分享
分享赚钱 收藏 举报 版权申诉 / 44

类型同步辐射元素成像技术.ppt

  • 上传人:精品资料
  • 文档编号:10707425
  • 上传时间:2019-12-29
  • 格式:PPT
  • 页数:44
  • 大小:9.87MB
  • 配套讲稿:

    如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。

    特殊限制:

    部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。

    关 键  词:
    同步辐射元素成像技术.ppt
    资源描述:

    1、同步辐射元素成像技术在环境科学 研究中的应用,元素成像:样品内元素的空间分布 同步辐射:电子运动的方向发生变化时在切线方向产生电磁辐射1947年, 在电子同步加速器上首次观察到,命名为 synchrotron radiation,同步辐射的特点,高亮度:同步辐射的亮度比最强的X光管特征线亮度强万倍以上。用X光机拍摄一幅晶体缺陷照片,通常需要7-15天的感光时间,而利用同步辐射光源只需要几秒。 宽波谱:覆盖了红外、可见、紫外和X光波段。利用单色器可以随意选择所需要的波长,进行单色光的实验。 高准直:同步辐射的发射度极小,准直性可以与激光相媲美。,BSRF,BSRF:直线加速器200米 储存环周长

    2、240米,电子能量-2 GeV,SSRF 储存环周长432米,光子能量为0.140 keV ,电子能量3.5GeV,Spring-8 大储存环直径457米,周长约1436米,电子能量3.5GeV 。 直线加速器部分长140米,同步辐射的发展,第一代同步辐射光源. 在核物理/粒子物理研究的空挡,利用同步加速器所发射的同步光进行科学研究,称为寄生方式。北京高能所同步辐射装置(BSRF) 。 第二代同步辐射光源. 第一代同步辐射光源已不能满足研究需求,建立了用专门的装置产生同步光,例如合肥同步辐射装置。 第三代同步辐射光源. 科学家发现在储存环中加入插入件可以使同步辐射的亮度再提高千倍以上,得到的同

    3、步辐射主要来自插入件。上海光源(SSRF)。,元素成像原理,An electron in the inner shell (e.g. K shell) is ejected from the atom by an external primary excitation x-ray, creating a vacancy. An electron from outer shell “jumps in“ to fill the vacancy. In the process, it emits a characteristic x-ray unique to this element and in

    4、 turn, produces a vacancy in the outer shell.,元素成像原理,荧光产额 较低的原子序数Z的元素,荧光产额较低原则上, 可测元素Z4实际工作中 Z11 (空气吸收) 光线能量,同步辐射元素成像设备,光学部分,成像设备,Detection limit: 10-18 g, 103 atoms Nat Phys,2006, 2:101104 lateral resolution: 50 nm Anal Chem, 2003, 75:38063816,样品测试部分,信号处理部分,XRF spectra,Typical energy dispersive XRF

    5、 spectrum for a multi-element standardE: qualitative analysis peak eara: quautification,生物样品中微量元素的空间分布,吸收、转运、蓄积、代谢 生理生化功能 作用机制 实例,1 mm,Schematic drawing of anatomical structures of an adult hermaphrodite C. elegans,Elemental distribution in C. elegans which was fed by E. coli OP50+ PBS (A), E. coli

    6、OP50 + nano Cu (B), and E. coli OP50 +Cu2+ (C).,JAAS, 2008, 23, 11211124,模式动物 2D,3.55.0 m at BL-4A in, KEK,Cyclotella meneghiniana account for 20% of global carbon fixation. facilitate the transport of photosynthetically fixed CO2 from the surface ocean to deep water , 10m制样 细胞悬液滴加在电镜栅网上,自然风干 定量 XRF

    7、 standards NIST 1832 ,1833,Quantitative 3D elemental microtomography of Cyclotella meneghiniana at 400-nm resolution PNAS, 2010,107,15676-15680,XRF microprobe at beamline 2-ID-E of the Advanced Photon Source Following monochromation the X-ray beam was focused to a spot of approximately 270 nm diamet

    8、er using a Fresnel zone-plate objective. Fluorescence spectra were recorded at 150 nm intervals as the specimen was raster scanned through the focus of the X-ray beam to obtain 2D projection images. The flux transmitted by the sample was monitored using both an ion chamber and a configured detector.

