Name: sample preparation and transfer protocol for in-vacuum long-wavelength crystallography on beamline i23 at diamond light source
Uploaded: 2021-04-23T15:00:00
Duration: 10 min 32 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Sample Preparation and Transfer Protocol for In-Vacuum Long-Wavelength Crystallography on Beamline I23 at Diamond Light Source at JoVE.com

我们要感谢 Adam Taylor、Adam Prescott、Ken Jones、Arvinder Palaha 和 Kevin Wilkinson 对低温样品转移系统 （CTS） 开发的支持。这项工作由欧盟委员会地平线2020计划资助的iNEXT-Discovery（赠款871037）资助。

1. 晶体收获
注意：尽可能使用适当的个人防护装备：护目镜和手套。
<ol><li>在SHs以梳子的形式到达用户实验室（图3C）后，将盖子与组合物的底部分开，以便SHs仍然附着在底座上，并且小瓶保留在盖子中。</li>
	<li>用小瓶将盖子浸入液氮中。将 SH + 适配器（图 3B，右）连接到磁棒上，像往常一样采集晶体。</li>
	<li>将每个样品直接闪蒸冷却到梳子中，记下样品位置。要关闭冰球，请使用冰球棒将底座连接到盖子上。</li>
	<li>将组合物从液氮转移到干托运人或液氮储存杜瓦瓶。将干货人运送到钻石（https://www.diamond.ac.uk/Instruments/Mx/Common/Common-Manual/Shipping-Samples.html）。</li>
</ol>2. 样品转移到真空
<ol><li>将 SH 从孔比帕克装载到传输块<ol>
<li>将已经填充了空转移块的块圆盘的底部（图3H）放在泡沫容器中液氮内的支撑底座上（图3J-b）。 注：转移块的方向对于真空容器内样品转移的准确性非常重要。因此，应将块放置在块冰球底座上，确保 图3D 中标有箭头的销钉位于块的左侧。</li>
		<li>将小瓶圆盘放入装有液氮的泡沫容器中，确保圆盘的底部固定在泡沫容器内的磁性支架上（图3J-a）。</li>
		<li>在液氮中预冷所有必要的工具。使用 图3G 所示的圆盘分离器工具在高设置 H 上将盖子与底座分开，使底座保持连接到磁性支架上，并且SHs暴露在液氮中。</li>
		<li>要从其适配器中取出每个 SH，请使用分离器棒（图 3F）从梳子底座中取出 SH，然后放入图 3J-b 中转盘水平位置的传输块的适当位置。<ol>
<li>将分离器棒放在SH +适配器上，尽可能向下，确保棒是垂直的，以避免接触样品。</li>
			<li>用拇指向下移动分离器棒上的小拉杆，直到它发出咔哒声，以将 SH 固定在内部，然后从适配器中拉出 SH。</li>
			<li>将分离器降低到所需的块位置，确保三个插脚中的一个适合块的中央孔。</li>
			<li>通过向上移动拉杆来释放SH。对每个 SH 重复这些步骤。</li>
		</ol>
</li>
		<li>要将样本加载到下一个样本块中，请使用轮播键工具（图3E）将空块旋转到水平位置。</li>
		<li>使用低设置L将图3G中所示的圆盘分离器工具顺时针拧紧，将圆盘的盖子连接到圆盘的盖子上。</li>
		<li>转移所有SHs后，要关闭块状圆盘，请将盖子放入液氮中并等待温度平衡，然后将盖子安装在底座上， 如图3I所示。连接分离器工具后，轻轻抬起以从转盘中释放。</li>
		<li>在此阶段，块状圆盘可以转移到CTS（图4B）或液氮储存杜瓦瓶中。</li>
	</ol></li>
	<li>将输送块装载到真空容器中<ol><li>确保穿梭车已牢固地连接到工作站。打开氮气和空气阀，确保气体流动。打开云审计服务。</li>
		<li>如果显示屏上没有明显的警告消息，请继续用液氮冷却浴槽和穿梭机。将提供的漏斗放在穿梭机上的填充口中，然后缓慢地将液氮倒入漏斗中，同时监测屏幕上的水平。当指示灯从红色变为蓝色时停止。 注意：当触摸屏上显示的冷座温度低于 100 K 时，穿梭车即可使用。样品站浴槽可以使用正确的漏斗同时填充到浴槽壁上标记的水平或液氮液位显示上的100%。在整个操作过程中应持续监测液氮水平和温度传感器;需要多次充值。</li>
		<li>一旦梭子冷座温度低于100 K，并且梭子和浴槽上的液氮水平稳定下来，使用连接的圆盘分离器工具将块圆盘从液氮转移到CTS浴槽。取下块状冰球的盖子，然后合上CTS浴缸的盖子。</li>
		<li>要将模块引入穿梭机，请按显示屏上的" 打开穿梭阀 "按钮打开 CTS 阀（如果尚未打开）。通过顺时针旋转90°来解锁穿梭手柄，并将其推向浴缸，以便手柄上的引导轨道强制执行向浴缸的正确行进路径。一旦浴缸内可见块盖，请让盖子冷却。在盖子周围的液氮冒泡停止后，前进到转移块。</li>
		<li>要将传输块锁定到穿梭机上，请顺时针旋转手柄 180°。</li>
		<li>将手柄缩回原来的靠背位置，然后逆时针旋转 90° 将其"锁定"到位。</li>
