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目前测定蛋白质三维结构的主流方法是X射线晶体学，该方法的成功取决于能否生长出足够大的蛋白质晶体。但是绝大多数的膜蛋白以及病毒等是很难结晶或者只能得到纳米量级大小的晶体。因此要测定这些非晶或者纳米晶体的结构，必须发展一种新的方法，随着X射线自由电子激光等相干光源的(X-ray freeelectron laser，XFEL)发展，运用相干X射线衍射成像(coherent X-ray diffractionimaging，CXDI)来测定这些物质的结构已经逐渐成为现实。本论文主要对基于XFEL的CXDI的方法学做了研究，包括两方面的内容：单颗粒衍射图的方位测定以及纳米晶体衍射图的方位测定。
在一种新的“衍射-破坏”模式下，全同单颗粒以随机的方位依次被注入XFEL脉冲中，得到一系列不同方位的衍射图。要重构出全同颗粒的三维结构，关键的一步是测定出衍射图的相对方位。在本文中，我们提出一种名为“多交线”的新算法来测定这些衍射图的相对方位。通过计算机模拟显示，我们的方法能准确的测定出衍射图的相对方位，平均方位(α，β，γ)误差约为0.34°、0.14°以及0.19°，方位精度能够满足原子分辨率成像的要求。
在飞秒X射线蛋白质纳米晶体学中，具有不同尺寸的纳米晶体以随机的方位依次被注入XFEL光脉冲中，得到一系列不同方位的纳米晶体衍射图，要重构出纳米晶体的三维结构，同样要求测定出这些衍射图的方位。目前测定纳米晶体衍射图的方法是晶体学中的自动指标化算法。如果晶体的空间群其Bravais点阵的对称性高于其点群的对称性，则该算法测定出的方位将会存在一个不确定性。在本文中，我们提出了一套新的办法来解决方位的不确定性问题，即先通过衍射图上衍射信号的强度分布求出纳米晶体的大小，再运用我们所提出的多交线法来测定其真实方位。通过计算机模拟显示我们的方法能成功的消除方位的不确定性。