Взаимодействие ионизирующего излучение с биологическими тканями. Основы дозиметрии

Рассеяние рентгеновской волны одним электроном r - Радиус-вектор электрона - Единичный вектор (орт) падающего луча s - Орт рассеянного луча - Единичный вектор (орт) рассеянного луча

Рассеяние рентгеновских лучей двумя электронами r r·s ^ s0s0 s0s0 r·s 0 ^ Источник излучения Приемник излучения ^ s Разность хода волн равна: ^ ^ Повторение

Рассеяние рентгеновских лучей двумя электронами r r·s ^ s0s0 s0s0 r·s 0 ^ Источник излучения Приемник излучения ^ s Разность хода волн равна: ^ ^ Отсюда: Итак: Повторение

Картина рассеяния рентгеновского излучения в обратном пространстве |S| hkl = 2 |sin | /. Каждому рефлексу соответствует свой вектор рассеяния 1 / -s 0 / s / S Падающий луч s0s0 Рассеянное излучение s Вводим понятие вектора рассеяния. По определению: Повторение

Связь вектора рассеяния S hkl с Миллеровыми плоскостями отражения hkl С уравнением Брегга 2d sin = Получаем |S| hkl = 1/d hkl Таким образом, вектор рассеяния имеет модуль, обратный расстоянию между Миллеровыми плоскостями отражения, и по направлению перпендикулярен этим плоскостям. Сравним |S|hkl = 2(sin ) /.

Свойства вектора рассеяния S hkl от плоскости hkl 1. Bектор рассеяния –это характеристика направления рефлекса. Для каждого рефлекса hkl имеется свой вектор рассеяния S hkl. вектор рассеяния S hkl.нормален плоскостям отражения hkl. 2. Из построения на рис. следует, что вектор рассеяния S hkl.нормален плоскостям отражения hkl. 3. Кроме того, сравнив уравнение |S| hkl = 2sin / с уравнением Брегга 2d sin =, получаем, что модуль вектора рассеяния обратен межплоскостному расстоянию: Повторение

Условия Лауэ Миллеровы плоскости отражения hkl (120) b/kb/k d a b Очевидно, чтоОтсюда

Структурный фактор F hkl

Волна – это распространяющееся колебание Уравнение гармонического колебания Фаза ( + t ) a 2 Начальная фаза x

Векторная диаграмма колебательного движения x = a Cos ( + t ) a t Начальная фаза x t = 0 Начальная фаза Что такое ось у?

Характеристики электромагнитной волны E0E0 - Длина волны - Фаза Электрический вектор E 1 в точке с координатой r в момент времени t равен: 2 1 i Колебание Волна

Параметры одной и двух волн - Фазовый сдвиг = x / E0E0 - Длина волны - Фаза x x x – разность хода Две волны с одинаковой длинной волны и равными амплатудами, распространяющиеся в одном направлении

Сруктурный фактор Структурный фактор – это отношение электрического вектора, рассеняяного излучения данным объектом к электрическому вектору излучения, рассеянного одним электроном, помещенным в начало координат. Ячейка Объект Электрон r hkl E0E0 E1E1

Сруктурный фактор электрона Ячейка Объект Электрон r hkl E0E0 E1E1

Структурный фактор электрона и атома Структурный фактор электрона Фаза волны в точке с координатой r Структурный фактор атома Если в атоме с координатой r много (скажем, f ) электронов, то векторы электрического поля рассеянной волны суммируются, откуда:

Структурный факто как вектор на комплексной плоскости i 1 F Интенсивность рефлекса – это энергия волны. Она пропорциональна квадрату амплитуды |F| 2. 2 = 2 (hx+ky+lz)

Структурный фактор рефлекса – это сумма структурных факторов отдельных атомов

Структурный фактор атома в ячейке кристалла a b c Для всех атомов ячейки a b xjxj yjyj j rjrj r j = x j a + y j b + z j c Если выразить координаты в долях длины векторов a, b и c, то координата определенного j атома внутри ячейки будет равна: Структурный фактор j атома S·a = h; S·b = k; S·c = l, Введя условия Лауэ, что Получаем

Рентгеновская кристаллография белков

Формирование изображения линзой

Рентгеновский дифрактометр

Основные этапы получения данных белковой структуры 1.Выделение и очистка белка. В последнее время все большую роль начинают играть методы белковой инженерии, позволяющие синтезировать большое количество белка с заданными свойствами и высокой степени гомогенности. Для последующего получения белковых кристаллов нужно обычно несколько десятков миллиграмм чистого белка. 2.Получение белковых кристаллов. 3.Анализ дифракции рентгеновских лучей (денситометрия). 4.Расчет параметров элементарной ячейки кристалла и оценка разрешения. 5.Анализ изоморфно-замещенных кристаллов, включающий в себя получение кристаллов и анализ интенсивности рефлексов. 6.Получение полной информации, содержащейся в рефлексах: нахождение структурных факторов. 7.Расчет распределения электронной плотности в элементарных ячейках. 8.Определение координат атомов, т.е. пространственной структуры элементарной ячейки и образующих ее белковых молекул.

Выращивание белковых кристаллов

Кристаллы белков Пирофосфатаза Рибонуклеаза Биназа Леггемоглобин

Кристаллы белков и вирусов Вирус крапчатости гвоздики Фотография белкового кристалла

Посмотрим несколько фотографий дифрактометра Института Кристаллографии РАН

Напомним схему дифрактометра

Общий вид дифрактометра в ИК РАН

Источник Рентгеновского излучения

Вращающийся охлаждаемый анод

Установка высокого вакуума (4х10 -7 мм рт. ст.)

Рентгеновский монохроматор Щели

Гониометр (старая модель)

Дифрактометр Сименс

Дифрактометр в Канзас-Сити

Крио-техника (Канзас-Сити)

The CCLRC Daresbury Laboratory is located in Cheshire, near Warrington, and is conveniently situated for air, rail and road networks. Daresbury Laboratory has a staff of 550 who support the work over 5000 scientists and engineers, mainly from the university research community. Its facilities are used in research programmes as varied as the processing and structures of polymers used to line aluminium cans, improved methods of detecting breast cancer, determining the structures of proteins in the human genome, and improving materials such as concrete and textiles, and flow simulation to improve advanced aircraft design. Daresbury Laboratory The Laboratory was formed in 1962 as part of the National Institute for Research in Nuclear Science (NIRNS) and has progressively diversified its activities to meet new research challenges. Together with the Rutherford Appleton Laboratory, the Daresbury Laboratory was brought under the umbrella of the Council for the Central Laboratory of the Research Councils in Daresbury Laboratory has a staff of 550 who support the work over 5000 scientists and engineers, mainly from the university research community. Its facilities are used in research programs as varied as the processing and structures of polymers used to line aluminum cans, improved methods of detecting breast cancer, determining the structures of proteins in the human genome, and improving materials such as concrete and textiles, and flow simulation to improve advanced aircraft design.