مطيافية نيوترونية عالية الدقة لدراسة ديناميكيات بيكو ثانية-نانوثانية للبروتينات ومياه الترطيب

يقيس التشتت العكسي للنيوترونات الانتشار العالمي والديناميكيات الداخلية للبروتينات ومياه الترطيب دون ضرر إشعاعي. يصل التحليل الطيفي النيوتروني في وقت واحد إلى الارتباطات المكانية والزمنية على المستوى الجزيئي. في المادة اللينة والمواد البيولوجية ، من المثير للاهتمام بشكل خاص الحصول على معلومات غير مباشرة عن النظام المحلي على أنظمة الاضطرابات طويلة المدى هذه.

ومن ثم، يمكن استخدام التشتت العكسي للنيوترونات لدراسة الديناميات في علم الأحياء، أو الكيمياء، أو الحس المادي. مجال قوي آخر هو الطاقة ، مع دراسات ، على سبيل المثال ، على البطاريات وخلايا الوقود. تم استخدام التشتت العكسي للنيوترونات بنجاح لدراسة الديناميات الجزيئية للبروتينات المشاركة في الأمراض التنكسية العصبية مثل مرض الزهايمر وباركنسون.

تساعدنا النتائج التي تم الحصول عليها على فهم أفضل للسمات الجزيئية لهذه الأمراض وقد تمهد الطريق لتطوير تشخيصات أفضل. لتحضير حامل العينة ، ابدأ بتنظيف حامل عينة مسطح من الألومنيوم تماما وختم سلك الإنديوم والبراغي بالماء ، متبوعا بالإيثانول ، ثم اتركه يجف. قم بوزن الأجزاء المختلفة من حامل العينة، بما في ذلك الجزء السفلي والغطاء وسلك الإنديوم، بشكل منفصل على ميزان دقيق.

ضع ختم سلك الإنديوم الذي يبلغ طوله ملليمترا واحدا في أخدود الجزء السفلي من حامل العينة ، تاركا تداخلا صغيرا حيث ينضم الطرفان. أضف حوالي 100 ملليغرام من البروتين المجفف بالتجميد بحيث يملأ السطح الداخلي للجزء السفلي من حامل العينة. بعد ذلك ، ضع حامل العينة في مجفف مع طبق بتري يحتوي على مسحوق خامس أكسيد الفوسفور لمدة 24 ساعة لتجفيف مسحوق البروتين تماما.

قم بوزن الجزء السفلي المجفف من حامل العينة الذي يحتوي على ختم الإنديوم والمسحوق المجفف للحصول على كتلة العينة المجففة. قم بإزالة خامس أكسيد الفوسفور من المجفف وضع طبق بتري مع أكسيد الديوتيريوم وكذلك العينة بالداخل لترطيب المسحوق. كرر التجفيف والترطيب ثلاث مرات لتبادل كامل للهيدروجين إلى الديوتيريوم.

قم بقياس كتلة المسحوق بانتظام للتحقق من مستوى الترطيب وعندما يكون الترطيب أعلى قليلا من المستوى المطلوب ، انتظر حتى تنخفض الكتلة ببطء. بمجرد الحصول على الترطيب المطلوب ، ضع الغطاء بسرعة على الجزء السفلي وأغلق حامل العينة أولا بأربعة براغي لإيقاف تبادل البخار. ضع وشد جميع البراغي المتبقية حتى لا تظهر فجوة بين الجزء السفلي والغطاء.

قم بوزن حامل العينة المختوم للتحقق من أي فقد محتمل للترطيب عن طريق التسريبات بعد تجربة النيوترونات. لتحضير عينة الحالة السائلة ، قم بإذابة البروتين في المخزن المؤقت المثنى. باستخدام الماء، حدد الحجم المناسب للسائل لوضعه في حامل العينة.

قبل التعامل مع أي مادة ، تأكد من أن جرعة الإشعاع المؤين أقل من 100 ميكروسيفرت في الساعة. بعد ذلك ، جفف عصا العينة تماما وأزل أي عينة سابقة. ضع العينة على عصا العينة ، وتحقق من التمركز المناسب بالنسبة لمركز الحزمة ، وأدخل عصا العينة في فرن التبريد.

للحصول على البيانات في Nomad ، انتقل إلى علامة تبويب التنفيذ واسحب وحدة تحكم cryostat للفرن وأفلتها في لوحة التشغيل. ضبط درجة الحرارة إلى 200 كلفن. استخدم الوضع السريع ومهلة 30 دقيقة حتى تستقر درجة الحرارة.