    9、 A rotation series was obtained by acquiring such images with the specimen oriented at 24 different angles with respect to a vertical rotation axis.,Quantitative 3D elemental microtomography of Cyclotella meneghiniana at 400-nm resolution PNAS, 2010,107,15676-15680,240,000 single-point24 projections

    10、 36 h (0.1 S/pixel),Quantitative 3D elemental microtomography of Cyclotella meneghiniana at 400-nm resolution PNAS, 2010, 107, 15676-15680,Cyclotella meneghiniana中元素 的3D 分布P, K, Ca 分布的细胞器官类似,少量Mn存在于同一区域 Si 主要分布在细胞壁,Fe、Mn在细胞壁呈环状分布 Cl, Cu, Zn,S分布于沿硅藻内轴向分布的柱状区域内 元素总含量相差3个数量级 8 g for Si , 2 ng for Mn.,各

    11、元素分布图叠加 PNAS, 2010, 107, 15676-15680,沿硅藻轴向分布的柱状细胞结构为细胞质,主要含Cl, Cu, Zn, 和 S,这些元素在细胞膜内侧也有一薄层分布 三个球状细胞器主要含K, P和Ca,也有少量 Mn, Cu和Ni; 其中两个与柱状结构连接,一个位于硅藻瓣端,C. meneghinianas三维结构的元素分布细节PNAS, 2010, 107, 15676-15680,(AC) Si (灰), Fe (橙) , Mn (红)在硅藻纵断面上的 分布. A 三元素分布细节,在含Si的硅藻细胞壁上还含有Fe和Mn. 二者在细胞壁特定部位呈环状分布。 Mn 结合于硅

    12、藻瓣面和环带交界的富硅环状结构上。 B Si和Mn分布,在细胞下部一个硅化较轻的环状区正好与Fe环状结构之一重合。该区域正是细胞伸展区,靠近硅藻细胞膜上壳和较小的新形成的子壳之间的连接区。C 表示 Mn和 Fe的分布, 在瓣与环带链接区有一个Fe、Mn共存区 。(DF) P (蓝), S (黄), Cl (黄绿), 和Zn (紫)在硅藻纵向切片上的分布以及他们间的联系。两个主要的含磷结构,S和Cl共存于中央独立的柱状结构以及紧邻细胞膜下细胞质内的局部区域,含磷细胞器与柱状结构链接,大的液泡空腔,Zn在柱状结构内富集,Zn与S、Cl相关。(G) 硅藻的横断截面表明柱状结构和空泡,两个含磷结构与柱

    13、状结构相连。,实测值和重建数据(36.0),实测值体现了硅藻的真实结构,Si, Fe, 和 Mn界定了硅藻的细胞膜,Ca, K, 和 P 在三个球状细胞器内, Zn, Cu, S 分布于细胞质. 重建数据与实测值无明显差别,重建效果好。 大多数情况下,实测值和重建值之间的差别在2-3像素之内,据此估计成像分辨率在400nm左右。PNAS, 2010, 107, 15676-15680,XAS 成像,Localizing the Biochemical Transformations of Arsenate in a Hyperaccumulating Fern,蜈蚣草 Pteris vitta

    14、ta,Spot size 15 or 5 m diameter focused by tapered metal monocapillaries 鲜活组织,室温,潮湿 定量:0.2L 5 mM Arsenate滴于滤纸,Localizing the Biochemical Transformations of Arsenate in a Hyperaccumulating Fern,Localizing the Biochemical Transformations of Arsenate in a Hyperaccumulating Fern,As(glutathione)3 11869.8