		<li>在显示屏上按 Close Shuttle Valve & Pump 以开始穿梭车疏散。</li>
		<li>一旦触摸屏上显示 "Shuttle 准备分离" 消息，请按下穿梭车下方的拉杆，然后使用顶部的手柄小心地将其抬起。</li>
		<li>将穿梭机直立到真空端站上的气闸上。</li>
		<li>将穿梭机连接到真空端站上的气闸上。 注：牢固连接后，端站上的触摸屏将确认穿梭机的状态并互锁。</li>
		<li>通过按下触摸屏上的相应按钮并将样品酒店移动到正确的装载位置，选择容器内的空块位置。</li>
		<li>一旦示例酒店就位， "打开 "按钮将变为活动状态。按下此按钮可启动真空联锁序列。 注：泵将启动，进度将显示在监视器上。这最多可能需要两分钟才能完成。</li>
		<li>序列完成后，状态将更改为 "气闸打开，正在进行传输"。顺时针旋转手柄90°以解锁杆，然后轻轻地将杆推入容器中，以便引导轨道再次执行正确的行进路径，以朝向样品酒店位置。使用屏幕上显示的视频源进行指导，慢慢地将块插入酒店，确保触摸显示屏上的块位置灯被激活。激活后，逆时针旋转手柄180°以释放块，然后将杆从容器中拉出。完全缩回后，逆时针旋转手柄90°以锁定杆。</li>
		<li>锁定杆后， "关闭 "按钮将变为活动状态。按下此按钮关闭端站真空阀，并将航天飞机和容器之间的空间排出到大气压，等待长达20秒即可完成。</li>
		<li>等待显示屏显示状态正常，以便在序列完成后 删除穿梭机 。此时，请卸下穿梭机，然后返回 CTS 以对下一个块重复该过程。</li>
		<li>要准备下一个块以进行转移，请在浴缸内旋转块冰球。将亚克力盖顶部的内置旋转 键 向下推入块冰球中心的 锁 中。按住它的同时，转动 钥匙 将所需的块定位在拾取位置。</li>
		<li>转移完所有模块后，确保穿梭阀在安装在 CTS 上时处于打开状态。按下触摸屏上的 烘烤 按钮，同时选择 浴 槽和 梭子，然后按 烘烤键。 注意：这会加热穿梭机和浴槽，以蒸发液氮，随后在下次使用之前蒸发任何积聚的冰/冷凝物。一旦烘烤开始，气体和空气就可以关闭。</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol>
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目前的方案已经开发，以符合光束线I23上真空长波长MX实验的样品制备要求。在过去的一年里，它一直在光束线上使用，并为多个项目的成功完成做出了贡献。正如这里介绍的结果所示，该协议能够安全可靠地将样品转移到真空终端站，同时保持其衍射质量。这是光束线操作的一个重要方面，并将伴随着光束线工作人员的面对面用户培训。值得强调的是，其中一些步骤对于成功和安全完成该程序至关重要：将样品从combipuck碱基转移到样品块需要准确性和注意力，以避免损坏样品（见步骤2.1.4）;监测所有阶段的液氮水平对于防止样品暴露在空气中或与未适当冷却的部件密切接触非常重要（2.1.3和2.2.2）;等到 Close 序列 （2.2.14） 完全完成，然后再从终点站 （2.2.15） 移除穿梭机，以避免终端站真空度下降。
该协议的概念是与旨在开发用于将蛋白质晶体转移到真空环境的专用设备的工程工作一起启动的。该项目的最终产品是CTS和上述相关的样品处理工具。CTS是对其前身徕卡EM VCT10014的重大改进，并消除了多种限制，例如在转移过程中缺乏样品屏蔽和真空环境，液氮浴内部积聚冰，以及缺乏直观的用户界面和安全功能。CTS改善用户体验的其他功能包括穿梭车和样品站内部的温度和液氮水平监测，同时容纳四个模块的更大容量浴，而不是一个，以及用于穿梭机操作的自导机制。CTS完全集成到光束线控制系统中，具有用户友好的触摸屏界面，并在与终端站连接时增强了真空和机械安全性。
Beamline I23是同类产品中第一台长波长MX同步加速器仪器，因此，将蛋白质晶体引入高真空环境并将其储存在低温下需要付出相当大的努力。对样品制备工具和方案的改进，以及简化流程的努力正在进行中。作为用户支持的一部分，光束线工作人员随时可以协助进行故障排除。其中一种情况的一个例子是损害真空系统完整性的问题，导致难以将航天飞机连接到CTS或终点站气闸或从CTS或终点站气闸中取出。每周和每天执行不同级别的测试，用户培训将涵盖额外的检查，以避免潜在的故障，例如对穿梭车连接的接口上的O形圈进行目视检查。虽然真空环境提供了在其他光束线无法触及的波长范围内进行衍射实验的机会，但额外的转移步骤降低了整体样品通量。
手动转印每个转印块只有四个样品，真空容器内最多五个样品块，总容量限制为20个样品。因此，对于样品到样品变异性的项目，应在钻石高通量光束线上预先筛选样品，然后只转移最有希望的样品，以便随后进行优化的长波长实验。虽然样品架和转移块与几年前首次推出时相比没有变化，但这里介绍的处理工具都是新的发展。I23 专用样品架由于其在光束线冷却概念中的作用而一成不变。因此，样品处理工具的设计旨在将这种新型支架与MX用户社区长期采用的标准商用工具（例如梳子，水晶收获棒和干式托运人运输系统）联系起来。他们的设计涉及与用户社区的重要协商，需要多次迭代才能完成。这里介绍的设备、工具和实验方案代表了一个简单而强大的系统，用于在金刚石光源的光束线I23上进行实验的用户样品转移。这种用于真空中长波长大分子晶体学的仪器为结构生物学开辟了新的机会。

