Установка для дифракционных исследований биологических объектов

(22)Заявлено 10,03.80 (21) 2890450/18-25 (5 )М. Кл. с присоединением заявки,пе С 01 й 23/207 Гоеударстееввй кеиктет СССР ао делам кзебретекик и открытки(72) Авторы изобретения В.Н. Корнеев и В.С, ГерасимовИнститут биологической физики АН (;ССР(71) Заявитель(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ДИФРАКЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЬЕКТОВ 1Изобретение относится к установкам для рентгеноструктурного анализа ипредназначена для рентгендифракцион- .ных исследований биологических объектов на источниках синхротронного рентгеновского излучения, 5Известны установки для исследованиябиологических объектов, содержащие источник синхротронного рентгеновского излучения, монохроматор, зеркало полного внешнего отражения, систему ди О афрагмирования, отраженного монохроматором и зеркалом рентгеновского пучка, держатель исследуемого объекта и, расположенный за ним . детектор рентгеновского излучения 11,1 бНаиболее близким к предлагаемому техническим решением является установка для исследования биологических объектов, содержащая источник синхронного рентгеновского излучения, мо30 нохроматор, зеркало полного внешнего отражения, систему диафрагмирования .отраженного монохроматором.и зеркалом рентгеновского пучка, держатель исследуемого объекта, расположенный заним детектор рентгеновского излучения, источник оптического излучения,детектор оптического излучения и зер"кало отражения оптического излучениясо средствами перемещения относительно рентгеновского пучка для совмещения траекторий прохождения оптического излучения и рентгеновскогоизлучения через образец 21 Известные камеры не позволяют получитв одновременно в пространстве и во времени оптические и рентгеновские и дифракционные картины от иссле" дуемых биологических объектов, объективная информация о которых необходи ма при изучении сложной иерархии структур, изменяющейся в широком диапазоне от ангстрем до микрон.Цель изобретения - повышение информативности исследований ра счет обеспечения возможности одновременно 8837255 0 5 20 25 30 35 До 45 50 55 го получения рентгеновской и оптической картин.Поставленная цель достигается тем,что в установке для дифракционныхисследований биологических объектов.с помощью синхротронного рентгеновского излучения, содержащий установленные друг за другом пс ходу пучкамонохроматор, зеркало полного внеш-.него отражения, средства диафрагмирования пучка, держатель исследуемого образца и детектор рентгеновского излучения, источник и детектороптического излучения, а также средства совмещения траекторий прохожденияоптического излучения и рентгеновского излучения через образец, последние содержат два зеркала из прозрачного для рентгеновского излученияматериала, установленные перед и задериателем образца под углом к осирентГеновского пуцка, причем источник оптического излучения ориентироВьн на одно из зеркал, а детектор оптического излучения - на другое изаеркал, 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 установкадля исследования биологических объектов, общий вид,Установка содержит источник 1 синхротронного рентгеновского излучения,платформу 2, имеющую возможность поворота на двойной угол Брэгга 26 г, Наплатформе расположен монохроматор 3с возможностью поворота. кристалл-монохроматора 4 на угол Брэгга О и изгиба по цилиндрической поверхности нградиус г. Падающий и отраженный рент.- геновские пучки при различных углахсреза атомных плоскостей кристалпа 4регулируются перемещением отсекателя 5. Зеркало 6 полного внешнего отражения установлено перпендикулярноплоскости кристалл-монохроматора 4на заданный угол скольжения рентге=новского пучка к отражающей поверхности и его изгиба по цилиндрическойповерхности на радиус К, Система щелей 7 служит для диафрагмирования отраженного монохроматором 3 и зеркалом 6 рентгеновского пучка. Установка также содержит держатель 8 исследуемого объекта, расположенный за нимдетектор 9 рентгеновского излучения,источник 10 оптического излучения,детектор 11 оптического излучения,блок с двумя прозрачными для рентгеновского излучения зеркалами 12, средства 13 перемещения зеркал 12, средства 14 перемещения источника оптического излучения, средства 15 регулирования угла, зеркала 12, отражающего пучок источника оптического излучения, и средства 16 фокусировкиоптического пучка, установленные перед детектором 11 оптического излучения.Установка работает следующим образом,Полихроматический поток синхротронного рентгеновского излучения отисточника попадает в монохроматор 3,где дифрагирует; от изогнутой с радиусом г поверхности кристалл-монохроматора 4, устанавливаемого наугол Брэгга "6" в зависимости оттребуемой монохроматической длиныволны Х, частично диафрагмируется отсекателем 5, устанавливаемого в заданное положение в зависимости от угла среза атомных плоскостей кристалла 4, и фокусируется в горизонтальнойплоскости в плоскость регистрациидетектора 9 рентгеновского излучения.