同步輻射元素成像技術(shù)

元素成像：樣品內(nèi)元素的空間分布同步輻射：電子運(yùn)動(dòng)的方向發(fā)生變化時(shí)在切線方向產(chǎn)生電磁輻射1947年,在電子同步加速器上首次觀察到，命名為

synchrotronradiation本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分同步輻射的特點(diǎn)高亮度：同步輻射的亮度比最強(qiáng)的X光管特征線亮度強(qiáng)萬(wàn)倍以上。用X光機(jī)拍攝一幅晶體缺陷照片，通常需要7-15天的感光時(shí)間，而利用同步輻射光源只需要幾秒。寬波譜：覆蓋了紅外、可見、紫外和X光波段。利用單色器可以隨意選擇所需要的波長(zhǎng)，進(jìn)行單色光的實(shí)驗(yàn)。高準(zhǔn)直：同步輻射的發(fā)射度極小，準(zhǔn)直性可以與激光相媲美。本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分BSRFBSRF：直線加速器200米儲(chǔ)存環(huán)周長(zhǎng)240米，電子能量-2GeV本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分SSRF儲(chǔ)存環(huán)周長(zhǎng)432米，光子能量為0.1~40keV，電子能量3.5GeV本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分Spring-8大儲(chǔ)存環(huán)直徑457米，周長(zhǎng)約1436米，電子能量3.5GeV。

直線加速器部分長(zhǎng)140米本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分同步輻射的發(fā)展第一代同步輻射光源.

在核物理/粒子物理研究的空擋，利用同步加速器所發(fā)射的同步光進(jìn)行科學(xué)研究,稱為寄生方式。北京高能所同步輻射裝置(BSRF)。第二代同步輻射光源.

第一代同步輻射光源已不能滿足研究需求，建立了用專門的裝置產(chǎn)生同步光,例如合肥同步輻射裝置。第三代同步輻射光源.

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在儲(chǔ)存環(huán)中加入插入件可以使同步輻射的亮度再提高千倍以上，得到的同步輻射主要來(lái)自插入件。上海光源（SSRF）。本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分元素成像原理Anelectronintheinnershell(e.g.Kshell)isejectedfromtheatombyanexternalprimaryexcitationx-ray,creatingavacancy.Anelectronfromoutershell"jumpsin"tofillthevacancy.Intheprocess,itemitsacharacteristicx-rayuniquetothiselementandinturn,producesavacancyintheoutershell.RF

PrimaryX-ray

XRFAugerelectron本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分元素成像原理熒光產(chǎn)額較低的原子序數(shù)Z的元素，熒光產(chǎn)額較低原則上，可測(cè)元素Z>4

實(shí)際工作中Z>11（空氣吸收）光線能量本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分同步輻射元素成像設(shè)備

光學(xué)部分本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分成像設(shè)備Detectionlimit:10-18g，~103atomsNatPhys,2006,2:101–104lateralresolution:50nmAnalChem,2003,75:3806–3816樣品測(cè)試部分信號(hào)處理部分本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分XRFspectraTypicalenergydispersiveXRFspectrumforamulti-elementstandardE:qualitativeanalysispeakeara:quautification本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分生物樣品中微量元素的空間分布吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、蓄積、代謝生理生化功能作用機(jī)制實(shí)例本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分1mmSchematicdrawingofanatomicalstructuresofanadulthermaphroditeC.elegans

ElementaldistributioninC.eleganswhichwasfedbyE.coliOP50+PBS(A),E.coliOP50+nanoCu(B),andE.coliOP50+Cu2+(C).

JAAS,2008,23,1121–1124模式動(dòng)物2D3.5×5.0μmatBL-4Ain,KEK

本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分Cyclotellameneghiniana

accountfor20%ofglobalcarbonfixation.facilitatethetransportofphotosyntheticallyfixedCO2fromthesurfaceoceantodeepwater,10μm

制樣細(xì)胞懸液滴加在電鏡柵網(wǎng)上，自然風(fēng)干定量XRFstandardsNIST1832,1833Quantitative3DelementalmicrotomographyofCyclotellameneghinianaat400-nmresolution

PNAS,2010，107，15676-15680本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分XRFmicroprobeatbeamline2-ID-EoftheAdvancedPhotonSource

FollowingmonochromationtheX-raybeamwasfocusedtoaspotofapproximately270

nmdiameterusingaFresnelzone-plateobjective.Fluorescencespectrawererecordedat150

nmintervalsasthespecimenwasrasterscannedthroughthefocusoftheX-raybeamtoobtain2Dprojectionimages.Thefluxtransmittedbythesamplewasmonitoredusingbothanionchamberandaconfigureddetector.Arotationserieswasobtainedbyacquiringsuchimageswiththespecimenorientedat24differentangleswithrespecttoaverticalrotationaxis.