长波长X射线衍射用于利用大分子中原生存在的特定光原子的异常散射特性。这有助于解决晶体相问题，并明确确认这些元素在大分子中的身份和位置。在大分子晶体学的早期，通过多个同构替换1解决了从头结构，但随着同步加速器上可调谐X射线光束线的出现，基于多波长和单波长（SAD）异常衍射技术的实验相位已成为主要方法2.这两种方法历来都依赖于来自重金属的同构或异常信号，这些信号需要通过共结晶或晶体浸泡人工引入晶体3。试错法和不可预测的结果可能会使这些实验令人沮丧地耗时。在蛋白质表达过程中掺入硒-蛋氨酸4是克服这些限制并利用短波长异常衍射的一种非常优雅的方法，尽管在真核蛋白表达系统中可能非常具有挑战性。
长波长MX对于通过天然SAD实验进行结构测定极具吸引力5，6，因为直接从成功的结晶试验中使用晶体而无需进一步处理。此外，获得具有高生物学重要性的元素（如钙，钾，氯，硫和磷）的吸收边缘，为直接识别这些元素在大分子中的位置提供了机会7，8，9，10。在中低分辨率下，基于2Fo-Fc电子密度和化学环境的元素分配可能很困难，特别是对于具有相似电子数或具有部分占用的弱结合离子的元素。这些模糊性可以通过收集感兴趣元素的吸收边缘下方和上方的数据并解释生成的模型相位异常差傅里叶图来解决11，12。在这些图中定位硫原子位置也有助于将模型构建成低分辨率电子密度图13。这些光元素的吸收边缘在λ = 3和6 Å之间的波长处观察到（见图1，顶部）。该波长范围远远超出了任何同步加速器MX光束线的能力，并且在此范围内高效运行需要克服一些技术挑战，如下所述。
英国钻石光源的光束线I23是一种独特的仪器，专门设计用于促进长波长MX实验，可在λ = 1.13至5.9 Å之间的波长范围内可调（能量范围在E = 2.1和11 keV之间）。通过在高真空环境中工作14，消除了空气吸收和散射，从而提高了衍射实验的效率和信噪比。大型真空终端站包含样品环境的所有组件，包括半圆柱形 Pilatus 12M 探测器、多轴测角仪、在线查看和准直系统，以及用于样品转移和存储的定制设备（图 2）。每台设备都经过优化，以确保可以收集最高质量的长波长数据。弯曲的Pilatus 12M探测器可以收集到2θ = ±100°的衍射角，即使在最长波长下也能获得足够高分辨率的衍射数据（图1，底部）。120 个探测器模块经过专门选择，可实现低能耗兼容性，并提供额外的超高增益模式校准。
可能的最低探测器阈值为1.8 keV，对于低于3.6 keV的能量，导致角和边缘效应增加，并且在最长波长下的数据质量受损，特别是对于低镶嵌度晶体。在计划实验时，需要考虑这种效应与探测器量子效率的降低15 相结合。多轴测角仪能够重新定向晶体，以允许数据收集策略，最大限度地提高异常信号的质量和强度，以及收集的异常数据的完整性。样品吸收是实验的限制因素，特别是在最长波长下。在常用的 MX 处理软件包 16，17 中实现的吸收校正在 3 Å 左右的波长下工作良好。较长的波长需要基于层析成像重建18 或激光烧蚀的分析吸收校正，以去除非衍射材料并将晶体切割成明确定义的形状19。后者还将有助于减小较大晶体的尺寸，因为较长波长的X射线衍射实验对于较小的晶体更有效14。在数据收集过程中将样品保持在低温下的挑战通过传导冷却来解决，因为使用开流冷气流设备与真空环境不兼容。因此，需要导热材料（如铜）将样品连接到脉冲管低温冷却器。整个MX中使用的不锈钢SPINE标准引脚以及任何其他市售样品安装座都不适合真空长波长MX，因为它们的导热性差。
用于真空 MX 的样品架 （SHs） 必须是散热热通道的重要组成部分（图 3A）。因此，它们由导热铜体和引脚组成，并包括两个重要特征：坚固的磁铁底座，以确保与冷测角仪头的充分热链接，以及由聚酰亚胺制成的样品安装座，以最大限度地减少X射线吸收和散射20。已作出努力，确保晶体采集和闪蒸冷却的用户体验与标准 MX 实践的用户体验几乎相同。由于专用的 I23 SC 不与其他同步加速器光束线直接兼容，因此使用不锈钢适配器与其他 MX 光束线上的晶体采集磁棒和现有测角仪接口兼容（图 3B）。如果样品变化需要快速预筛选以选择最佳衍射晶体，则该适配器对于利用其他 Diamond MX 光束线上的自动化设施也很重要，这些光束线基于 ALS 型机器人夹持器头21 和单枕式底座布局22。样品制备和上样方案可分为两个阶段：
第1阶段：收集晶体并由用户在自己的实验室中进行速冻
在评估项目是否适合I23数据收集后，将带有与晶体尺寸相匹配的环路（预组装有适配器）的样品架送到用户实验室进行晶体采集。为防止任何损坏，不应将SHs和适配器分开，并作为一个单元使用，以便使用标准水晶收集磁棒用适当大小的环捕获晶体。与MX中常见的一样，该任务在显微镜下手动执行，晶体立即在带有液氮的泡沫杜瓦瓶中闪蒸冷却23。由于磁力不匹配，SHs目前与单气压不兼容。存储和运输是使用组合（参见 材料表）实现的，这些组合可根据用户要求与兼容的干式托运人插件一起使用（图3C）。这些圆盘与广泛使用的单气囊共享相同的底板，并允许在其他 Diamond MX 光束线上快速预筛选样品。目前，将此设备借给用户是最好的安排，直到定制的样品架在商业上可用。运输到光束线需要MX社区中使用的标准干式托运人。
第2阶段：将冷冻冷却的样品转移到真空终端站
