【线站布局图】

【主要特色】 

高亮度微聚焦光斑蛋白质晶体学

本线站可以提供从1 µm×1 µm到18 µm×28 µm尺寸的可调光斑。同时光子通量(phs/s)可达到 1E13 @12.4keV@200mA（1µm×1µm光斑）。除了满足常规蛋白质晶体学研究以外，还为尺寸微小的蛋白质晶体的数据收集提供了有力支持。

多样化蛋白质数据采集方法

基于本线站配置的Arinax-MD2S衍射仪，本线站可以提供除了传统单转轴模式以外的多种晶体数据收集策略。例如：

• 高自动化的Raster Scan（网格扫描）数据收集

针对微晶体在衍射仪上样品对准困难，耐辐照能力差等特点，将样品区域划分成大小与光斑相等的网格，采用网格扫描的方法在每个网格上快速收集一张衍射图，通过对衍射图的初步处理分析得到每个网格的衍射能力，从中选择衍射能力强的几个网格点在总旋转角在10~20度的范围内分别收集50~100张衍射数据。然后把多个样品的衍射数据进行自动筛选和合并来获得完整的衍射数据。

• 螺旋步进扫描实验方法

如果晶体大于光束尺寸，为最大限度减少辐射损伤的最佳实践是使光束与晶体一样大。螺旋收集将有助于通过将新体积的晶体带入每个图像的光束中来减轻辐射损伤。

原位平板蛋白质生长和收集模式

原位平板蛋白质晶体的数据收集方法是一种在晶体生长过程中直接进行X射线衍射数据收集的技术，避免了传统方法中需要将晶体从生长环境中取出并冷冻或转移到其他载体的步骤。这种方法特别适用于研究蛋白质晶体在自然生长条件下的动态过程，如晶体生长、相变或配体结合等。

本线站的衍射仪支持平板原位收集模式，可以研究蛋白质晶体在常温原位生长环境中的结构特征。

【各部分介绍】

主要光学设备：

水平反射切槽型单色器（HCCM），自研

复合折射透镜

荧光靶、XBPM、狭缝/光阑

主要实验站设备：

高精度衍射仪（ARINAX-MD2S）

自研单光子计数型二维像素阵列探测器

自动上样机械手（Swordfish）

液氮冷却（Oxford Cryosystems 1000 series）

实验站控制软件（自研）

【线站设备】

样品环境

高性能衍射仪(ARINAX-MD2S)

MD2S是一个高度集成的衍射仪系统，包含了空气轴承转轴、显微镜系统、样品照明系统、传统测角头和可替换平板专用测角头系统、Beamstop等。

基于该衍射仪，可以开展多种模式的蛋白质晶体学衍射实验，除了常规晶体数据收集外，还提供了螺旋步进扫描模式、高精度网格扫描模式、平板原位数据采集模式等。

国产自动上样机械手(Swordfish)

本线站采用上海光源自主研制上样机械手Swordfish，该上样机械手可同时容纳20多个puck，换样时间可小于20秒。

液氮冷却系统(Oxford Cryosystems 1000 series)

利用液氮作为冷却介质，能够快速、有效地降低样品温度，提供稳定的低温环境，可调节温度在80K-400K。其精密的温度控制功能使得用户能够在不同温度条件下进行实验，并确保实验条件的稳定性和可重复性。此外，Oxford Cryosystems 1000系列还具有可靠的安全特性，能够确保操作人员和实验室设备的安全。由于其高效、可靠的性能，该系列液氮冷却系统被广泛应用于各种研究和实验室环境中，促进了科学研究的进展和成果的取得。

探测器Detectors

自研单光子计数型二维像素阵列探测器

HEPS探测器系统团队对光子计数型像素探测器各项关键技术开展了自主研究。经过多年的研发测试，成功研发了单光子计数型二维像素阵列探测器。该探测器基于过阈甄别原理，实现入射光子前端数字化，通过帧刷新方式高速读出。相比传统CCD、CMOS相机等探测器，具有图像“零噪声”、无死时间、高刷新率的特点，成为当前同步辐射光源上的主流探测器。