Quantitative3DelementalmicrotomographyofCyclotellameneghinianaat400-nmresolution

PNAS,2010，107，15676-15680240,000single-point

24projections36h(0.1S/pixel)本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分Quantitative3DelementalmicrotomographyofCyclotellameneghinianaat400-nmresolution

PNAS,2010,107,15676-15680Cyclotellameneghiniana中元素

的3D分布P,K,Ca分布的細(xì)胞器官類似，少量Mn存在于同一區(qū)域Si主要分布在細(xì)胞壁，F(xiàn)e、Mn在細(xì)胞壁呈環(huán)狀分布Cl,Cu,Zn，S分布于沿硅藻內(nèi)軸向分布的柱狀區(qū)域內(nèi)元素總含量相差3個(gè)數(shù)量級(jí)8

μgforSi，2

ngforMn.本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分各元素分布圖疊加

PNAS,2010,107,15676-15680沿硅藻軸向分布的柱狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)為細(xì)胞質(zhì)，主要含Cl,Cu,Zn,和S，這些元素在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)也有一薄層分布三個(gè)球狀細(xì)胞器主要含K,P和Ca，也有少量Mn,Cu和Ni;其中兩個(gè)與柱狀結(jié)構(gòu)連接，一個(gè)位于硅藻瓣端本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分

C.meneghinianas三維結(jié)構(gòu)的元素分布細(xì)節(jié)PNAS,2010,107,15676-15680(A–C)Si(灰)，F(xiàn)e(橙)，Mn(紅)在硅藻縱斷面上的

分布.A

三元素分布細(xì)節(jié)，在含Si的硅藻細(xì)胞壁上還含有Fe和Mn.二者在細(xì)胞壁特定部位呈環(huán)狀分布。Mn結(jié)合于硅藻瓣面和環(huán)帶交界的富硅環(huán)狀結(jié)構(gòu)上。

BSi和Mn分布，在細(xì)胞下部一個(gè)硅化較輕的環(huán)狀區(qū)正好與Fe環(huán)狀結(jié)構(gòu)之一重合。該區(qū)域正是細(xì)胞伸展區(qū)，靠近硅藻細(xì)胞膜上殼和較小的新形成的子殼之間的連接區(qū)。C

表示Mn和Fe的分布,在瓣與環(huán)帶鏈接區(qū)有一個(gè)Fe、Mn共存區(qū)

。(D–F)P(藍(lán)),S(黃),Cl(黃綠),和Zn(紫)在硅藻縱向切片上的分布以及他們間的聯(lián)系。兩個(gè)主要的含磷結(jié)構(gòu)，S和Cl共存于中央獨(dú)立的柱狀結(jié)構(gòu)以及緊鄰細(xì)胞膜下細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的局部區(qū)域，含磷細(xì)胞器與柱狀結(jié)構(gòu)鏈接，大的液泡空腔，Zn在柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)富集，Zn與S、Cl相關(guān)。(G)硅藻的橫斷截面表明柱狀結(jié)構(gòu)和空泡，兩個(gè)含磷結(jié)構(gòu)與柱狀結(jié)構(gòu)相連。本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分實(shí)測(cè)值和重建數(shù)據(jù)（36.0°）實(shí)測(cè)值體現(xiàn)了硅藻的真實(shí)結(jié)構(gòu)，Si,Fe,和Mn界定了硅藻的細(xì)胞膜，Ca,K,和P在三個(gè)球狀細(xì)胞器內(nèi)，Zn,Cu,S分布于細(xì)胞質(zhì).重建數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)值無(wú)明顯差別，重建效果好。大多數(shù)情況下，實(shí)測(cè)值和重建值之間的差別在2-3像素之內(nèi)，據(jù)此估計(jì)成像分辨率在400nm左右。

PNAS,2010,107,15676-15680本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分XAS成像LocalizingtheBiochemicalTransformationsofArsenateinaHyperaccumulatingFern蜈蚣草Pterisvittata本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分Spotsize15or5μmdiameterfocusedbytaperedmetalmonocapillaries鮮活組織，室溫，潮濕定量：0.2μL5mMArsenate滴于濾紙metalmonocapillariesBL9-3atSSRLGedetectorLocalizingtheBiochemicalTransformationsofArsenateinaHyperaccumulatingFern本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分LocalizingtheBiochemicalTransformationsofArsenateinaHyperaccumulatingFernAs(glutathione)311869.8eVArsenite11871.4eVArsenate11874.8eV本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分EST,2006,40,5010-5014LocalizingtheBiochemicalTransformationsOfArsenateinaHyperaccumulatingFernXAS成像本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分EST,2006,40,5010-5014XAS成像LocalizingtheBiochemicalTransformationsofArsenateinaHyperaccumulatingFern本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分方法評(píng)價(jià)非破壞性制樣簡(jiǎn)單避免污染后續(xù)研究靈敏度高多元素分析高通量元素間的相互作用空間分辨率本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分Biological