一旦样品到达光束线，它们就准备好转移到真空终端站中。这涉及从梳子中去除SHs并从适配器中分离。在冷冻电子显微镜领域，通常将生物样品引入真空中。一些完善的概念适用于I23样品转移。简而言之，SHs在液氮下转移到转移块上（图3D）。这些块具有优异的导热性和显着的热质量，可防止晶体在真空中达到玻璃化转变温度。在液氮作用下，将多达四个块（每个样品容量为四个样品）加载到块状圆盘中（图3H），该圆盘用于将样品转移到低温转移系统（CTS）或用于在实验之间储存在液氮杜瓦瓶中。
在金刚石光源开发的低温转移系统由两个子组件组成，即样品站和穿梭机（图4A）。样品站由用于临时储存蛋白质晶体的液氮浴组成，并具有确保安全性并允许用户友好体验的特定功能（图5）。CTS由可编程逻辑控制器通过用户友好的触摸屏界面控制。样品站内置了发光二极管，以实现更好的可视化，并且一组加热器在闭环中控制，以便在样品转移后自动干燥液氮浴。它还具有各种传感器，以确保系统的安全性和高效运行。样品站具有定制的硬件，可提供可靠的电气接口，以便与穿梭车进行交互以进行操作，例如泵送至粗糙的真空以进行样品转移，以及监测穿梭车内的液氮水平和温度。
穿梭车（图6）是一种便携式设备，用于从样品站液氮浴中拾取转移块，并将其在低温和真空环境中转移到终点站。它包括液氮杜瓦瓶，用于在转移过程中保持样品低温，杜瓦瓶中的液位监控，以及用于操作和用户安全的各种传感器。传输臂配有磁力驱动装置，并包括机加工槽，可指导用户将传输块安全地装载和卸载到端站中。从航天飞机到真空容器的转移是通过气闸进行的。气闸是终点站上航天飞机的接口，用于在打开航天飞机和终点站真空阀之前疏散航天飞机和终点站之间的间隙。泵送和排气顺序是完全自动化的，可以通过带有用户友好界面的大型触摸屏进行操作（图4C）。目前的协议用于将thaumatin晶体转移到真空终端站进行数据收集。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>12M detector</td>
			<td>Dectris, Switzerland</td>
			<td></td>
			<td>single-photon-counting X-ray detector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CombiPuck</td>
			<td>MiTeGen</td>
			<td>SKU: M-CBP-P1</td>
			<td>Cryopucks used for cryogenic storage and transport of I23 samples holders and samples</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Crystal-harvesting magnetic wand</td>
			<td>Molecular Dimensions</td>
			<td>MD7-411</td>
			<td>Used for harvesting crystal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dry Shipper (CX100)</td>
			<td>Molecular Dimensions</td>
			<td>MD7-21</td>
			<td>Used for cryogenic storage and transport of I23 samples holders and samples</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dry shipper insert (CombiPuck Transport Cane)</td>
			<td>MiTeGen</td>
			<td>SKU: M-CBP-PTC1</td>
			<td>Used for cryogenic storage and transport of I23 samples holders and samples</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kapton polyimide</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>sample mount made of Kapton polyimide</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Perpsex lid</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>acrylic lid with built-in rotation key</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thaumatin powder</td>
			<td>&#160;Sigma-Aldrich</td>
			<td>T7638</td>
			<td>Used for production of thaumatin crystals by vapour diffusion</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