    15、 eV Arsenite 11871.4 eV Arsenate 11874.8 eV,EST, 2006, 40, 5010-5014,Localizing the Biochemical Transformations Of Arsenate in a Hyperaccumulating Fern,XAS 成像,EST, 2006, 40, 5010-5014,XAS 成像,Localizing the Biochemical Transformations of Arsenate in a Hyperaccumulating Fern,方法评价,非破坏性 制样简单 避免污染 后续研究 灵

    16、敏度高 多元素分析 高通量 元素间的相互作用 空间分辨率,Biological,Samples,SR,45,Si(Li) detector,Amplifier,MCA,Computer,Slit,Ionization,chamber,Sample moving,direction,IEF,separation,SIGOUT,Reconstruction,Protein,extraction,Detection of metalloproteins with SRXRF after electrophoresis,Gao Y, Anal. Chem. Acta, 2003, 485(1): 13

    17、1-137 Gao Y, Analyst, 2002, 127, 1400-1404 Gao Y, JAAS, 2007, 22, 856866,Detection of mercury-, arsenic-, and selenium-containing proteins in fish liver from a mercury polluted area of Guizhou Province, China with SRXRF after IEF,Se /As /Hg often co-exist in the same band, suggesting that The bands

    18、may be corresponding to the antagonistic effect of Se against the toxicity of Hg and As, Hg and As may be involved in the same metabolic processes.,Li LN, J Toxicol Env Health, A, 2008, 71: 12661269,Imaging Metals in Proteins after native Electrophoresis,XRF map of a one-dimensional native-PAGE blot

    19、 of multiple metalloproteins. (Upper right) Photograph of blot. (Upper left) Zinc map shows zinc present in carbonic anhydrase (CA). (Lower left) Iron map shows iron present in hemoglobin (Hb). (Lower right) Copper map shows copper present in tyrosinase (Tyr), as well as a contaminant in carbonic an

    20、hydrase. Maps displayed are quantified, with threshold values in g/cm2.,ACS CHEM BIOL, 2010,5,577-587,Detection of Se-containing proteins in selenium-enriched yeast with SRXRF after 2-dimensional gel electrophoresis,About 30 Se-containing proteins can be distinguished by Comparison between the two F

    21、igs, whitch were marked with ellipses in Fig.,Metallome of Nile tilapia tissue identified by SRXRF after 2D-PAGE separation,Gel obtained for the liver samples with the protein spots which were detected calcium, iron and zinc by SRXRF highlighted with a circle.,Three-dimensional protein spots of live

    22、r sample contained calcium, iron and zinc, which highlighted with a circle.,Talanta,2010,82,1052-1056,准在线联用技术 非破坏性、基底影响小 同时给出蛋白质表达水平、等电点、分子量、所含金属种类、含量等信息(价态、肽质指纹谱、序列) 多元素分析,可用于研究不同元素之间的协同、拮抗等生物效应研究,方法评价,X-ray absorption spectroscopy,I = I0e -d, 线性吸收系数f(Z, , ) XAS: 透射光强度随入射光波长的变化曲线,X射线吸收谱,E010,E0+ 10

    23、-50,E0+50-1000,XANES:X射线吸收近边结构: 元素种类、电子构型(价态)、对称性 NEXAFS:近边X射线吸收精细结构: 键角、键长 EXAFS:扩展X射线吸收精细结构:配位原子种类、数目、距离,EXAFS优点,不依赖晶体结构,因此可用于大量的非晶态材料的研究 不受其他元素的干扰,对不同的元素的原子,可由吸收边位置不同,而得以分别研究 可测配位原子的种类、个数、间距等 浓度很低的样品,百万分之几的元素也能分析 样品制备比较简单,数据收集时间短,XAS measurement after SRXRF imaging,Protein map (a) and Cr map (b)