SamplesSR45°

Si(Li)

detectorAmplifier

MCA

Computer

Slit

Ionization

chamber

SamplemovingdirectionIEFseparation

SIGOUTReconstruction

SRXRFanalysis

Protein

extraction

DetectionofmetalloproteinswithSRXRFafterelectrophoresisGaoY,Anal.Chem.Acta,2003,485(1):131-137GaoY,Analyst,2002,127,1400-1404GaoY,JAAS,2007,22,856–866本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分

Detectionofmercury-,arsenic-,andselenium-containingproteinsinfishliverfromamercurypollutedareaofGuizhouProvince,Chinawith

SRXRFafterIEFSe/As/Hgoftenco-existinthesameband,suggestingthatThebandsmaybecorrespondingtotheantagonisticeffectofSeagainstthetoxicityofHgandAs,HgandAsmaybeinvolvedinthesamemetabolicprocesses.LiLN,JToxicolEnvHealth,A,2008,71:1266–1269本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分ImagingMetalsinProteinsafternativeElectrophoresisXRFmapofaone-dimensionalnativeblotofmultiplemetalloproteins.(Upperright)Photographofblot.(Upperleft)Zincmapshowszincpresentincarbonicanhydrase(CA).(Lowerleft)Ironmapshowsironpresentinhemoglobin(Hb).(Lowerright)Coppermapshowscopperpresentintyrosinase(Tyr),aswellasacontaminantincarbonicanhydrase.Mapsdisplayedarequantified,withthresholdvaluesing/cm2.ACSCHEMBIOL,2010,5,577-587本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分DetectionofSe-containingproteinsinselenium-enrichedyeastwithSRXRFafter2-dimensionalgelelectrophoresisAbout30Se-containingproteinscanbedistinguishedbyComparisonbetweenthetwoFigs,whitchweremarkedwithellipsesinFig.III本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分MetallomeofNiletilapiatissueidentifiedbySRXRFafter2Dseparation

Gelobtainedfortheliversampleswiththeproteinspotswhichweredetectedcalcium,ironandzincbySRXRFhighlightedwithacircle.

Three-dimensionalproteinspotsofliversamplecontainedcalcium,ironandzinc,whichhighlightedwithacircle.

Talanta,2010,82,1052-1056

本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分準(zhǔn)在線聯(lián)用技術(shù)非破壞性、基底影響小同時(shí)給出蛋白質(zhì)表達(dá)水平、等電點(diǎn)、分子量、所含金屬種類、含量等信息（價(jià)態(tài)、肽質(zhì)指紋譜、序列）多元素分析，可用于研究不同元素之間的協(xié)同、拮抗等生物效應(yīng)研究方法評(píng)價(jià)本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分X-rayabsorptionspectroscopyI=I0·e-μd，線性吸收系數(shù)μ＝f(Z,,)XAS:透射光強(qiáng)度隨入射光波長(zhǎng)的變化曲線I0IdXRFPhotoelectronsScatteredx-ray本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分X射線吸收譜E0±10E0+10-50E0+50-1000XANES:X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)：元素種類、電子構(gòu)型（價(jià)態(tài)）、對(duì)稱性NEXAFS:近邊X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)：鍵角、鍵長(zhǎng)EXAFS:擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)：配位原子種類、數(shù)目、距離本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第33頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分EXAFS優(yōu)點(diǎn)不依賴晶體結(jié)構(gòu)，因此可用于大量的非晶態(tài)材料的研究不受其他元素的干擾，對(duì)不同的元素的原子，可由吸收邊位置不同，而得以分別研究可測(cè)配位原子的種類、個(gè)數(shù)、間距等濃度很低的樣品，百萬(wàn)分之幾的元素也能分析樣品制備比較簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)收集時(shí)間短本文檔共40頁(yè)；當(dāng)前第34頁(yè)；編輯于星期日\(chéng)11點(diǎn)37分XASmeasurementafterSRXRFimagingProteinmap(a)andCrmap(b)forCrcompoundsbindingtoalbumin-depletedbovineserum(BS)proteins.Themainproteinbandsat65and130kDacorrespondtomonomericanddimericformsofBSA,respectively,totalproteincontentineachlaneis10μg.Lane1:BS.Lane4:GSH(5.0mM),Lane2,3:Cr(III),Cr(IV)(1.0mM)+BS.Lane5,6:Cr(IV),Cr(III)-(1.0mM)+

GSH(5.0mM).Lane7:Cr(III)-propionate,1.0mM).

AllCrcompoundswereincubatedwithserumproteins(1.0mgproteinpermLin20mMHEPESbuffer,pH7.4)for2hat310