软件控制系统 Software

本线站研究人员基于PyQt，开发了本线站专用的晶体衍射线站控制与数据采集系统，实现衍射仪MD2S的完全控制。实现与EPICS的接口，实时显示光束线状态，控制衍射仪平台与探测器平台的运动。整合机械手控制，实现样品的自动加载。并开发微晶体的Raster和helical数据采集功能。并实现了网格扫描的自动热图生成和定位等高级功能。另外本系统也可以和HEPS通用软件系统（Mamba）实现顺利通信和数据交流。

常用附件Accessories

衍射仪常用附件：

—可调节狭缝Aperture：控制X射线束的尺寸和准直性，可提供10µm-150µm可变的大小。

—毛细管Capillary：置于Aperture和样品之间，可以进一步去除杂散光的影响，从而提升晶体数据质量。

—Beamstop：阻挡直射光束，保护探测器并提高数据质量。

配套实验室

本线站提供一间配套实验室，内有4℃，-20℃和-80℃的冰箱以存放样品，另有超净台，操作台等设备。

【样品准备】 

本线站支持两种样品收集模式：

１．传统loop收集（液氮冷冻）

２．原位平板生长收集：平板规格请参考如下链接中的规格

https://www.mitegen.com/product/crystaldirect-plate   

由于不同模式下需要切换设备，请务必提前确认需要哪种方式进行实验。

如有特殊需求，请提前联系线站工作人员！

【数据收集与处理】 

本线站目前使用自研软件系统进行数据收集，系统便捷高效、功能多样化、并且一直在进行优化和开发，未来将为用户的数据收集提供更多样化操作。

本线站的数据处理软件有XDS、autoProc，xia2以及国产自研软件autoPD。

本线站已经初步实现了对数据进行自动化处理，即使用xia2-xds、xia2-dials、autoProc及autoPD 四个软件对产生的数据进行即时自动化处理，使得用户能够第一时间获知数据的质量，帮助用户实验决策。

【研究领域】

蛋白质晶体学结构解析在多个领域中具有广泛的应用，以下是一些重要的应用领域举例：

药物设计与开发

靶标蛋白结构解析：通过解析药物靶标蛋白的三维结构，帮助设计更有效的药物分子。

药物-靶标相互作用研究：揭示药物分子与靶标蛋白的结合模式，优化药物活性。

抗药性机制研究：解析突变蛋白的结构，理解抗药性机制并设计新药。

酶学与催化机制研究

酶活性中心解析：揭示酶的催化机制和底物结合位点。

酶工程：基于结构信息进行酶的定向进化或理性设计，提高酶的活性或稳定性。

生物分子相互作用研究

蛋白质-蛋白质相互作用：解析蛋白质复合物的结构，揭示信号传导、代谢调控等过程的分子机制。

蛋白质-核酸相互作用：研究转录因子、核糖体等与DNA或RNA的相互作用。

结构生物学与功能研究

蛋白质功能解析：通过结构信息推断蛋白质的功能，如转运蛋白、受体蛋白等。

构象变化研究：揭示蛋白质在不同状态下的构象变化，如变构效应、折叠与去折叠过程。

病原体研究与疫苗开发

病毒蛋白结构解析：解析病毒关键蛋白（如刺突蛋白）的结构，为疫苗设计和抗病毒药物开发提供依据。

细菌毒素与宿主相互作用：研究病原体毒素与宿主蛋白的相互作用机制。

工业生物技术

工业酶优化：通过结构解析优化工业用酶（如纤维素酶、脂肪酶）的性能。

生物催化：设计高效、特异性的生物催化剂。

基础科学研究

蛋白质折叠与稳定性：研究蛋白质的折叠机制和稳定性，揭示蛋白质错误折叠与疾病的关系。

进化与功能关系：通过比较不同物种的蛋白质结构，研究蛋白质的进化与功能关系。

材料科学与纳米技术

蛋白质自组装：研究蛋白质的自组装机制，用于设计新型生物材料。

纳米结构设计：利用蛋白质结构设计功能性纳米材料。

农业与植物科学

植物抗病蛋白研究：解析植物抗病蛋白的结构，帮助开发抗病作物。

光合作用机制：研究光合作用相关蛋白的结构，优化植物光合效率。

医学诊断与治疗

疾病相关蛋白研究：解析与癌症、神经退行性疾病等相关的蛋白质结构，开发诊断标志物或治疗靶点。

抗体工程：基于结构信息设计高效抗体，用于疾病治疗或诊断。