    24、for Cr compounds binding to albumin-depleted bovine serum (BS) proteins. The main protein bands at 65 and 130 kDa correspond to monomeric and dimeric forms of BSA, respectively, total protein content in each lane is 10 g. Lane 1: BS. Lane 4: GSH (5.0 mM), Lane 2,3: Cr(III), Cr(IV) (1.0 mM)+BS. Lane

    25、5,6:Cr(IV), Cr(III)-(1.0 mM) + GSH (5.0 mM). Lane 7: Cr(III)-propionate, 1.0 mM). All Cr compounds were incubated with serum proteins (1.0 mg protein per mL in 20 mM HEPES buffer, pH 7.4) for 2 h at 310 K prior to the separation by SDS-PAGE.,ACS CHEM BIOL, 2010,5,577-587,硒对植物体内汞的生物学行为及效应的影响,植物是食物链的基

    26、础,降低植物重金属的含量或改变其形态是防止重金属危害人体健康的有效途径。 利用上海同步辐射装置研究植物对汞的吸收以及汞在植物体内的分布、转化、蓄积情况,研究硒对这些过程的影响,包括这种影响的剂量效应关系以及影响机制。,实验方案(研究内容、实验方法),植物培养,汞处理,硒&汞处理,对照植物,实验植物,根,茎,叶,根,茎,叶,冷冻切片,40m薄片,叶基部 叶尖部,干燥保存,X射线荧光成像,XAS,生长状态,元素含量,硒对汞植物毒性的影响,硒、汞均有植物毒性,且汞大于亚硒酸盐大于硒酸盐,毒性随剂量升高加大,低浓度时硒表现毒物兴奋效应 硒可抑制汞植物毒性,抑制作用随硒汞浓度增加变得更显著,表现明显的拮

    27、抗作用,不同剂量硒汞条件下的植物生长抑制指数,硒对植物体内汞蓄积的影响,低汞条件下,硒可增加植物体内的汞积累 高汞条件下,硒降低植物汞积累(茎除外)不同浓度硒汞条件下培养植物组织中的汞蓄积 a,b,c Hg浓度0.01 ppm d,e,f Hg浓度1 ppm g,h,i Hg浓度100 ppm,硒对植物体内汞吸收、蓄积的影响,左图 含汞(上)、硒汞(下)介质中培养的大蒜根部切片的微束SRXRF元素成像图汞主要分布在根部外表皮和中柱鞘部位 ,加硒可抑制植物对汞的吸收,使中柱鞘部位汞分布减少,降低了汞向上输运的可能。,右图 含汞(上)、硒汞(下)介质中培养的大蒜茎部切片的微束SRXRF元素成像图,Hg,Hg,Hg,Hg,Se,Se,汞主要分布在茎部外表皮加硒促进汞在茎部外周的蓄积,茎部汞来源于与之直接接触的培养介质。硒主要分布于中柱,由根部转运而来。,从叶基部到叶尖汞逐渐增加硒逐渐减少。提示汞不能进入叶肉细胞只能通过叶脉运输,而硒可进入叶肉细胞 加硒可阻滞汞向叶尖部的运输,硒对植物体内汞吸收、蓄积的影响,蓄积部位汞的形态,不同组织内汞蓄积部位及模型化合物的XANES及拟合图从根到叶无机汞逐渐减少加硒可导致无机汞降低,Hg-Cys降低,Hg-Mat增加 硒通过降低汞的吸收、蓄积、转变其存在形式而拮抗Hg的毒性,谢 谢 各 位,

    展开阅读全文
    提示  道客多多所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    关于本文
    本文标题:同步辐射元素成像技术.ppt
    链接地址:https://www.docduoduo.com/p-10707425.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

    道客多多用户QQ群:832276834  微博官方号:道客多多官方   知乎号:道客多多

    Copyright© 2025 道客多多 docduoduo.com 网站版权所有世界地图

    经营许可证编号:粤ICP备2021046453号    营业执照商标

    1.png 2.png 3.png 4.png 5.png 6.png 7.png 8.png 9.png 10.png



    收起
    展开