Language
Country/Area
No result found
SANS против SAXS: какая техника может лучше раскрыть тайны материи?
В материаловедении и биомедицинских исследованиях анализ мельчайших структур имеет решающее значение для понимания поведения материи. Малоугловое рассеяние нейтронов (МУРН) и малоугловое рассеяние рентгеновских лучей (МУРР) — два важных метода, которые широко используются для исследования структур на микроскопическом и макроскопическом уровнях. Хотя эти две технологии имеют много общего, их сильные стороны могут сделать их уникально ценными в определенных областях применения.
Малоугловое рассеяние нейтронов — экспериментальный метод, использующий упругое рассеяние нейтронов под малыми углами рассеяния для исследования структуры различных материалов.
Технология SANS фокусируется на мезоскопическом масштабе приблизительно от 1 до 100 нанометров, что позволяет ей анализировать внутреннюю структуру неупорядоченных систем. Метод SAXS также позволяет добиться того же результата, но между ними имеются существенные различия с точки зрения чувствительности и применения. Особенно при изучении легких элементов метод SANS демонстрирует высокую чувствительность к легким элементам, таким как дейтерий, что особенно важно при изучении биологических образцов. Это связано с тем, что рассеяние водорода имеет уникальное поведение по сравнению с дейтерием, и это изменение контраста имеет решающее значение при изучении многих биополимеров.
В отличие от рассеяния рентгеновских лучей, технология рассеяния нейтронов предоставляет структурную информацию, которая тесно связана с ядерными взаимодействиями и может эффективно раскрывать внутреннюю структуру молекул.
Главное различие между SANS и SAXS заключается в механизмах рассеяния. Рассеяние нейтронов подразумевает взаимодействие нейтронов с ядром, а не с электронным облаком. Это означает, что поведение рассеяния различных изотопов может существенно различаться. Например, длина рассеяния водорода отрицательна, что дает ему разность фаз в 180° при рассеянии нейтронов, что дает важную контрастную информацию при структурном анализе.
Структурный анализ SANS опирается на так называемый метод контрастной вариации. В этом методе биологические образцы обычно заменяются дейтерием, что приводит к появлению уникальных структурных особенностей, способствующих рассеянию. Текущие исследования показали, что при определенном соотношении H2O и D2O (называемым точкой соответствия) рассеяние молекул равно рассеянию растворителя, что позволяет устранить рассеяние образца, тем самым лучше анализируя структуру биомакромолекул. .
Для некоторых образцов, таких как белки, сопоставление обычно проводится при концентрации дейтерия 40%-45%, что позволяет рассеянию от белка конкурировать с рассеянием от растворителя.
В биологии преимущества метода SANS делают его идеальным инструментом для изучения белков и других биомолекул. В то же время малоугловое рентгеновское рассеяние (МУРР) может быть более удобно использовать для некоторых специфических исследований материалов. В некоторых случаях совместное использование этих двух методов обеспечивает более полную перспективу структурного анализа. Например, в недавнем исследовании были объединены данные SAXS, SANS и электронной микроскопии для построения атомной модели большого многосубъединичного фермента, что показало важность объединения различных методов.
В отличие от SAXS, SANS обычно требует хорошей коллимации нейтронного пучка для обеспечения оптимального соотношения сигнал/шум. Чтобы решить проблему снижения сигнала в этом масштабе длины, некоторые исследователи решили увеличить яркость источника. Например, внедрение технологий рассеяния нейтронов под сверхмалыми углами (USANS) и рассеяния нейтронов со спиновым эхом под малыми углами (SESANS) расширило диапазон длин исследований до более чем 10 микрон, продемонстрировав гибкость и потенциал развития технологии рассеяния нейтронов. .
Будь то SANS или SAXS, широкое применение этих методов в материаловедении и биологии дает нам важные инструменты для глубокого понимания внутренней структуры вещества.
В настоящее время в мире существует множество нейтронных установок, предлагающих разнообразные приборы SANS, которые становятся все более точными и эффективными по мере развития технологий. Это позволяет ученым изучать материалы на более глубоком уровне и разрабатывать более широкий спектр их применения.
С развитием соответствующих технологий, какие неизвестные научные тайны эти методы могут открыть нам в будущем?
