротронного рентгеновского излучени , содержащий установленные друг за .другом пс ходу пучка монохроматор, зеркало полного внеш-. него отражени , средства диафрагмировани  пучка, держатель исследуемого образца и детектор рентгеновского излучени , источник и детектор оптического излучени , а также средс ва совмещени  траекторий прохождени  оптического излучени  и рентгеновского излучени  через образец, послед ние содержат два зеркала из прозрачного дл  рентгеновского излучени  материала, установленные перед и за дермателем образца под углом к оси рентгеновского пучка, причем источник оптического излучени  ориентиройа1ч на одно из зеркал, а детектор оп тического излучени  - на другое из асркал, зеркала установлены с возмож ностью их совместного перемещени  пе пендикул рно оси рентгеновского пучка и/или источник оптического излучени  установлен с возможностью пере мещени  параллельно оси рентгеновско го пучка. При этом, зеркало, на которое ори ентирован источник оптического излу . чени , установлено с возможностью ре гулировани  угла его расположени  от носительно оси рентгеновского пучка. На чертеже изображена.установка дл  исследовани  биологических объек тов, общий вид. Установка содержит источник 1 син хротронного рентгеновского излучени  платформу 2, имеющую возможность поворота на двойной угол Брэгга Zfr. На платформе расположен монохроматор 3 с возможностью поворота.кристалл-монохроматора А на угол Брэгга О- и изгиба по цилиндрической поверхности н радиус г. Падающий и отраженный рент геновские пучки при различных углах среза атомных плоскостей кристалла регулируютс  перемещением отсекател  5. Зеркало 6 полного внешнего отражени  установлено перпендикул рно плоскости кристалл-монохроматора на заданный угол скольжени  рентге пучка к отражающей поверхности и его изгиба по цилиндрической поверхности на радиус R. Система ще7 служит дл  диафрагмировани  отраженного монохроматором 3 и зеркалом 6 рентгеновского пучка. Установка также содержит держатель 8 исследуемого объекта, расположенный за ним Детектор 9 рентгеновского излучени , источник 10 оптического излучени , детектор 11 оптического излучени , блок с двум  прозрачными дл  рентгеновского излучени  зеркалами 12, средства 13 перемещени  зеркал 12, средства 1 перемещени  источника оптического излучейи , средства 15 регулировани  угла I зеркала 12, отражающего пучок источника оптического излучени , и средстйа 1б фокусировки оптического пучка, установленные перед детектором 11 оптического излучени . Установка работает следующим образом . Полихроматический поток синхротронного рентгеновского излучени  от источникапопада-ет в монохроматор 3 , где дифрагирует,- от изогнутой с радиусом г поверхности кристалл-монохроматора 4, устанавливаемого на угол Брэгга 9 в зависимости от требуемой монохроматической длины волны Л., частично диафрагмируетс  отсекателем 5, устанавливае.мого в заданное положение в зависимости от угла среза атомных плоскостей кристалла 4, и фокусируетс  в горизонтальной плоскости в плоскость регистрации детектора 9 рентгеновского излучени . Затем выделенный монохроматический поток синхротронного рентгеновского излучени  проходит через первую щель системы 7, отражаетс  от зеркала 6 полного внешнего отражени , за счет чего фокусируетс  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 2 в и закрыты общим кожухом. Данный кожух установлен посредством вакуумного уплотнени , что позвол ет значительно уменьшить потери интенсивности рентгеновского излучени  на воздухе. Монохроматизированный фокусированный пучок синхротронного рентгеновского излучени , проход  блок зеркал 12, попадает на исследуемый объект в держателе 8 образца, где дифрагирует . на его структуре. В плоскости регистрации ди-тектора 9 рентге новского излучени  получают дифракционную картину, котора  отражает размеры исследуемой структуры в ангс ремном диапазоне. В качестве материала зеркал 12 бло ка использована лавсанова  (полиэтилентерифталатова ) пленка с металлизированным покрытием, что снижает по тери интенсивности рентгеновского пучка и рассе ние от прошедших поверхностей до минимального уровн . Одновременно осуществл ют регистрацию оптической дифракционной карти ны, котора  отражает размеры исследу емой структуры в микронном диапазоне Это достигаетс  тем, что когерентный пучок видимого диапазона от источник 10 oптичeckoгo излучени  отражаетс  от первого зеркала 12 и попадает на исследуемый объект держател  образца 8, где дифрагирует на его структуре. Возникающа  дифракционна  картина вы водитс  с помощью второго зеркала и средств 16 фокусировки в-плоскость регистрации детектора 11 оптического излучени . Положение дифракционных максимумов определ етс  согласно уравнени  п - i (sinft sin) k-jL где п - коэффициент преломлени  среды объекта; t - период структуры объекта; ср и - углы падени  и дифракции; . k - пор док спектра. Настройка установки обеспечивает ,с  с помощью средств 13 перемещени  зеркал, средств. перемещени  источ ника и средств 15 регулировани  угла зеркал,.за счет которых осуществл ют совмещение потоков рентгеновского и оптического излучений. Средства 16 фокусировки служат дл  получени  оптимального разрешени  дифракционных мakcимyмoв. Период структуры исследуемого объекта t в микронном диапазоне вычисл етс , исход  из определени  рас сто ний между нулевым и первым пор д ком h дифракционной картины, заднего фокального рассто ни  f средств 1б фокусировки и при угле падени  потока оптического излучени  на объект равном нулю (ер 0) , по следующей фо муле: 25А Проведенные исследовани  в области излучени  механизмов функционировани  биосистем-излучени  динамических и кинематических аспектов биологических  влений, на примере живой мышцы в .момент ее сокращени , показали .возможность получени  рентгеновских дифракционных картин с миллисекундным разрешением при одновременном контроле за длиной саркомера путем оптической дифракции. Формула изобретени  1.Установка дл  дифракционных исследований б.иологических объектов с помощью синхротронного излучени , содержаща  установленные друг за другом по ходу пучка монохроматор, зеркало полного внешнего отражени , средства диафрагмировани  пучка, держатель исследуемого образца и детектор рентгеновского излучени , источник и детектор оптического излучени , а также средства совмещени  траекторий прохождени  оптического излучени  и рентгеновского излучени  через образец, отличающа с  тем, что, с целью.повышени  информативности исследований за счет обеспечени  возможности одновременного получени  рентгеновской и оптической картин, средства совмещени  траекторий содержат два зеркала из прозрачного дл  рентгеновского излучени  материала, установленные перед и за держателем образца под углом к оси рентгеновского пучка, причем источник оптического излучени  ориентирован на одно из зеркал, детектор оптического излучени  - на другое из зеркал, зеркала установлены с возможностью их совместного перемещени  перпендикул рно оси рентгеновского пучка и/и.ли источник оптического излучени  утановлен Q возможностью перемещени  параллельно оси рентгеновского пучка.
2. 2.-Установка по п. 1 , о т л и чающа с  тем, что, зеркало, на которое ориентирован источник оптического излучени , установлено с возможностью регулировки угла его рас- . положени  относитег1ьно оси рентгеновского пучка. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Zeigh Т.Б. and Rosenba.um G. А Report on the Application of Syn