摘要：硬X射线自由电子激光装置3.9 GHz超导高频腔调谐器运行在真空、低温以及辐射等严苛环境下,通过精密调节机构对腔体施加纵向拉力,改变腔体尺寸,实现频率的精确控制。针对调谐器在严苛环境中如何实现高精度调节提出了整机设计思路,采用同轴叶片式结构,结合理论计算和仿真分析,确定叶片的尺寸及数量,保证设计上满足强度、刚度、稳定性及调节范围等性能参数要求。严格控制加工制造工艺及尺寸精度,避免结构因刚度的非对称性造成扭转。对简化的叶片组件进行疲劳测试,确认焊接结构满足运行寿命需求。对关键元件进行辐射测试,保证结构能在辐射环境中正常运行。进行整机仿真分析和样机常、低温下的运动测试,进一步验证结构在模拟运行环境下的精密调节性能。全文通过理论计算、仿真分析及样机制造与测试三方面的工作,确保该同轴叶片式调谐器结构设计满足3.9 GHz超导高频腔在严苛环境下的精密调谐要求,为后续超导腔系统水平测试、工程设计定型打下了基础。

摘要：细菌生物膜是细菌为了抵御恶劣环境,聚集生长并分泌多糖、蛋白质和胞外脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid,DNA)等大分子形成胞外基质包裹自身形成的结构。在合成生物学领域,通过不同基因电路调控细菌特定蛋白的表达,可将生物膜改造成多种不同功能的活体材料。然而,生物膜具有粘弹性,机械性能较弱,限制其在可穿戴设备、涂层及建筑材料方面的应用。本研究选取枯草芽孢杆菌为模式生物,通过融合蛋白TasA-n16N的表达和传统碳酸钙矿化方法相结合,将固相培养的工程生物膜制备为块状凝胶。流变学测试显示,表达了融合蛋白的生物膜形成块状凝胶后,其机械性能增强;同步辐射X射线透射显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜的表征观察发现,生物膜内部细菌结构完整且保持活性。该方法为生物膜的仿生矿化及活体功能材料的设计和制备研究提供了新思路。

摘要：综述了脂质-DNA复合结构的设计、可控制备和结构特性;并重点讨论其在膜生物学中的应用,包括对活细胞膜的动态分析、膜上纳米孔道的构建、对活细胞的空间排布与相互作用调控以及活体药物递送等;总结了该领域存在的一些挑战,并对未来发展进行了展望.利用这些精确可控的脂质-DNA复合结构,研究者可以更深入地理解细胞膜在分子尺度上的工作原理,实现对细胞膜功能的精确调控,为细胞成像诊断、纳米机器与人工细胞构建等应用提供有力的工具.

摘要：X射线荧光成像是一种可无损获得样品内部元素空间分布信息的实验技术,可分为荧光mapping扫描成像与荧光CT成像,其空间分辨率由X射线聚焦束斑的大小决定。上海光源成像线站已建立X射线荧光成像系统并对用户开放,在多个领域取得较好的研究成果,该系统基于狭缝限束获取微束X射线,束斑为150μm,限制了该方法的广泛应用。椭球聚焦镜是反射面为椭球面的单次反射单毛细管光学元件,基于全反射原理,具有反射效率高、工作距离长、接收角宽、适用X射线能量范围宽、体积小等优点,已应用到X射线聚焦、全场纳米成像等领域。由于对面型精度的要求较高,制备椭球聚焦镜难度较大。为满足广大用户对微束荧光成像的需求,自行设计并成功研制了针对微束荧光成像系统的单毛细管椭球镜,并对其进行了X射线聚焦性能检测,结果显示可获得14μm聚焦光斑,焦点处增益可达255倍。基于自主研制的椭球镜,在上海光源BL13W搭建微束X射线荧光成像系统,并开展了微束荧光mapping成像与微束荧光CT实验研究:(1)对中风鼠脑切片的荧光mapping扫描成像,得到中风鼠脑中微量元素铜、铁、钙与锌的元素分布荧光光谱图;(2)对鼠脑及毛细管中浓度为0.5 mg·L^-1的标准砷溶液进行同步辐射微束X射线荧光CT成像,利用OSEM重构算法重构投影数据,获得了鼠脑中铜元素和毛细管中砷元素二维分布的切片图。两组实验表明,基于自行设计与研制的单毛细管椭球镜的微束X射线荧光成像系统,样品处的光通量密度增加,空间分辨率得到提高,单张荧光光谱的获取时间显著减少,同时也提高了系统的元素探测限。

