一种串行晶体学样品输运装置及方法与流程

本发明涉及晶体样品输运技术领域，具体地说，涉及一种串行晶体学样品输运装置及方法。

背景技术：

目前，x射线衍射法仍然是最主要的解析生物大分子结构的方法。传统的x射线衍射法对晶体的尺寸有较高的要求，生长大尺寸的蛋白质晶体一直是应用x射线衍射法进行蛋白质结构解析的一个瓶颈问题。随着x射线光源强度的增加，衍射实验对晶体尺寸的要求得到了降低，但是光源强度的增加带来了严重的辐射损伤问题。串行飞秒晶体学的出现使得以上问题得到了良好的解决。在串行飞秒晶体学实验中，晶体样品被源源不断地输运到x射线束处，进行单晶衍射，然后对多张单晶衍射图案进行索引并合并以形成用于结构测定的数据集。串行飞秒晶体学一方面能够成功的实现破坏前衍射，解决了辐射损伤问题；另一方面能够利用微纳尺寸的晶体获得完整数集，解决了传统晶体学中的瓶颈。串行飞秒晶体学的方法和原理在同步辐射光源上的成功应用使串行飞秒晶体学发展成为了串行晶体学。由于同步辐射光源设施比自由电子激光设施更普遍，因此，串行晶体学的发展与成熟，极大的推动了生物大分子结构解析的进程。

串行晶体学依赖于以下几项技术：强烈的x射线光源；晶体样品快速交换的样品输运系统；快速探测器系统；处理大量数据的计算基础设施。作为体现“串行”特征的关键环节，样品输运技术是亟需发展和完善的一个关键问题。针对这个问题，国际上已经发展出多种样品输送技术，典型的样品输运技术有气体聚焦虚拟喷嘴法、脂立方相束流粘性挤压法、固定靶技术、气溶胶聚焦喷射技术、电纺丝技术等。但是目前没有一种可实现样品输运速度与衍射数据收集速度相匹配的串行晶体学样品输运技术。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种串行晶体学样品输运装置及方法；其利用圆形薄膜夹层部件来保持晶体样品，再通过微型电机带动圆形薄膜夹层部件旋转，实现晶体样品输运；圆形薄膜夹层部件安装在电机输出轴上，通过对电机转速调节来满足不同衍射设备和不同衍射条件下的样品输运需求。利用样品输运装置及方法能较好地实现样品输运速度与数据收集速度的匹配，同时，实现无样品损失下的原位衍射。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:串行晶体学样品输运装置，包括薄膜夹层部件、微型电机、电机支架、电机调速器和电源，其特征在于微型电机固定在电机支架上，圆形薄膜夹层部件固定在微型电机输出轴上，微型电机通过电机调速器和电源连接；

所述薄膜夹层部件为多层圆形结构，由双面胶层、两层高分子薄膜、两层有机玻璃板、两层透明胶带组成，且以双面胶层为中心，两层高分子薄膜、两层玻璃板、两层透明胶带依次对称轴向向外排布；

所述双面胶层开有沟槽，用高分子薄膜覆于两侧可形成与双面胶层厚度一致的微量储样槽；

所述高分子薄膜具有透x光性能，位于储样槽外侧的高分子薄膜形成衍射窗口。

一种采用所述串行晶体学样品输运装置进行样品输运的方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.将含有晶体样品的圆形薄膜夹层部件安装固定在微型电机输出轴上；

步骤2.将微型电机通过电机支架固定在衍射设备的磁性底座上，微型电机的转速为0～1000r/min范围内可调；衍射设备包括同步辐射衍射设备和自由电子激光衍射设备；

步骤3.对微型电机转速进行调节，以适应不同的x射线衍射光源的需求；微型电机转速应与x射线衍射设备的脉冲速率或晶体曝光时间相匹配；

步骤4.对晶体样品进行x射线衍射，收集多颗晶体的单晶衍射数据；

步骤5.对多颗单晶衍射数据进行索引并合并，获得用于结构解析的完整数据集。

有益效果

本发明提出的一种串行晶体学样品输运装置及方法；其利用圆形薄膜夹层部件来保持晶体样品，再通过微型电机带动圆形薄膜夹层部件旋转，实现晶体样品输运；圆形薄膜夹层部件安装在电机输出轴上，通过对电机转速进行调节来满足不同衍射设施和不同衍射条件下的样品输运需求。利用样品输运装置及方法能很好地实现样品输运速度与数据收集速度的匹配，同时，还能实现无样品损失下的原位衍射。