sample preparation and transfer protocol for in-vacuum long-wavelength crystallography on beamline i23 at diamond light source

长波长大分子晶体学（MX）利用元素的异常散射特性，例如硫，磷，钾，氯或钙，这些元素通常天然存在于大分子中。这使得蛋白质和核酸的直接结构溶液能够通过实验阶段实现，而无需额外的标记。为了消除X射线在这种波长条件下的显着空气吸收，这些实验在真空环境中进行。英国Diamond Light Source的Beamline I23是同类产品中的第一台同步加速器仪器，专为MX实验而设计和优化，波长范围为5 Å。 
为了实现这一点，一个大型真空容器封闭了样品环境的所有终端站组件。在真空中储存和数据收集期间将样品保持在低温下的必要性需要使用导热样品架。这有助于有效地散热，以确保样品冷却到大约50 K。目前的协议描述了用于样品制备和在光束线上将样品转移到真空中的程序。为了确保大分子晶体学界已经建立的实践和方法的一致性，样品冷却到液氮温度可以在配备标准MX工具的任何实验室环境中进行。 
样品的低温储存和运输只需要标准的市售设备。需要专门的设备将低温冷却的晶体从液氮转移到真空终端站。内部开发了定制的样品处理工具和专用的低温转移系统（CTS）。在使用该方案制备的样品上收集的衍射数据显示出色的合并统计数据，表明样品的质量在过程中保持不变。这为真空中MX在超出标准同步加速器光束线的波长范围内提供了独特的机会。

