Language
Country/Area
No result found
Почему в SANS существуют такие удивительные различия между водородом и дейтерием? Раскройте загадочную технологию изменения контраста!
Малоугловое рассеяние нейтронов (МУРН) — это новая экспериментальная технология, специально используемая для изучения структуры различных веществ на мезоскопическом масштабе (около 1–100 нанометров). По сравнению с малоугловым рентгеновским рассеянием (МУРР), МУРН предоставляет уникальные средства для анализа внутренней структуры неупорядоченных систем, особенно в образцах со случайно расположенными неоднородностями плотности. Основными преимуществами использования методов малоуглового рассеяния являются его чувствительность к легким элементам и возможность изотопной маркировки, особенно в биологических науках.
Малоугловое рассеяние нейтронов обладает уникальными свойствами, которые делают его превосходящим другие методы, особенно при исследовании биологических образцов.
Принципы и технологии
В эксперименте МУРН нейтронный луч направляется на образцы, которые могут представлять собой водные растворы, твердые вещества, порошки или кристаллы. Нейтроны упруго рассеиваются под действием ядерных взаимодействий. Это взаимодействие зависит от разных изотопов. Эта характеристика приводит к тому, что водород (H) и дейтерий (D) демонстрируют очевидные различия в процессе рассеяния. Поскольку длина рассеяния водорода отрицательна, фаза рассеяния нейтронов атомами водорода на 180 градусов отличается от фазы рассеяния других элементов, что позволяет технологии SANS эффективно использовать эти разности фаз для изменения контраста.
Удивительные различия между водородом и дейтерием позволяют нам получить представление о сложных биологических системах с помощью методов контрастирующих изменений.
Связанные технологии
SANS обычно использует коллимацию нейтронного пучка для определения угла рассеяния, что приводит к низкому соотношению сигнал/шум соответствующих данных, полученных из образца. Чтобы решить эту проблему, многие исследователи предпочитают увеличивать яркость источника света, например, используя сверхмалое угловое рассеяние нейтронов (USANS). Альтернативный метод, малоугловое рассеяние нейтронов со спин-эхом (SESANS), также недавно был представлен для расширения длинномасштабного диапазона, который можно изучать в рассеянии нейтронов путем отслеживания угла рассеяния. Некоторые методы, такие как наклонное рассеяние под малым углом (GISANS), сочетают в себе идеи SANS и методов отражения нейтронов, что еще больше расширяет объем исследований.
Применение в биологии
Важность SANS в биологических науках тесно связана с особым поведением водорода и дейтерия. В биологических системах присутствие водорода можно заменить на дейтерий, который оказывает минимальное влияние на образец, но может оказать неожиданное влияние на результаты рассеяния. Изменение контраста зависит от различных рассеивающих свойств водорода и дейтерия. Биологические образцы часто растворяются в воде, где водород может быть заменен на дейтерий в растворителе, в результате чего общий эффект рассеяния молекулы зависит от соотношения водорода и дейтерия.
При определенных соотношениях водородной воды и дейтериевой воды, называемых точками совпадения, рассеяние молекул будет соответствовать рассеянию растворителя, устраняя помехи в данных.
Например, для белков точка совпадения обычно находится при концентрации D2O около 40–45 %, при которой рассеяние от образца почти неотличимо от рассеяния от буфера. Этот метод основан не только на дифференциальном рассеянии компонентов внутри образца, но также может быть достигнут путем дифференциальной маркировки компонентов, например, когда один белок помечен тяжелым дейтерием, а остальная часть остается легким водородом.
Инструменты
На нейтронных установках по всему миру доступны разнообразные инструменты SANS, включая исследовательские реакторы и источники расщепления. Эти инструменты предназначены для глубокого изучения наноразмерных структур и продвижения исследований в области биологии, материаловедения и других дисциплин.
С развитием науки и техники сфера применения МУРН продолжает расширяться, и многие исследователи начали комбинировать данные малоуглового рентгеновского рассеяния, МУРН и электронной микроскопии для проведения более полного структурного моделирования. Не так давно появился исследовательский отчет, в котором с использованием этих технологий была успешно построена атомная модель большого многосубъединичного фермента, демонстрирующая потенциал SANS в сочетании с другими технологиями рассеяния.
Глядя в будущее, вопрос о том, как и дальше использовать потенциал SANS в различных научных областях, особенно его эффективность в исследованиях микроструктуры, по-прежнему остается важным вопросом, который ученые должны обсудить?
