串行晶体学是一种近年来迅速发展的实验技术，它能够将一系列蛋白质晶体样品连续输送到X射线束中，从而在环境温度下从大量晶体中采集衍射数据。尽管已取得进展，串行晶体学在同步辐射平台上仍有相当大的发展潜力。目前，若干挑战制约着该技术的发展，包括大量微晶样品的制备、样品

　　串行晶体学是一种近年来迅速发展的实验技术，它能够将一系列蛋白质晶体样品连续输送到X射线束中，从而在环境温度下从大量晶体中采集衍射数据。尽管已取得进展，串行晶体学在同步辐射平台上仍有相当大的发展潜力。目前，若干挑战制约着该技术的发展，包括大量微晶样品的制备、样品输送方法、数据采集效率以及数据处理技术。本文介绍的装置旨在促进同步辐射光束线上的串行晶体学实验，通过在真空腔中进行电纺丝来降低平均通量，减轻空气电离对泰勒锥的影响，并在数据采集过程中提高泰勒锥的稳定性。研究人员利用该装置在上海同步辐射光源（SSRF）的光束线上成功获得了溶菌酶晶体的衍射图样。

　　结构生物学中，解析生物大分子结构对理解生命活动机制和合理药物设计至关重要。X射线衍射是应用最广泛的结构解析方法之一，但传统X射线晶体学受辐射损伤限制，通常需在100 K低温下进行以提高晶体辐射耐受性，并需晶体尺寸大于20 云开体育μm，这限制了许多难以生长优质大晶体的蛋白质研究。在环境温度下，蛋白质结构对辐射损伤更敏感，小晶体耐受性更差。X射线自由电子激光（XFEL）技术的出现，利用飞秒级X射线脉冲实现“衍射前不损伤”，使得室温、微米以下晶体的结构解析成为可能。2012年，利用串行飞秒晶体学（SFX）方法首次解析了1.9 ?分辨率的溶菌酶结构。然而，全球仅有约10台运行中的XFEL装置，而同步辐射设施拥有更多蛋白晶体学光束线（如上海同步辐射光源SSRF同时运行多达6条），若能发展基于同步辐射的串行晶体学技术，将极大利用现有实验资源。2014年Stellato等人验证了同步辐射串行晶体学原理上的可行性。串行晶体学需要高效、稳定的样品输送方法，目前常用方法包括固定靶扫描和流体相输送。流体相方法对时间分辨串行晶体学研究尤为有利，因此本研究选择电纺丝技术进行样品输送。

　　研究人员设计并搭建了一套适用于同步辐射光束线的真空电纺丝样品输送装置，并建立了单脉冲数据采集策略。该装置采用3D打印真空腔，以聚酰亚胺膜作为窗口材料，通过添加20%甘油和降温至0°C保证低真空度下纺丝液的稳定。利用高压电场形成泰勒锥，产生微米级射流，实现蛋白质晶体的连续输送。研究在SSRF的BL17UM和BL18U1光束线上开展实验，成功获取了溶菌酶晶体的衍射数据，首次在同步辐射光束线上验证了电纺丝装载技术的可行性。该研究为电纺丝串行晶体学在同步辐射环境中的应用奠定了实验基础和技术框架。论文发表在《Quantum Beam Science》。

　　本研究采用的关键技术包括：真空电纺丝样品输送平台（3D打印真空腔、微流注射泵、高压电源、真空泵与X射线斩波器组合）；单脉冲曝光策略（通过斩波器和快门的协同控制，将连续X射线转换为间隔脉冲，降低平均通量并减小空气电离对泰勒锥的干扰）；纺丝液配方优化（加入20%甘油、0°C低温，在10-4mbar真空度下维持溶液稳定）；高速相机监测液滴射流过程（确定有效曝光时间约0.4 ms）；使用CrystFEL软件对衍射数据进行索引处理。样品为浓度20 mg/mL的溶菌酶蛋白，晶体尺寸20–50 μm，经纺丝液稀释10倍后进入样品室。

　　在离束线mbar线 μL/min、电极距离4 mm时获得了稳定泰勒锥。高速相机（20,000帧/s）捕捉到泰勒锥尖端形成微米级液滴并穿过光路，液滴形成周期约1 ms，其中约0.4 ms为静置后开始加速的有效曝光时间。

　　通过对比不同厚度聚酰亚胺膜的线 μm膜变形后不可恢复，150 μm膜虽变形但能自行恢复，因此选用150 μm膜作为衍射窗、50 μm膜作为入射窗，总厚200 μm的膜透光率约为95.6%。真空腔在实验条件下可达到1×10

　　实验中观察到X射线开启后射流立即消失，泰勒锥变为圆形液面，原因是X射线电离空气干扰了电极间的电场分布。为减轻此影响，设计斩波器产生10 ms X射线.6 s、1.2 s、1.8 s以降低平均通量。测试结果表明，脉冲曝光模式下射流稳定性显著提高，真空间歇期可快速恢复稳定，最短间隔组也能保持良好的稳定性。

　　溶菌酶晶体悬浮于含20%甘油的池液中，通过微流泵注入，经四通管同轴汇合后进入真空腔电纺丝。利用同轴显微镜将X射线束对准泰勒锥尖端，在BL17UM和BL18U1光束线上采集衍射数据。经CrystFEL索引，共112套数据被判定为蛋白晶体，其中101个P格子、11个C格子，包括17个单斜、2个正交和93个三斜。然而，实际测定的晶胞参数仅有约20%满足溶菌酶四方晶系的理想条件（α=β=γ=90°），多数数据被误归为单斜或三斜。衍射图中大部分衍射点强度低（60–150），信噪比低于3。造成这一结果的主要原因是晶体曝光时间不足（有效曝光约0.4 ms），在常规同步辐射光通量下无法获得足够质量的衍射数据，导致软件拟合不准确，难以确定正确晶胞参数。

　　研究人员开发了同步辐射光束线专用的电纺丝样品装载真空室，并利用斩波器建立了单脉冲数据采集策略，有效解决了空气电离引起的装载过程不稳定问题。该装置成功实现了晶体样品的连续输送，并在同步辐射光束线上首次获得了电纺丝方式下的溶菌酶衍射图，为电纺丝装载技术在同步辐射环境中的应用提供了技术框架和实验基础。当前主要挑战在于同步辐射光束线有效X射线通量偏低导致的曝光时间不足，这使数据质量欠佳。与传统固定靶方法相比，电纺丝装载技术样品制备成本低，可连续获取大量数据集，提高采集效率；虽比气动虚拟喷嘴（GDVN）慢，但更匹配同步辐射通量特性；与高黏度喷嘴（HVE）相比，背景散射更低。随着第四代高亮度同步辐射设施的发展，电纺丝串行晶体学有望在更小微晶结构测定、室温蛋白结构分析及时间分辨研究中获得实际应用。