انقر على أيقونة تجديد المعلومات لتشغيل منحدر درجة الحرارة في الخلفية للحصول على البيانات أثناء انخفاض درجة الحرارة. اسحب وحدة التحكم في إعدادات IN16 Doppler وأفلتها في لوحة التشغيل. اضبط ملف تعريف السرعة على سرعة دقيقة ، واضبط على الحد الأقصى لدلتا E ، وإزاحة الطاقة إلى 0.00 ميكرو إلكترون فولت ، وعدد القنوات إلى 128 للحصول على تكوين مسح نافذة ثابتة مرنة.

قم بسحب وإسقاط وحدة تحكم العد في لوحة التشغيل ، واملأ حقل الترجمة باسم يسمح بسهولة التعرف على البيانات ، وقم بتعيين عمليات المسح لمدة 30 ثانية مع 60 تكرارا. بعد ذلك، اسحب وحدة التحكم في إعدادات IN16 Doppler وأفلتها في لوحة التشغيل. اضبط ملف تعريف السرعة على التوقيع ، والتعيين حسب السرعة بقيمة 4.5 متر في الثانية ، وعدد القنوات إلى 2048 للحصول على تكوين تشتت نيوتروني شبه مرن.

قم بسحب وإسقاط وحدة تحكم العد واملأ حقل الترجمة باسم يسمح بسهولة التعرف على البيانات. اضبط عمليات المسح لمدة 30 دقيقة مع أربع تكرارات. بالنسبة لمنحدر درجة الحرارة ، قم بسحب وإسقاط وحدة التحكم في cryostat الفرن ، واضبط درجة الحرارة على 310 كلفن ، واضبط المنحدر على نقطة ضبط دلتا 0.05 كلفن لمدة ست ثوان.

استخدم مهلة 200 دقيقة. استخدم حلقة for مع 65 تكرارا. في الداخل ، أدخل وحدة تحكم إعدادات دوبلر IN16 ، متبوعة بوحدة التحكم في العد واضبط مسحا واحدا لمدة 30 ثانية.

بعد ذلك ، أدخل إعدادات IN16 Doppler كما هو موضح سابقا ، ولكن باستخدام إزاحة طاقة تبلغ 1.5 ميكرو إلكترون فولت و 1024 قناة. بعد ذلك ، أدخل وحدة التحكم في العد وقم بتعيين مسح واحد لمدة ثلاث دقائق. للحصول على آخر تشتت نيوتروني شبه مرن يبلغ 312 كلفن ، اسحب وأفلت إعدادات IN16 Doppler ووحدات التحكم في العد التي تم تكوينها كما هو موضح سابقا.

ثم اضغط على زر البدء لتشغيل البرنامج النصي. أظهرت عمليات مسح النوافذ الثابتة المرنة وغير المرنة للجسيمات الليزوزومية زيادة في الإشارة عند نقل الزخم المنخفض ونقل الطاقة المنخفض ، بينما انخفضت الإشارة عند نقل الطاقة العالية ونقل الزخم المنخفض. كان المركز الأولي لمعامل انتشار الكتلة 15 أنجستروم تربيع لكل نانوثانية ، والذي انخفض بعد ذلك أضعافا مضاعفة بمرور الوقت.

عند درجات حرارة أعلى من 220 كلفن ، كان ماء الترطيب حول ألياف تاو أكثر قدرة على الحركة بشكل ملحوظ من حول مونومرات تاو. تم زيادة جزء جزيئات الماء التي تخضع لحركة انتقالية ومعاملات الانتشار الانتقالي والدوران لجزيئات الماء حول الألياف. يجب أن يكون تركيز البروتين 2000 ملليغرام لكل مل أو 20 ملليغرام على الأقل لكل مل للبروتينات البروتينية بسبب قيود تشتت النيوترونات الخلفية من تدفق النيوترون أو الخلفية العازلة لحامل العينة.

تم مؤخرا تطبيق التشتت العكسي للنيوترونات ، على سبيل المثال ، لفهم كيف يمكن استبدال الماء ، وهو البروتينات البيئية الطبيعية ، بالكامل ببوليمر اصطناعي لتطبيق التكنولوجيا الحيوية مثل ، على سبيل المثال ، توصيل الدواء.