本发明串行晶体学样品输运装置及方法，能够实现样品输运速度与数据收集速度的匹配，同时，还能实现无样品损失下的原位衍射。具有操作简单，成本低，效率高的特点。

本发明串行晶体学样品输运装置及方法可实现无晶体损失的串行晶体学上样。样品消耗量低，能够大大降低样品消耗；串行晶体学样品输运装置体积小、兼容性高、成本低廉。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种串行晶体学样品输运装置及方法作进一步详细说明。

图1为本发明的串行晶体学样品输运装置示意图。

图2为本发明的薄膜夹层部件示意图。

图3为本发明的薄膜夹层部件剖面图。

图中:

1.电源2.电机调速器3.微型电机4.电机支架5.薄膜夹层部件6.晶体生长槽7.透明胶带8.有机玻璃板9.高分子薄膜10.双面胶层11.衍射窗口

具体实施方式

本实施例是一种串行晶体学样品输运装置及方法。

本实施例的串行晶体学样品输运装置，包括薄膜夹层部件5、微型电机3、电机支架4、电机调速器2和电源1；其中，微型电机3固定在电机支架4上，圆形薄膜夹层部件5固定在微型电机输出轴上，微型电机3通过电机调速器2和电源1连接。薄膜夹层部件5为多层圆形结构，由双面胶层10、两层高分子薄膜9、两层有机玻璃板8、两层透明胶带7组成，且以双面胶层10为中心，两层高分子薄膜9、两层玻璃板8、两层透明胶带7依次对称轴向向外排布。双面胶层10开有晶体生长槽6，用高分子薄膜9覆于两侧可形成与双面胶层厚度一致的微量储样槽。高分子薄膜具有透x光性能，位于储样槽外侧的高分子薄膜形成衍射窗口。

一种采用串行晶体学样品输运装置进行样品输运的方法，其特征在于包括以下步骤:

第一步.将含有晶体样品的圆形薄膜夹层部件安装固定在微型电机输出轴上；

第二步.将微型电机通过电机支架固定在衍射设备的磁性底座上，微型电机的转速为0～1000r/min范围内可调；衍射设备包括同步辐射衍射设备和自由电子激光衍射设备；

第三步.对微型电机转速进行调节，以适应不同的x射线衍射光源的需求；微型电机转速应与x射线衍射设备的脉冲速率或晶体曝光时间相匹配；

第四步.对晶体样品进行x射线衍射，收集多颗晶体的单晶衍射数据；

第五步.对多颗单晶衍射数据进行索引并合并，获得用于结构解析的完整数据集。

本实施例中串行晶体学样品输运装置及方法的样品输运方式，能实现样品输运速度与数据收集速度的匹配，同时，还能够实现无样品损失下的原位衍射。

实施例1

用于溶菌酶晶体的串行晶体学原位衍射实验。

第一步、称取一定量溶菌酶蛋白溶解到缓冲液中，制得45mg/ml的溶菌酶溶液。

第二步、将等体积的溶菌酶溶液与溶菌酶结晶沉淀剂溶液混合，获得溶菌酶结晶混合液。

第三步、吸取2.5μl溶菌酶结晶混合液加入到薄膜夹层部件的微量储样槽中。

第四步、将上述含有溶菌酶结晶混合液的薄膜夹层部件放入到控温箱中，在20℃温度条件下结晶2天。

第五步、将上述已长出溶菌酶晶体的圆形薄膜夹层部件固定在微型电机输出轴上。

第六步、将微型电机通过电机支架安装固定在同步辐射衍射设备的磁性底座上。

第七步、调节微型电机转速0.05r/s。

第八步、应用同步辐射x射线源对晶体进行衍射，收集溶菌酶晶体的衍射数据。

第九步、对溶菌酶晶体的衍射数据进行合并，获得完整数据集。

本实施例通过串行晶体学样品输运装置及方法，应用同步辐射串行晶体学的实验技术获得溶菌酶晶体的的衍射数据。

实施例2

用于刀豆球蛋白晶体的串行晶体学衍射实验。

第一步、将刀豆球蛋白晶体及其母液加入到薄膜夹层部件的储样槽中。

第二步、将上述含有刀豆球蛋白晶体的圆形薄膜夹层部件安装在微型电机输出轴上。

第三步、将微型电机通过电机支架安装固定在同步辐射衍射设备的磁性底座上。

第四步、调节微型电机转速0.05r/s。

第五步、应用同步辐射x射线源对晶体进行衍射，收集刀豆球蛋白晶体的衍射数据。

第六步、对刀豆蛋白晶体的衍射数据进行合并，获得完整数据集。

本实施例通过串行晶体学样品输运装置及方法，应用同步辐射串行晶体学的实验技术获得了刀豆球蛋白晶体的的衍射数据。

实施例3

用于甜味蛋白thaumatin晶体的串行晶体学衍射实验。

第一步、将甜味蛋白thaumatin晶体及其母液加入到薄膜夹层部件的储液槽中。

第二步、将上述含有甜味蛋白thaumatin晶体的圆形薄膜夹层部件安装并固定在微型电机输出轴上。

第三步、将微型电机通过电机支架安装固定在同步辐射衍射设备的磁性底座上。

第四步、调节微型电机转速0.05r/s。

第五步、在同步辐射光源下收集甜味蛋白thaumatin晶体的衍射数据。

第六步、对thaumatin晶体的衍射数据进行合并，获得完整数据集。

实验结果如下:通过串行晶体学样品输运装置及方法，应用同步辐射串行晶体学的实验技术获得了甜味蛋白thaumatin晶体的的衍射数据。

实施例4

用于过氧化氢酶晶体的串行晶体学原位衍射实验。

第一步、称取一定量过氧化氢酶溶解到缓冲液中，最终形成20mg/ml的过氧化氢酶溶液。

第二步、将等体积的过氧化氢酶溶液与过氧化氢酶结晶沉淀剂溶液混合，获得过氧化氢酶结晶混合液。

第三步、吸取2.5μl过氧化氢酶结晶混合液加入到薄膜夹层部件的微量储样槽中。

第四步、将上述含有过氧化氢酶结晶混合液的薄膜夹层部件放入控温箱中，在20℃下结晶7天。

第五步、将上述已长出过氧化氢酶晶体的圆形薄膜夹层部件安装并固定在微型电机输出轴上。

第六步、通过电机支架将微型电机固定在自由电子激光衍射设备的磁性底座上。

第七步、调节微型电机转速1000r/s。

第八步、在自由电子激光光源下收集过氧化氢酶晶体的衍射数据。

第九步、对过氧化氢酶晶体的衍射数据进行合并，获得完整数据集。

本实施例通过串行晶体学样品输运装置及方法，应用自由电子激光串行晶体学的实验技术获得过氧化氢酶晶体的的衍射数据。

实施例5

用于热休克蛋白90ⁿ晶体的串行晶体学衍射实验。

第一步、将热休克蛋白90ⁿ晶体及其母液加入到薄膜夹层部件的储液槽中

第二步、将上述含有热休克蛋白90ⁿ晶体的圆形薄膜夹层部件安装并固定在微型电机输出轴上。

第三步、通过电机支架将微型电机固定在自由电子激光衍射设备的磁性底座上。

第四步、调节微型电机转速1000r/s。

第五步、在自由电子激光光源下收集热休克蛋白90ⁿ晶体的衍射数据。

第六步、对热休克蛋白90n晶体的衍射数据进行合并，获得完整数据集。

本实施例串行晶体学样品输运装置及方法，应用自由电子激光串行晶体学的实验技术获得热休克蛋白90ⁿ晶体的的衍射数据。

实施例6

用于蛋白酶k晶体的串行晶体学原位衍射实验。

第一步、称取一定量的蛋白酶k溶解到缓冲液中，最终形成30mg/ml的蛋白酶k溶液。

第二步、将等体积的蛋白酶k溶液与蛋白酶k结晶沉淀剂溶液混合，获得蛋白酶k结晶混合液。

第三步、吸取2.5μl蛋白酶k结晶混合液加入到薄膜夹层部件的微量储样槽中。

第四步、将上述含有蛋白酶k结晶混合液的薄膜夹层部件放入控温箱中，在20℃下结晶3天。

第五步、将上述生长出蛋白酶k晶体的圆形薄膜夹层部件安装并固定在微型电机输出轴上。

第六步、通过电机支架将微型电机固定在自由电子激光衍射设备的磁性底座上。

第七步、调节微型电机转速1000r/s。

第八步、在自由电子激光光源下收集蛋白酶k晶体的衍射数据。

第九步、对衍射数据进行合并，获得完整数据集。

本实施例串行晶体学样品输运装置及方法，应用自由电子激光串行晶体学的实验技术获得蛋白酶k晶体的的衍射数据。