使用上述方案将thaumatin晶体引入真空终端站。在2.7552 Å（E = 4500 eV）的波长下收集衍射数据，作为3600张图像，每张图像的旋转增量为0.1°和0.1 s曝光。光束尺寸调整为150μm x 150μm，透射率降低到10%，相应的通量测量值为7.1 x 109 光子/秒。选择 λ = 2.7552 Å 是基于异常信号和样品吸收效应的增加与分辨率降低到更长波长之间的折衷。虽然不接近硫的理论吸收边缘（λ= 5.0095 Å），但在这个波长下，对硫f"的散射因子的虚构贡献为1.57 e- ，与1.7和2 Å之间的波长相比，系数大1.6-2.1。由此产生的更强的异常信号允许为更具挑战性的项目成功进行S-SAD阶段。
已经在光束线上进行了各种困难的相位实验，并在该波长上收集了数据。虽然S-SAD的相位可以使用更短的波长，但这通常需要通过合并来自许多同构晶体的数据来构建异常信号，以达到超过10028的多重性值。由于在较长波长下具有增强的异常信号，因此在I23上解决的大多数相位项目只需要来自一个晶体的数据。代表性衍射图像如图7左图所示。使用Xia2-3dii29的数据处理产生了出色的合并统计数据，如表1所示。图7（右图）显示了来自thaumatin数据集的代表性衍射图像的一部分，并说明了布拉格反射周围的低背景，这有助于在真空设置中通常观察到的大I / σ（I）值，确保只有样品散射的X射线到达检测器。
1.8 Å的最大可实现分辨率取决于探测器的几何形状和所选的X射线辐射波长。数据集产生非常强的异常信号，反映在异常正态概率参数2.677的中斜率中，便于通过自动相位管道CRANK2进行结构求解。由此产生的电子密度图的高质量使CRANK231中的Buccaneer30模块能够成功自动构建模型，并正确放置100%的thaumatin氨基酸序列。使用ANODE11计算的相位异常差傅里叶图揭示了来自Cys159的16个非常有序的硫原子和一个硫原子，具有两种替代构象，表2中异常散射体位置处的峰的18个显着高度证实了这一点。thaumatin中的16个半胱氨酸残基形成8个二硫化物桥，这些桥在2Fo-Fc图中都清晰可见（图8）。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62364/62364fig01.jpg"> 图1：来自长波长MX实验的高分辨率衍射数据。 （A）f"值与能量的图，表示光束线I23上可触及的轻元素的吸收边缘。（B）P12M探测器角落可达到的最大能量分辨率。缩写：MX = 大分子晶体学。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62364/62364fig01large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62364/62364fig02.jpg"> 图2：通过真空容器的水平部分，带有端站的所有组件。 缩写：OAV = 轴上查看系统。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62364/62364fig02large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62364/62364fig03.jpg"> 图 3：样品处理工具。 （A） I23 样品架。（B） MX 脊柱标准销（左）位于带适配器的 I23 样品架旁边（右）。 （C） 带 I23 样品架的复合盖和底座（蓝色）。块冰球盖和底座与两个转移块（金色）。在后面可以看到与梳子和块状圆盘兼容的干式托运人手杖。 （D） 带有四个 I23 样品架的转移块。 （E） 用于旋转块冰球底座的关键工具。 （F） 分离棒。 （G） 带有两个箭头的冰球分隔器工具，显示高低设置。 （H） 块冰球底座，有四个空铜块。 （I） 块冰球的盖子。 （J） 带有所有必要工具的泡沫容器，用于将样品架从梳理底座转移到铜块。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62364/62364fig03large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62364/62364fig04.jpg"> 图 4：低温传输系统。（A）CTS样品站，带有穿梭车和用于填充的漏斗。（B） 一个带有两个转移块的块冰球，位于 CTS 内部。缩写：CTS = 低温传输系统。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62364/62364fig04large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62364/62364fig05.jpg"> 图5：低温转运系统样品站。 缩写： LED = 发光二极管;LN2 = 液氮。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62364/62364fig05large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62364/62364fig06.jpg"> 图6：低温传输系统穿梭车。 缩写： LED = 发光二极管;LN2 = 液氮。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62364/62364fig06large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62364/62364fig07.jpg"> 图7：衍射图像。左图是 来自在thaumatin晶体上收集的数据集的衍射图像。 右图是一个衍射光斑，周围环绕着低计数的背景像素。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62364/62364fig07large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62364/62364fig08.jpg"> 图 8：具有自动管道 CRANK2 的 Thaumatin 结构解（默认设置，无后续细化）。（A） 在阳极中计算的 Thaumatin 概述，2Fo-Fc 映射为 1.6σ（蓝色），相位异常差傅里叶映射在 5σ 处计算（绿色）。（B）thaumatin的概述仅显示5σ处的相位异常差分傅里叶图。（C）Thaumatin中存在的二硫化物桥的特写视图，2Fo-Fc图为1.6σ（蓝色），相位异常差傅里叶图为5σ。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62364/62364fig08large.jpg" target="_blank">请点击此处查看此图的放大版本。</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>名字</td>
