Установка для дифракционных исследований биологических объектов Советский патент 1981 года по МПК G01N23/207 

Изобретение относится к установкам для рентгеноструктурного анализа и предназначена для рентгендифракционных исследований биологических объектов на источниках синхротронного рентгеновского излучения. Известны установки для исследовани биологических объектов, содержащие ис точник синхротронного рентгеновского излучения, монохроматор, зеркало полного внешнего отражения, систему диафрагмирования,-отраженного монохроматором и зеркалом рентгеновского пучка, держатель исследуемого объекта и, расположенный за ним, детектор рентгеновского излучения 1 . Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является установка для исследования биологических объектов, содержащая источник синхронного рентгеновского излучения, мо 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 одновременноГО получения рентгеновской и оптической картин. Поставленная цель достигается тем что в установке для дифракционных исследований биологических объектов .с помощью синхротронного рентгеновского излучения, содержащий установленные друг за .другом пс ходу пучка монохроматор, зеркало полного внеш-. него отражения, средства диафрагмирования пучка, держатель исследуемого образца и детектор рентгеновского излучения, источник и детектор оптического излучения, а также средс ва совмещения траекторий прохождения оптического излучения и рентгеновского излучения через образец, послед ние содержат два зеркала из прозрачного для рентгеновского излучения материала, установленные перед и за дермателем образца под углом к оси рентгеновского пучка, причем источник оптического излучения ориентиройа1ч на одно из зеркал, а детектор оп тического излучения - на другое из асркал, зеркала установлены с возмож ностью их совместного перемещения пе пендикулярно оси рентгеновского пучка и/или источник оптического излучения установлен с возможностью пере мещения параллельно оси рентгеновско го пучка. При этом, зеркало, на которое ори ентирован источник оптического излу. чения, установлено с возможностью ре гулирования угла его расположения от носительно оси рентгеновского пучка. На чертеже изображена.установка для исследования биологических объек тов, общий вид. Установка содержит источник 1 син хротронного рентгеновского излучения 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 регулируются перемещением отсекателя 5. Зеркало 6 полного внешнего отражения установлено перпендикулярно плоскости кристалл-монохроматора на заданный угол скольжения рентге пучка к отражающей поверхности и его изгиба по цилиндрической поверхности на радиус R. Система ще7 служит для диафрагмирования отраженного монохроматором 3 и зеркалом 6 рентгеновского пучка. Установка также содержит держатель 8 исследуемого объекта, расположенный за ним Детектор 9 рентгеновского излучения, источник 10 оптического излучения, детектор 11 оптического излучения, блок с двумя прозрачными для рентгеновского излучения зеркалами 12, средства 13 перемещения зеркал 12, средства 1 перемещения источника оптического излучейия, средства 15 регулирования угла I зеркала 12, отражающего пучок источника оптического излучения, и средстйа 1б фокусировки оптического пучка, установленные перед детектором 11 оптического излучения. Установка работает следующим образом. Полихроматический поток синхротронного рентгеновского излучения 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 диафрагмируется отсекателем 5, устанавливае.мого в заданное положение в зависимости от угла среза атомных плоскостей кристалла 4, и фокусируется в горизонтальной плоскости в плоскость регистрации детектора 9 рентгеновского излучения. Затем выделенный монохроматический поток синхротронного рентгеновского излучения проходит через первую щель системы 7, отражается от зеркала 6 полного внешнего отражения, за счет чего фокусируется в вертикальной плоскости в плоскость регистрации детектора 9, и через остальные щели системы 7. Перечисленные элементы 3, 6 и 7 установки расположены на платформе 2, имеющей возможность поворота на двойной угол 2 в и закрыты общим кожухом. Данный кожух установлен посредством вакуумного уплотнения, что позволяет значительно уменьшить потери интенсивности рентгеновского излучения на воздухе. Монохроматизированный фокусированный пучок синхротронного рентгеновского излучения, проходя блок зеркал 12, попадает на исследуемый объект в держателе 8 образца, где дифрагирует. на его структуре. В плоскости регистрации ди-тектора 9 рентге новского излучения получают дифракционную картину, которая отражает размеры исследуемой структуры в ангс ремном диапазоне. В качестве материала зеркал 12 бло ка использована лавсановая (полиэтилентерифталатовая) пленка с металлизированным покрытием, что снижает по тери интенсивности рентгеновского пучка и рассеяние от прошедших поверхностей до минимального уровня. Одновременно осуществляют регистрацию оптической дифракционной карти ны, которая отражает размеры исследу емой структуры в микронном диапазоне Это достигается тем, что когерентный пучок видимого диапазона от источник 10 oптичeckoгo излучения отражается от первого зеркала 12 и попадает на исследуемый объект держателя образца 8, где дифрагирует на его структуре. Возникающая дифракционная картина вы водится с помощью второго зеркала и средств 16 фокусировки в-плоскость регистрации детектора 11 оптического излучения. Положение дифракционных максимумов определяется согласно уравнения п - i (sinft sin) k-jL где п - коэффициент преломления среды объекта; t - период структуры объекта; ср и - углы падения и дифракции; . k - порядок спектра. Настройка установки обеспечивает,ся с помощью средств 13 перемещения зеркал, средств. перемещения источ ника 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 мakcимyмoв. Период структуры исследуемого объекта t в микронном диапазоне вычисляется, исходя из определения рас стояний между нулевым и первым поряд ком h дифракционной картины, заднего фокального расстояния f средств 1б фокусировки и при угле падения потока оптического излучения на объект равном нулю (ер 0) , по следующей фо муле: 25А Проведенные исследования в области излучения механизмов функционирования 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. Формула изобретения 1.Установка для дифракционных исследований б.иологических объектов с помощью синхротронного излучения, содержащая установленные друг за другом по ходу пучка монохроматор, зеркало полного внешнего отражения, средства диафрагмирования пучка, держатель исследуемого образца и детектор рентгеновского излучения, источник и детектор оптического излучения, а также средства совмещения траекторий прохождения оптического излучения и рентгеновского излучения через образец, отличающаяся тем, что, с целью.повышения информативности исследований за счет обеспечения возможности одновременного получения рентгеновской и оптической картин, средства совмещения траекторий содержат два зеркала из прозрачного для рентгеновского излучения материала, установленные перед и за держателем образца под углом к оси рентгеновского пучка, причем источник оптического излучения ориентирован на одно из зеркал, детектор оптического излучения - на другое из зеркал, зеркала установлены с возможностью их совместного перемещения перпендикулярно оси рентгеновского пучка и/и.ли источник оптического излучения утановлен Q возможностью перемещения параллельно оси рентгеновского пучка. 2.-Установка по п. 1 , о т л и чающаяся тем, что, зеркало, на которое ориентирован источник оптического излучения, установлено с возможностью регулировки угла его рас- . положения относитег1ьно оси рентгеновского пучка. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Zeigh Т.Б. and Rosenba.um G. А Report on the Application of Syn