$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
تعتبر تقنيات تشتت النيوترونات والحيود حساسة بشكل فريد لموقع وديناميكيات ذرات الهيدروجين في المواد وهي أدوات قوية لتوصيف علاقات الهيكل والديناميكيات والوظيفة في الأنظمة البيولوجية. تنشأ حساسية النيوترونات لذرات الهيدروجين ، ونظيرها ديوتيريوم ، من التفاعل القوي للنيوترونات مع نوى هذه الذرات. تجعل هذه الخاصية المعلومات المتاحة من تشتت النيوترونات فريدة ومكملة قيمة للبيانات التي تم الحصول عليها من تقنيات التوصيف الهيكلي المستخدمة بشكل أكثر شيوعا في العلوم البيولوجية. تتمتع النيوترونات أيضا بميزة عدم التسبب في أي ضرر إشعاعي قابل للقياس للعينات البيولوجية.
تجمع هذه المجموعة مجموعة واسعة من تقنيات النيوترونات التي تم تطويرها من أجل دراسة الأنظمة البيولوجية وأمثلة على تطبيقاتها. توفر مرافق أبحاث النيوترونات إمكانية الوصول إلى مجموعات متقدمة وغير مدمرة من الأدوات للتوصيف الفيزيائي الحيوي ، والتي توفر البنية والمعلومات الديناميكية ، التي تمتد من Ångströms إلى الميكرون وما بعدها ، ومن بيكو ثانية إلى ميكروثانية ، على التوالي. تتراوح تطبيقات النيوترونات في علم الأحياء من تحليل ذرات الهيدروجين الفردية في الإنزيمات إلى التحليل الكلي للمجمعات البيولوجية والأغشية والتجميعات.
على مقياس الطول الذري ، يعد علم البلورات الجزيئي النيوتروني تقنية تمكن الباحثين من فهم الكيمياء التي تحفزها الإنزيمات من خلال تحديد ذرات الهيدروجين الضرورية للتحفيز تجريبيا. يتطلب علم البلورات الجزيئي النيوتروني بلورات كبيرة للتعويض عن التدفقات المنخفضة نسبيا للحزم النيوترونية المتاحة لإجراء التجارب. يوضح Vahdatahar et al.1 بروتوكولا لزراعة بلورات كبيرة وعالية الجودة باستخدام مقعد التبلور OptiCrys. يتحكم OptiCrys ويراقب درجة حرارة وتركيز عامل التبلور لتجربة غسيل الكلى المجهري ، مما يسمح للمجرب بمسح مخطط طور البروتين بكفاءة لتحديد وتعديل ظروف نمو البلورات المثلى. يوضح شرودر وميلور2 كيفية التعامل مع البلورات الكبيرة لجمع بيانات البلورات النيوترونية في درجات الحرارة المحيطة والمبردة. يوضح هؤلاء المؤلفون أيضا كيفية إجراء التحسين البلوري لنموذج البروتين مقابل بيانات النيوترونات فقط ، أو تحسين المفاصل مقابل بيانات النيوترونات والأشعة السينية.
تشتت النيوترونات ذات الزاوية الصغيرة (SANS) هي تقنية منخفضة الدقة تستخدم للحصول على المعلومات الهيكلية من المجمعات البيولوجية على المستوى الجزيئي. يسمح نظام التخزين (SANS) الذي تم حله بمرور الوقت بمتابعة التطور الهيكلي للمجمعات بمرور الوقت عند تغيير الظروف. يصف Kelley et al.3 بيئة عينة SANS ذات التدفق المتوقفة التي تدعم الخلط السريع لعينات السوائل البيولوجية ، ودراسة تطورها الهيكلي على نطاقات زمنية من ثوان إلى دقائق.
يعمل التصوير الشعاعي النيوتروني والتصوير المقطعي المحوسب على حل السمات الهيكلية في العينات البيولوجية بترتيب عشرات الميكرومترات. هذه التقنية مناسبة للتوصيف الهيكلي للمواد البيولوجية على مستوى الأعضاء. يصف Bilheux et al.4 تطبيق التصوير الشعاعي النيوتروني في فسيولوجيا النبات والتطبيقات الطبية الحيوية. يصف المؤلفون إعداد العينة واستراتيجية الحصول على البيانات وتحليل البيانات.
لا تميز النيوترونات مكان وجود الذرات (الهياكل) فحسب ، بل تميز أيضا كيفية تحرك الذرات (الديناميكيات). صدى الدوران النيوتروني (NSE) هو تقنية قوية لدراسة ديناميكيات الأنظمة البيولوجية على النطاق الزمني لعدة عشرات من النانو ثانية. يصف Stingaciu5 تطبيق NSE لدراسة ديناميكيات بروتين الجسم المضاد البشري والبروتين المضطرب جوهريا. يتم تقديم كل خطوة ، من إعداد العينات إلى جمع البيانات وتحليلها ومحاكاة الديناميكيات بمساعدة الكمبيوتر. يمكن ل NSE أيضا التحقيق في ديناميكيات الأغشية البيولوجية ، حيث يوضح Kumarage et al.6 بروتوكولا لقياس ديناميكيات الغشاء الدهني النموذجي.
يعد تشتت النيوترونات أداة قوية للتحقيق في علاقة الهيكل والديناميكية والوظيفة في المواد البيولوجية. تسمح التطورات الأخيرة في إعداد العينات والأجهزة وتحليل البيانات بمعالجة أسئلة بيولوجية أكثر تعقيدا. توفر مجموعات الأساليب هذه للباحثين تقنيات توفر نظرة ثاقبة فريدة لسلوك الأنظمة البيولوجية.