同步辐射生物大分子晶体学高通量实验控制与在线数据分析系统的建立及应用

同步辐射光源因其优异性能而成为蛋白质等生物大分子结构研究的重要工具。随着蛋白质结构解析需求的海量增长，提高实验效率的重要性日益显著；如何在有限的机时里得到更多地高质量数据成为所有用户最为关注的问题。由于同步辐射生物大分子晶体学实验环节繁复，用户的实验经验和专业水平往往在很大程度上决定着实验效率和数据质量。提高实验系统的自动化和智能化水平，减少人为干预程度，建立高通量的实验流程已成为所有同步辐射生物大分子晶体学实验站的努力方向。本项目适应同步辐射蛋白质晶体学发展需求，针对BSRF情况和生物大分子晶体学实验特点，在完善实验各个环节自动化程度并有效集成的基础上，建立一套高效实验控制与数据在线分析系统，简化操作过程，降低技术要求难度，减少人为干预程度，指导、帮助用户制定最优实验条件和实验策略，顺利完成数据采集及处理分析工作，显著提高实验效率，保证数据质量。

同步辐射生物大分子晶体学实验环节繁复，无论是束线调试、优化，还是用户实验操作和数据处理，涉及众多装备和仪器，因此人员的实验经验和专业水平往往在很大程度上决定着实验效率和数据质量。.本项目目的在于提高整个实验系统的自动化和智能化水平，尽量减少人为干预程度，建立高通量的束线控制和实验流程，帮助用户更好地开展实验，提高实验效率，保证数据质量。. 经过三年的工作，已基本按要求完成各部分工作，具体成果如下： .1）高自动化控制系统的建立及应用。对原有控制系统调光部分中的常用模块进行了完善和补充，在原相对姿态控制的基础上增加了绝对姿态控制；完善了调光模块，可直接方便、直观地对光学元件进行三维空间姿态调整；并在此基础上，部分实现自动调试功能；建立了初始化模块，可自动、方便、快速地完成众多部件的状态检测。开始EPICS控制系统的建立工作。.2）在线监控系统的建立及应用。本项目设计并建立了光束线站完整的在线监控系统，可以根据实际运行需要，自动对光束线各方面状态进行实时监测。监测对象涉及真空、冷却水、光学元件姿态、光束状态性能、实验站液氮状态等。为了解决长期制约BSRF运行效果的稳定性问题，项目执行期间围绕X射线束流位置监测器开展了多项工作，提出了使用双丝XBPM实现实时监测的方案并验证了可行性；初步搭建并测试了反射型XBPM；实现了在数据收集过程中监测光束能量的方法；设计安装了新型前端区XBPM，并取得较好测量结果。.3）数据库的建立及应用。分别选用Oracle和MySQL两款数据库技术，构建了生物大分子线站数据库，对束线和实验站关键数据进行静态和动态管理。.4）实验在线分析及控制系统。从硬件、软件等方面完善了荧光扫描系统；通过Hephaestus、chooch等软件包，帮助用户方便查询和处理相关能量扫描的数据；利用HKL2000的专用功能，协助用户在线确定测试样品的基本晶体学参数和衍射质量，并制定合适的实验策略。.5）在线数据处理与分析系统的建立及应用。本项目执行期间，实验站以配备了蛋白质结构解析的几乎所有软件，并建立了相应脚本连接，可以帮助用户完成从数据收集到最终的结构验证全过程。其中在关键的相位解析阶段，有MrBumP、AutoSol、Ipcas等全自动化解析软件，用户只需要输入极少量的参数就可能获得极高精度的初始模型，提高了结构解析的效率。