摘要：相干X射线衍射成像方法是一种先进的成像技术,分辨率可达纳米量级.国际上大多数的同步辐射装置和自由电子激光装置都建立了该成像方法,并有将其作为主要成像技术的趋势.上海光源作为目前国内唯一的一台第三代同步辐射光源,尚未建立基于硬X射线的相干衍射成像实验平台.随着一批以波荡器为光源的光束线站投入使用,使得该方法的建立成为了可能.本文基于上海光源BL19U2生物小角散射线站,通过有效的光路设计,搭建了相干衍射实验平台,在12 keV和13.5 keV能量点均获得了硬X射线相干光束,并基于小孔衍射测量了入射光束的空间相干长度.该平台支持常规和扫描相干衍射实验模式,对小孔衍射图样及波带片扫描衍射图样实现了正确的相位重建,证明了该平台初步具备开展硬X射线相干衍射成像实验的能力.硬X射线相干衍射成像实验平台为国内首次建立,将为国内该实验方法的发展和应用提供有效的软硬件支持.

摘要：嵌入式染料的荧光各向异性在核酸分析、荧光探针构建和生物传感等领域具有重要的应用意义,而目前基于框架核酸的嵌入式染料的荧光各向异性的研究很少。本工作通过DNA序列设计精确调控DNA四面体(DNA Tetrahedrons,TDN)框架核酸的尺寸,利用同步辐射X射线小角散射表征DNA纳米结构,结合嵌入式染料SYBR Green I、DAPI和DiYO-1,构建了一系列TDN荧光各向异性探针,研究了TDN尺寸对探针荧光各向异性的影响。实验结果表明:对于单嵌入式SYBR Green I和DAPI,随着TDN尺寸增加,探针的荧光各向异性增加。对于双嵌入式DiYO-1,探针的荧光各向异性随着四面体棱长的增加先降低后增加。该研究表明通过精确调控TDN尺寸可以实现对荧光染料各向异性的调控,以框架核酸为载体的荧光各向异性探针有望成为一种新型的优异探针。

摘要：在建上海硬X射线自由电子激光装置(Shanghai high repetition rate XFEL and extreme light facility,SHINE)包含一台8 GeV的超导直线加速器,100 PW的激光系统,三条波荡线和10条实验线站。主加速器的第三磁压缩段(BC3段)有一调试用的束流收集桶,BC3段的调试电子流强为0.3μA、能量为7.7 GeV,束流功率为2.31 kW。本文从材料对7.7 GeV电子的能量吸收方面考虑,对束流收集桶的结构进行了确定。用ANSYS 17.0对束流收集桶的温度场进行了分析,结果证明在有表面空气自然对流换热的情况下,铝芯的最高温度为193.14℃,在束流收集桶坑道无外界换气的情况下,束流收集桶需要外围冷却水;用蒙特卡罗程序FLUKA对束流收集桶的活化进行了分析,保守假设束流收集桶连续注束2000 h。结果证明要保证停机1 h后,束流收集桶周围30 cm处的剩余辐射剂量小于25μSv/h,束流收集桶外围需要55~85 cm的混凝土屏蔽体;结果显示束流收集桶的剩余辐射剂量在30 min内衰减的非常快,这是由于刚停机时束流收集桶内产生的50%左右的放射性核素半衰期都小于10 min。