			<td>索马汀</td>
		</tr>
<tr>
<td>数据收集波长 （Å） （能量 （eV））</td>
			<td>2.7552 (4500)</td>
		</tr>
<tr>
<td>图像数量 x 楔块大小 （°）</td>
			<td>约3600 x 0.1</td>
		</tr>
<tr>
<td>空间组</td>
			<td>
P 41212</td>
		</tr>
<tr>
<td>单元单元常数</td>
			<td></td>
		</tr>
<tr>
<td>（a = b， c）（Å）</td>
			<td>57.8, 150.2</td>
		</tr>
<tr>
<td>(α = β = γ)(°)</td>
			<td>90</td>
		</tr>
<tr>
<td>分辨率 （Å）</td>
			<td>150.22–1.80 (1.84–1.80)</td>
		</tr>
<tr>
<td>完整性</td>
			<td>96.3 (81.1)</td>
		</tr>
<tr>
<td>断续器</td>
			<td>36.48</td>
		</tr>
<tr>
<td>Rmeas</td>
			<td>0.042 (0.118)</td>
		</tr>
<tr>
<td>Rpim</td>
			<td>0.01 (0.049)</td>
		</tr>
<tr>
<td>CC1/2</td>
			<td>1 (0.989)</td>
		</tr>
<tr>
<td>I/σ（I）</td>
			<td>57.9 (14.7)</td>
		</tr>
<tr>
<td>多样性</td>
			<td>15.0 (5.4)</td>
		</tr>
<tr>
<td>中坡</td>
			<td>2.677</td>
		</tr>
</tbody></table>表1：Thaumatin在光束线I23，DLS处2.755 Å波长的数据收集和处理统计数据。对于分辨率、完整性，Rmerge、Rmeas、Rpim、CC1/2、I/σ（I） 和多重性，高分辨率 shell 显示在括号中。缩写：DLS = 钻石光源。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>最近的原子</td>
			<td>峰高（西格玛）</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS9</td>
			<td>25.83</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS56</td>
			<td>25.03</td>
		</tr>
<tr>
<td>MET112</td>
			<td>24.54</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS149</td>
			<td>24.37</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS126</td>
			<td>24.21</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS145</td>
			<td>24.2</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS134</td>
			<td>23.6</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS177</td>
			<td>23.48</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS204</td>
			<td>23.43</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS66</td>
			<td>23.17</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS164</td>
			<td>22.54</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS193</td>
			<td>22.15</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS158</td>
			<td>21.51</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS77</td>
			<td>21.21</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS121</td>
			<td>20.8</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS71</td>
			<td>19.17</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS159_1</td>
			<td>12.27</td>
		</tr>
<tr>
<td>CYS159_2</td>
			<td>8.34</td>
		</tr>
</tbody></table>表 2：异常差傅里叶地图峰高，由阳极使用 CRANK2 的分阶段和自动构建模型计算得出。

