$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Nötron saçılma ve kırınım teknikleri, malzemelerdeki hidrojen atomlarının konumuna ve dinamiklerine benzersiz bir şekilde duyarlıdır ve biyolojik sistemlerde yapı-dinamik-fonksiyon ilişkilerinin karakterizasyonu için güçlü araçlardır. Nötronların hidrojen atomlarına ve izotopu döteryuma duyarlılığı, nötronların bu atomların çekirdekleriyle güçlü etkileşiminden kaynaklanır. Bu özellik, nötron saçılımından elde edilen bilgileri benzersiz kılar ve biyolojik bilimlerde daha tipik olarak kullanılan yapısal karakterizasyon tekniklerinden elde edilen veriler için değerli bir tamamlayıcı sağlar. Nötronlar ayrıca biyolojik numunelerde ölçülebilir herhangi bir radyasyon hasarına neden olmama avantajına da sahiptir.
Bu koleksiyon, biyolojik sistemleri ve uygulama örneklerini incelemek için geliştirilmiş çok çeşitli nötron tekniklerini bir araya getirmektedir. Nötron araştırma tesisleri, sırasıyla Ångström'lerden mikronlara ve ötesine ve pikosaniyeden mikrosaniyeye kadar uzanan yapı ve dinamik bilgi sağlayan biyofiziksel karakterizasyon için gelişmiş, tahribatsız cihaz paketlerine erişim sunar. Biyolojideki nötron uygulamaları, enzimlerdeki bireysel hidrojen atomlarının analizinden biyolojik komplekslerin, zarların ve düzeneklerin makro ölçekli analizine kadar uzanır.
Atomik uzunluk ölçeğinde, nötron makromoleküler kristalografisi, araştırmacıların, kataliz için gerekli olan hidrojen atomlarını deneysel olarak tanımlayarak enzimler tarafından katalize edilen kimyayı anlamalarını sağlayan bir tekniktir. Nötron makromoleküler kristalografisi, deney yapmak için mevcut olan nötron ışınlarının nispeten düşük akışlarını telafi etmek için büyük kristaller gerektirir. Vahdatahar ve ark.1 , OptiCrys kristalizasyon tezgahını kullanarak büyük, yüksek kaliteli kristaller yetiştirmek için bir protokol göstermektedir. OptiCrys, bir mikrodiyaliz deneyinin kristalizasyon ajanının sıcaklığını ve konsantrasyonunu kontrol eder ve izler, böylece deneycinin optimal kristal büyüme koşullarını belirlemek ve modüle etmek için protein faz diyagramını verimli bir şekilde incelemesine olanak tanır. Schröder ve Meilleur2 , ortam ve kriyojenik sıcaklıklarda nötron kristalografik verilerini toplamak için büyük kristallerin nasıl işlendiğini gösterir. Bu yazarlar ayrıca, bir protein modelinin yalnızca nötron verilerine karşı kristalografik iyileştirmesinin veya nötron ve X-ışını verilerine karşı ortak iyileştirmenin nasıl gerçekleştirileceğini de göstermektedir.
Küçük açılı nötron saçılması (SANS), biyolojik komplekslerden moleküler düzeyde yapısal bilgi elde etmek için kullanılan düşük çözünürlüklü bir tekniktir. Zaman çözümlü SANS, koşullar değiştiğinde komplekslerin zaman içindeki yapısal gelişiminin izlenmesine izin verir. Kelley ve ark.3 , biyolojik sıvı numunelerin hızlı bir şekilde karıştırılmasını destekleyen, yapısal evrimlerini saniyelerden dakikalara kadar olan zaman ölçeklerinde inceleyen, akışı durdurulmuş bir SANS numune ortamını tanımlamaktadır.
Nötron radyografisi ve bilgisayarlı tomografi, biyolojik örneklerdeki yapısal özellikleri onlarca mikrometre mertebesinde çözer. Bu teknik, biyolojik materyallerin organ düzeyinde yapısal karakterizasyonu için uygundur. Bilheux ve ark.4 nötron radyografisinin bitki fizyolojisi ve biyomedikal uygulamalardaki uygulamalarını tanımlamaktadır. Yazarlar numune hazırlama, veri toplama stratejisi ve veri analizini açıklamaktadır.
Nötronlar sadece atomların nerede olduğunu (yapıları) değil, aynı zamanda atomların nasıl hareket ettiğini (dinamikler) de karakterize eder. Nötron spin yankısı (NSE), biyolojik sistemlerin dinamiklerini onlarca nanosaniyelik zaman ölçeğinde incelemek için güçlü bir tekniktir. Stingaciu5 , bir insan antikor proteininin ve özünde düzensiz bir proteinin dinamiklerini incelemek için NSE'nin uygulanmasını açıklar. Numune hazırlamadan veri toplama ve analizine ve bilgisayar destekli dinamik simülasyonlarına kadar her adım tanıtılmaktadır. Kumarage ve ark.6 bir model lipid membranın dinamiklerinin ölçümü için bir protokol gösterdiğinden, NSE biyolojik membranların dinamiklerini de araştırabilir.
Nötron saçılması, biyolojik materyaldeki yapı-dinamik-fonksiyon ilişkisini araştırmak için güçlü bir araçtır. Numune hazırlama, enstrümantasyon ve veri analizindeki son gelişmeler, daha karmaşık biyolojik soruların ele alınmasına olanak sağlamaktadır. Bu Yöntem Koleksiyonları, araştırmacılara biyolojik sistemlerin davranışı hakkında benzersiz bilgiler sağlayan teknikler sağlar.