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SANS vs. SAXS : quelle technique peut le mieux révéler les mystères de la matière ?
En science des matériaux et en recherche biomédicale, l’analyse de structures minuscules est essentielle pour comprendre le comportement de la matière. La diffusion des neutrons aux petits angles (SANS) et la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) sont deux techniques importantes largement utilisées pour sonder les structures entre les niveaux microscopique et macroscopique. Bien que les deux technologies partagent de nombreuses similitudes, leurs atouts respectifs peuvent les rendre particulièrement utiles dans des applications spécifiques.
La diffusion des neutrons aux petits angles est une technique expérimentale qui utilise la diffusion élastique des neutrons à de petits angles de diffusion pour sonder la structure de divers matériaux.
La technologie SANS se concentre sur l’échelle mésoscopique d’environ 1 à 100 nanomètres, ce qui lui permet d’analyser la structure interne des systèmes non ordonnés. Le SAXS peut également y parvenir, mais il existe des différences significatives entre les deux en termes de sensibilité et d’application. En particulier dans l’étude des éléments légers, le SANS présente une grande sensibilité aux éléments légers tels que le deutérium, ce qui est particulièrement important pour l’étude des échantillons biologiques. Cela est dû au fait que la diffusion de l’hydrogène a un comportement unique par rapport au deutérium, et ce changement de contraste est crucial dans l’étude de nombreux biopolymères.
Contrairement à la diffusion des rayons X, la technologie de diffusion des neutrons fournit des informations structurelles étroitement liées aux interactions nucléaires et peut révéler efficacement la structure interne des molécules.
La principale différence entre SANS et SAXS réside dans leurs mécanismes de diffusion. La diffusion des neutrons implique l’interaction des neutrons avec le noyau plutôt qu’avec le nuage d’électrons. Cela signifie que le comportement de diffusion de différents isotopes peut varier considérablement. Par exemple, la longueur de diffusion de l’hydrogène est négative, ce qui lui confère une différence de phase de 180° dans la diffusion des neutrons, ce qui fournit des informations de contraste importantes dans l’analyse structurelle.
L'analyse structurelle SANS s'appuie spécifiquement sur la technique dite de variation contrastive. Dans cette technique, les échantillons biologiques sont généralement échangés avec du deutérium, ce qui crée des caractéristiques structurelles uniques qui contribuent à la diffusion. Des recherches récentes ont montré qu'à un rapport spécifique de H2O à D2O (appelé point de correspondance), la diffusion des molécules est égale à celle du solvant, ce qui permet d'éliminer la diffusion de l'échantillon, permettant ainsi de mieux analyser la structure des biomacromolécules. .
Pour certains échantillons, comme les protéines, la correspondance est généralement réalisée à une concentration de deutérium de 40 à 45 %, ce qui permet à la diffusion de la protéine de rivaliser avec la diffusion du solvant.
En biologie, les avantages du SANS en font un outil idéal pour l’étude des protéines et autres biomolécules. Dans le même temps, la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) peut être utilisée plus facilement pour certaines études de matériaux spécifiques. Dans certains cas, l’utilisation combinée de ces deux techniques offre une perspective plus complète de l’analyse structurelle. Par exemple, une étude récente a combiné des données SAXS, SANS et de microscopie électronique pour construire un modèle atomique d’une grande enzyme multi-sous-unités, montrant l’importance de combiner différentes techniques.
Contrairement au SAXS, le SANS nécessite généralement une bonne collimation du faisceau de neutrons pour garantir un rapport signal/bruit optimal. Pour résoudre le problème de la réduction du signal sur cette échelle de longueur, certains chercheurs ont choisi d’augmenter la luminosité de la source. Par exemple, l’introduction des technologies de diffusion de neutrons aux très petits angles (USANS) et de diffusion de neutrons aux petits angles par écho de spin (SESANS) a élargi la plage de longueurs de recherche à plus de 10 microns, démontrant la flexibilité et le potentiel de développement de la technologie de diffusion de neutrons. .
Qu'il s'agisse de SANS ou de SAXS, la large application de ces techniques en science des matériaux et en sciences biologiques nous fournit des outils importants pour une compréhension approfondie de la structure interne de la matière.
Actuellement, de nombreuses installations de neutrons dans le monde proposent une variété d’instruments SANS, qui deviennent de plus en plus précis et efficaces à mesure que la technologie progresse. Cela permet aux scientifiques d’étudier les matériaux à un niveau plus profond et de développer une gamme plus large d’applications.
Avec l’avancement des technologies connexes, quels mystères scientifiques inconnus ces méthodes peuvent-elles nous révéler à l’avenir ?
