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空间微重力环境消除了自然对流,对生长蛋白质晶体有一定的优势,观测空间蛋白质晶体生长过程的晶体形貌和物质运输过程对开展蛋白质结晶这一艺术过程的优化设计具有重要意义。空间科学实验要求高成熟度的技术,本研究选择了纹影法和相衬显微法;设备要求多功能、集成化,目前纹影法主要采用Z型光路布局的系统,想要研制纹影法与相衬显微法集成化的原理样机,必须在地面上设计直线型光路布局的纹影系统。本论文在传统Z型光路布局纹影法的基础上,搭建了直线型光路布局纹影法的地面演示系统并开展优化设计,验证直线型纹影系统准确性。另外,基于研究对象开展了模拟微重力条件生长蛋白质晶体的研究。最后开展了集成化原理样机观测生长中溶菌酶晶体的研究。主要的研究内容和成果如下:(1)搭建了直线型纹影系统。本论文对直线型纹影系统中光源、透镜、刀口、接收屏等因素进行优化实验,得到了优化后的各种参数,获取了高清晰度、高质量的纹影图像。(2)验证直线型纹影系统准确度。选用模型体系蜡烛火焰开展研究,观测了火焰纹影图像并对其进行定量分析,将计算结果与实测结果进行对比。结果表明,采用本文优化后的直线型纹影系统可以实现对流场的精确测量。(3)地面上模拟微重力条件生长晶体。通过制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)多孔膜,将晶体种子引进PDMS多孔膜中的小腔中进行生长,由于小腔中空间很小,可以减弱或者消除自然对流,实现纯扩散生长,最终实现模拟微重力条件下生长晶体获取高品质晶体。(4)研制用于观测蛋白质晶体生长过程中晶体形貌与晶体周围浓度分布的原理样机。首先,由于蛋白质晶体很小而且耗散层的厚度很薄,对直线型纹影系统进行了部分改进,并和相衬显微系统相集成原理样机;地面上开展原理样机对溶菌酶晶体的观测实验,分别得到了溶菌酶晶体的纹影图和相衬显微图,定量分析得到了生长中晶体周围浓度梯度分布。结果显示,观测到了高清晰的晶体形貌,得到了准确的浓度梯度分布以及耗散层变化,为以后开展空间微重力蛋白质晶体生长实验研究提供了技术基础。