Language
Country/Area
No result found
Mengapa ada perbedaan yang mengejutkan antara hidrogen dan deuterium di SANS? Ungkap teknologi perubahan kontras yang misterius!
Penghamburan neutron sudut kecil (SANS) adalah teknologi eksperimental baru yang secara khusus digunakan untuk mempelajari struktur berbagai zat pada skala mesoskopik (sekitar 1-100 nanometer). Dibandingkan dengan hamburan sinar-X sudut kecil (SAXS), SANS menyediakan cara unik untuk menganalisis struktur internal sistem yang tidak teratur, terutama dalam sampel dengan ketidakhomogenan kerapatan yang tersusun secara acak. Keuntungan utama penggunaan teknik hamburan sudut kecil adalah sensitivitasnya terhadap unsur-unsur ringan dan kemungkinan pelabelan isotop, terutama dalam ilmu biologi.
Penghamburan neutron sudut kecil memiliki sifat unik yang membuatnya lebih unggul daripada teknik lain, terutama saat menjelajahi sampel biologis.
Prinsip dan Teknologi
Dalam eksperimen SANS, berkas neutron diarahkan ke sampel, yang dapat berupa larutan berair, padatan, bubuk, atau kristal. Neutron tersebar secara elastis di bawah pengaruh interaksi nuklir. Interaksi ini bergantung pada isotop yang berbeda. Karakteristik ini membuat hidrogen (H) dan deuterium (D) menunjukkan perbedaan yang jelas dalam proses hamburan. Karena panjang hamburan hidrogen negatif, fase hamburan neutron dari atom hidrogen berbeda 180 derajat dari elemen lain, yang memungkinkan teknologi SANS untuk secara efektif memanfaatkan perbedaan fase ini untuk perubahan kontras.
Perbedaan yang mengejutkan antara hidrogen dan deuterium memungkinkan kita untuk mendapatkan wawasan tentang sistem biologis yang kompleks melalui teknik perubahan kontrastif.
Teknologi terkait
SANS biasanya menggunakan kolimasi berkas neutron untuk menentukan sudut hamburan, yang menghasilkan rasio sinyal terhadap derau yang rendah dari data relevan yang diperoleh dari sampel. Untuk mengatasi tantangan ini, banyak peneliti memilih untuk meningkatkan kecerahan sumber cahaya, seperti menggunakan hamburan neutron sudut sangat kecil (USANS). Teknik alternatif, spin-echo small-angle neutron scattering (SESANS), juga baru-baru ini diperkenalkan untuk memperluas rentang skala panjang yang dapat dipelajari dalam hamburan neutron dengan melacak sudut hamburan. Beberapa teknik, seperti Inclination Small Angle Scattering (GISANS), menggabungkan ide-ide dari SANS dan teknik refleksi neutron, yang selanjutnya memperluas cakupan penelitian.
Aplikasi dalam biologi
Pentingnya SANS dalam ilmu biologi terkait erat dengan perilaku khusus antara hidrogen dan deuterium. Dalam sistem biologis, keberadaan hidrogen dapat ditukar dengan deuterium, yang memiliki efek minimal pada sampel tetapi dapat memiliki efek yang mengejutkan pada hasil hamburan. Variasi kontras bergantung pada sifat hamburan hidrogen dan deuterium yang berbeda. Sampel biologis sering kali dilarutkan dalam air, di mana hidrogen dapat ditukar dengan deuterium dalam pelarut, sehingga efek hamburan keseluruhan molekul bergantung pada rasio hidrogen terhadap deuterium.
Pada rasio tertentu antara air hidrogen dan air deuterium, yang disebut titik kecocokan, hamburan molekul akan sesuai dengan hamburan pelarut, sehingga menghilangkan gangguan dari data.
Untuk protein, misalnya, titik kecocokan biasanya berada pada konsentrasi D2O sekitar 40%-45%, di mana hamburan dari sampel hampir tidak dapat dibedakan dari hamburan dari buffer. Teknik ini tidak hanya bergantung pada hamburan diferensial komponen dalam sampel, tetapi juga dapat dicapai dengan memberi label komponen secara diferensial, seperti memberi label satu protein dengan deuterium berat sementara sisanya tetap hidrogen ringan.
Instrumen
Berbagai instrumen SANS tersedia di fasilitas neutron di seluruh dunia, termasuk reaktor penelitian dan sumber spalasi. Instrumen ini dirancang untuk mengeksplorasi struktur skala nano secara mendalam dan memajukan penelitian dalam biologi, ilmu material, dan disiplin ilmu lainnya.
Seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi, cakupan aplikasi SANS terus meluas, dan banyak peneliti telah mulai menggabungkan data hamburan sinar-X sudut kecil, SANS, dan mikroskop elektron untuk melakukan pemodelan struktural yang lebih komprehensif. Belum lama ini, ada laporan penelitian yang berhasil membangun model atom enzim multi-subunit besar menggunakan teknologi ini, yang menunjukkan potensi SANS yang dikombinasikan dengan teknologi hamburan lainnya.
Menghadapi masa depan, bagaimana cara memanfaatkan lebih lanjut potensi SANS di berbagai bidang ilmiah, terutama kinerjanya dalam penelitian struktur mikro, masih menjadi masalah penting yang perlu dibahas para ilmuwan?
