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SANS vs. SAXS: quale tecnica può svelare meglio i misteri della materia?
Nella scienza dei materiali e nella ricerca biomedica, l'analisi delle strutture più minute è fondamentale per comprendere il comportamento della materia. La diffusione di neutroni a piccolo angolo (SANS) e la diffusione di raggi X a piccolo angolo (SAXS) sono due tecniche importanti, ampiamente utilizzate per studiare strutture tra i livelli microscopico e macroscopico. Sebbene le due tecnologie presentino numerose somiglianze, i rispettivi punti di forza potrebbero renderle particolarmente preziose in applicazioni specifiche.
La diffusione di neutroni a piccolo angolo è una tecnica sperimentale che utilizza la diffusione elastica di neutroni a piccoli angoli di diffusione per sondare la struttura di vari materiali.
La tecnologia SANS si concentra sulla scala mesoscopica, che va da circa 1 a 100 nanometri, consentendole di analizzare la struttura interna di sistemi non ordinati. Anche SAXS può raggiungere questo obiettivo, ma tra i due ci sono differenze significative in termini di sensibilità e applicazione. Soprattutto nello studio degli elementi leggeri, il SANS mostra un'elevata sensibilità agli elementi leggeri come il deuterio, il che è particolarmente importante per lo studio dei campioni biologici. Ciò avviene perché la diffusione dell'idrogeno ha un comportamento unico rispetto al deuterio e questo cambiamento di contrasto è fondamentale nello studio di molti biopolimeri.
A differenza della diffusione dei raggi X, la tecnologia della diffusione dei neutroni fornisce informazioni strutturali strettamente correlate alle interazioni nucleari e può rivelare efficacemente la struttura interna delle molecole.
La differenza principale tra SANS e SAXS è il loro meccanismo di dispersione. La diffusione dei neutroni comporta l'interazione dei neutroni con il nucleo anziché con la nuvola di elettroni. Ciò significa che il comportamento di diffusione dei diversi isotopi può variare in modo significativo. Ad esempio, la lunghezza di diffusione dell'idrogeno è negativa, il che gli conferisce una differenza di fase di 180° nella diffusione dei neutroni, il che fornisce importanti informazioni di contrasto nell'analisi strutturale.
L'analisi strutturale SANS si basa specificamente sulla cosiddetta tecnica della variazione contrastiva. Con questa tecnica, i campioni biologici vengono solitamente scambiati con deuterio, ottenendo così caratteristiche strutturali uniche che contribuiscono alla dispersione. Le ricerche attuali hanno dimostrato che a un rapporto specifico tra H2O e D2O (chiamato punto di corrispondenza), la dispersione delle molecole è uguale a quella del solvente, consentendo di eliminare la dispersione del campione, analizzando così meglio la struttura delle biomacromolecole. .
Per alcuni campioni, come le proteine, la corrispondenza viene solitamente effettuata a una concentrazione di deuterio del 40%-45%, che consente alla dispersione proveniente dalla proteina di competere con quella proveniente dal solvente.
In biologia, i vantaggi del SANS lo rendono uno strumento ideale per studiare le proteine e altre biomolecole. Allo stesso tempo, la diffusione di raggi X a piccolo angolo (SAXS) può essere utilizzata più comodamente per alcuni studi specifici sui materiali. In alcuni casi, l'uso combinato di queste due tecniche fornisce una prospettiva più completa sull'analisi strutturale. Ad esempio, uno studio recente ha combinato dati SAXS, SANS e microscopia elettronica per costruire un modello atomico di un grande enzima multi-subunità, dimostrando l'importanza di combinare tecniche diverse.
A differenza del SAXS, il SANS richiede generalmente una buona collimazione del fascio di neutroni per garantire un rapporto segnale/rumore ottimale. Per risolvere il problema della riduzione del segnale su quella scala di lunghezza, alcuni ricercatori hanno scelto di aumentare la luminosità della sorgente. Ad esempio, l'introduzione delle tecnologie USANS (ultra-small angle neutron scattering) e SESANS (spin echo small angle neutron scattering) ha ampliato la gamma di lunghezze di ricerca a oltre 10 micron, dimostrando la flessibilità e il potenziale di sviluppo della tecnologia di scattering di neutroni. .
Sia che si tratti di SANS o SAXS, l'ampia applicazione di queste tecniche nella scienza dei materiali e nella scienza biologica ci fornisce strumenti importanti per una comprensione approfondita della struttura interna della materia.
Attualmente, nel mondo sono presenti numerosi impianti per la ricerca sui neutroni che offrono una varietà di strumenti SANS, che stanno diventando sempre più precisi ed efficienti grazie al progresso della tecnologia. Ciò consente agli scienziati di studiare i materiali a un livello più approfondito e di sviluppare una gamma più ampia di applicazioni.
Con il progresso delle tecnologie correlate, quali misteri scientifici sconosciuti questi metodi possono rivelarci in futuro?