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Sample Preparation and Transfer Protocol for In-Vacuum Long-Wavelength Crystallography on Beamline I23 at Diamond Light Source

在这里，我们提出了一种用于低温样品制备和将晶体转移到金刚石光源光束线I23上的真空终端站的方案，用于长波长高分子X射线晶体学实验。

金刚石光源下光束线I23真空长波长晶体学的样品制备和转移实验方案

Long-wavelength macromolecular crystallography (MX) exploits the anomalous scattering properties of elements, such as sulfur, phosphorus, potassium, ...

长波长大分子晶体学利用蛋白质和核酸中天然存在的光原子的异常信号。该技术用于实验解决晶体学面问题，并确定这些元素的身份和位置。钻石光源的光束线I23是一种独特的同步加速器仪器，针对长达五埃的长波长实验进行了优化。它允许访问具有高生物学相关性的元素的吸收边缘，例如钙，钾，氯，硫和磷。由于在长波长条件下空气对X射线的显着吸收，这些实验是在真空环境中进行的。为了将样品保持在真空环境中的低温，晶体安装在专用的导热样品架上。从液氮到真空终端站的低温样品转移与低温电子显微镜中使用的技术非常相似。该协议介绍了使用金刚石光源开发的工具和设备将晶体转移到真空环境中的程序。首先将盖子与CombiPuck的底部分开，使样品架保持附着在底座上，并将小瓶保留在盖子中。将盖子与小瓶浸入液氮中，然后将样品架和适配器连接到磁棒上并收获晶体。将每个样品直接冲洗到CombiPuck中，并注意样品位置。要关闭冰球，请使用冰球棒将底座连接到盖子上。将CombiPuck从液氮转移到干式托运人或储存。将已经填充了空转移块的块状冰球的底部放在泡沫容器中的支撑底座上，然后填充液氮。然后，将CombiPuck放入充满液氮的泡沫容器中，确保冰球的底部固定在泡沫容器内的磁性支架上。在液氮中预冷所有必要的工具。然后，在高设置下使用圆盘分离器工具将盖子与底座分开，使底座保持附着在磁性支架上，将样品支架暴露在液氮中。将分离器棒放在样品架和适配器上，尽可能向下，确保棒是垂直的。用拇指向下移动分离器棒上的小拉杆，直到它发出咔哒声以将样品架固定在内部，然后从适配器中拉出样品架。将分离器降低到所需的传输块位置，确保三个插脚中的一个适合传输块的中心孔。通过向上移动拉杆来释放样品架。要将样本加载到下一个传输块中，请使用轮播键工具将空传输块旋转到水平位置。转移所有样品架后，通过将盖子置于液氮中来关闭块状圆盘。等待温度平衡，然后将盖子盖在底座上并轻轻提起以从转盘中释放出来。将班车连接到车站。打开氮气和空气阀，确保气体流动。然后，打开云审计系统。用液氮冷却浴槽和梭子。将提供的漏斗放在穿梭机上的灌装口中，然后缓慢地将液氮倒入漏斗中，同时监测屏幕上的水平。当指示灯从红色变为蓝色时停止。使用漏斗用液氮填充浴槽。使用随附的圆盘分离器工具将块状圆盘从液氮转移到CTS浴槽。取下块状冰球的盖子，然后合上CTS浴缸的盖子。要将转移块引入航天飞机，请顺时针旋转90度以解锁航天飞机手柄，然后将其推向浴缸，以便手柄上的引导轨道强制执行正确的行驶路径。冷却块盖后，向前推进手柄以将块引入穿梭机。要将传输块锁定到穿梭机上，请将手柄顺时针旋转 180 度。将手柄缩回原来的后部位置，并通过逆时针旋转 90 度将其锁定到位。按显示屏上的关闭穿梭阀泵以开始穿梭阀抽真空。一旦消息 Shuttle 准备移动和不要移动杆，阀门关闭显示在触摸屏上，按下穿梭车下方的拉杆，然后使用顶部的手柄小心地抬起它。将穿梭机直立到真空端站上的气闸上并安装。通过按下触摸屏上的相应按钮并将样品酒店移动到正确的装载位置，选择容器内的空块位置。一旦样品酒店就位，按"打开"按钮启动真空联锁序列。序列完成后，状态更改为气闸打开，在穿梭车中，顺时针旋转手柄90度以解锁杆。轻轻地将杆推入容器中，以便引导轨道执行前往样品酒店的正确路径。使用屏幕上显示的视频源缓慢地将转移块插入酒店以获得指导，确保触摸显示屏上的块位置图标已激活。激活后，逆时针旋转手柄180度，以释放传输块并将杆拉出容器。完全缩回后，逆时针旋转手柄 90 度以锁定杆。按下"关闭"按钮关闭终端站真空阀，并将穿梭车和容器之间的空间排出到大气压。当气闸显示屏显示"OK"状态以分离时，卸下穿梭机。将穿梭车返回CTS浴槽，然后按打开穿梭阀以在上样前排空穿梭机。一旦红绿灯为绿色并显示"OK"移动杆消息，就可以将下一个转机块引入穿梭车。要准备下一个转移块，请在浴缸内旋转块冰球。将亚克力盖顶部的内置旋转键向下推入块冰球中心的锁中。按住它的同时，转动钥匙将所需的传输块定位在拾音器位置。转移完所有块后，确保穿梭阀已打开，按触摸屏上的"烘烤"按钮，同时选择"浴"和"穿梭机"，然后按"开始烘烤"。金刚石光源处的长波长大分子晶体学光束线 I23 可以接触到具有高生物重要性的元素（如钙、钾、氯、硫和磷）的吸收边缘，从而产生增强的异常信号，可用于在大分子内对这些元素进行相位或定位。从波长为2.75埃的单个thaumatin晶体收集衍射数据，选择作为增加的异常信号和更长波长下的样品吸收效应之间的折衷。真空设置确保只有样品散射的X射线到达探测器，从而在布拉格反射周围提供低背景。数据集产生非常强的异常信号，通过自动相位管道CRANK2进行结构求解。所得电子密度图的高质量使得成功的自动模型构建成为可能，并正确放置了100%的thaumatin氨基酸序列。thaumatin中的16个半胱氨酸残基形成八个二硫桥，这些桥在电子密度图中都清晰可见。由于真空中长波长蛋白质晶体学是一个新领域，我们开发了新的样品处理工具和设备。该协议指导用户将样品安全地转移到金刚石光源光束线I23上的真空终端站。真空环境为在其他光束线无法达到的波长范围内进行衍射实验提供了独特的机会。长波长X射线晶体学能够直接从天然晶体中对大分子进行实验阶段。它还允许明确地鉴定与分子结合的离子。

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Fixed Target Serial Data Collection at Diamond Light Source

金刚石光源的固定目标串行数据收集

Serial data collection is a relatively new technique for synchrotron users. A user manual for fixed target data collection at I24, Diamond Light Source is ...

Workflow and Tools for Crystallographic Fragment Screening at the Helmholtz-Zentrum Berlin

赫尔姆霍尔茨-曾特鲁姆柏林水晶碎片筛选工作流程和工具

Fragment screening is a technique that helps to identify promising starting points for ligand design. Given that crystals of the target protein are ...

A Sample Preparation Pipeline for Microcrystals at the VMXm Beamline

VMXm 光束线微晶样品制备管道

The mounting of microcrystals (&#60;10 &#181;m) for single crystal cryo-crystallography presents a non-trivial challenge. Improvements in data quality ...

Preparing Lamellae from Vitreous Biological Samples Using a Dual-Beam Scanning Electron Microscope for Cryo-Electron Tomography

使用双光束扫描电子显微镜从玻璃体生物样品制备薄片进行冷冻电子断层扫描

Presented here is a protocol for preparing cryo-lamellae from plunge-frozen grids of Plasmodium falciparum-infected&#160;human erythrocytes, which could ...