Затем выделенный монохроматическийпоток синхротронного рентгеновскогоизлучения проходит через первую щельсистемы 7, отражается от зеркала 6полного внешнего отражения, за счетчего фокусируется в вертикальнойплоскости в плоскость регистрации детектора 9, и через остальные щелисистемы 7.Перечисленные элементы 3, 6 и 7установки расположены на платформе2, имеющей возможность поворота надвойной угол Брэгга 2 О и закрыты общим кожухом. Данный кожух установленпосредством вакуумного уплотнения,что позволяет значительно уменьшитьпотери интенсивности рентгеновскогоизлучения на воздухе.Ионохроматиэированный фокусированный пучок синхротронного рентгеновского излучения, проходя блок зеркал 12, попадает на исследуемыйобъект в держателе 8 образца, где ди5Фрагирует, на его структуре. В плоскости регистрации дытектора 9 рентгеновского излучения получают дифракционную картину, которая отражаетразмеры исследуемой структуры в ангст 3ремном диапазоне.В качестве материала зеркал 12 блока использована лавсановая (полиэтилентерифталатовая) пленка с металлизированным покрытием, что снижает потери интенсивности рентгеновскогопучка и Рассеяние от прошедших поверхностей до минимального уровня.Одновременно осуществляют регистрацию оптической дифракционной картины, которая отражает размеры исследуемой структуры в микронном диапазоне,Это достигается тем, что когерентныйпучок видимого диапазона от источника10 оптического излучения отражаетсяот первого зеркала 12 и попадает наисследуемый объект держателя образца8, где дифрагирует на его структуре.Возникающая дифракционная картина выводится с помощью .второго зеркалаи средств 16 фокусировки в плоскостьрегистрации детектора 11 оптическогоизлучения. Положение дифракционныхмаксимумов определяется согласноуравнения30и1 ыпЧ 1. эп) = К 3 где и - коэффициент преломлениясреды объекта;в , период структуры объекта;( и- углы падения и дифракции;- порядок спектра,ЮНастройка установки обеспечивает,ся с помощью средств 13 перемещениязеркал, средств, 1 ч перемещения источника и средств 15 регулирования углазеркал,. за сцет которых осуществляютююсовмещение потоков рентгеновского иоптического излучений. Средства 16фокусировки служат для получения оптимального разрешения дифракционныхмаКсимумов. Период структуры исследуемого объекта 1 в микронном диапазоне вычисляется, исходя из определения расстояний между нулевым и первым порядком Ь дифракционной картины, заднего фокального расстояния Г средств 16 фокусировки и при угле падения потока оптического излучения на объект равном нулю (9 = 0), по следующей фор- муле: АПроведенные исследования в области излучения механизмов функционирова ния биосистем-излучения динамических и кинематических аспектов биологических явлений, на примере живой мышцы в,момент ее сокращения, показали возможность получения рентгеновских дифракционных картин с миллисекундным разрешением при одновременном контроле за длиной саркомера путем оптической дифракции. 1. Установка для дифракционных исследований биологицеских объектов спомощью синхротронного излучения, содержащая установленные друг за другомпо ходу пучка монохроматор, зеркалополного внешнего отражения, средствадиафрагмирования пучка, держатель исследуемого образца и детектор рентгеновского излучения, источник и детектор оптического излучения, а такжесредства совмещения траекторий прохождения оптического излучения и рентгеновского излучения через образец,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью. повышения информативностиисследований за счет обеспечения воэможности одновременного получениярентгеновской и оптической картин,средства совмещения траекторий содержат два зеркала из прозрачного длярентгеновского излучения материала,установленные перед и за держателемобразца под углом к оси рентгеновского пучка, причем источник оптического излучения ориентирован на одно иэзеркал, детектор оптического излучения - на другое из зеркал, зеркалаустановлены с возможностью их совместного перемещения перпендикулярнооси рентгеновского пучка и/или источник оптического излучения утановленс возможностью перемещения параллельно оси рентгеновского пучка.2, Установка по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, зеркало,на которое ориентирован источник оптического излучения, установлено с воэможностью регулировки угла его рас" .положения относительно оси рентгеновс"кого пучка,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Ее 1 оЬ 3 .В. апд РоэепЬаищ С.А Рерогс оп СЬе АРР 11 сас 1 оп о 1 5 уп 7сЬгойгоп Вамай 1 оп йо Еои-Апд 1 е5 сассег 1 пд. Т. Арр. Сгущай., 1974,й 7, р. 1172. Наье 1 дгоче У .С. ей а 1, ТЬедеь 1 дп апд оье оГ а сапега Гог 1 ои 883725 8апд 1 е Х-гау 01 ГГгасй 1 оп ехрегщепйьйСЬ ьупсЬгойгоп гад 1 ай 1 оп. ВергпсОагеьЬцгу аЬогайогу, О/5 ВГ/Р 641 пьйгцвгпйаС 1 оп, 1977 (прото 5 тип) .