Una fibra di nylon (azzurro), depositato sul supporto di carbonio (grigio), solleva il cristallo (rosso). Per di qua, la faccia laterale del cristallo diventa visibile al fascio di elettroni (blu). Senza la fibra (figura a destra), il cristallo giace piatto sul carbonio e la barra metallica del portacampione (marmorizzata) occlude il segnale. Attestazione:Tim Grüne
L'analisi 3D delle strutture cristalline richiede una visione 3D completa dei cristalli. Cristalli piccoli come polvere, con bordi inferiori a un micrometro, può essere analizzato solo con radiazione elettronica. Con la cristallografia elettronica, una visione completa a 360 gradi di un singolo cristallo è tecnicamente impossibile. Un team di ricercatori guidati da Tim Gruene della Facoltà di Chimica dell'Università di Vienna ha modificato il supporto dei minuscoli cristalli in modo che diventi possibile una visione completa. Ora hanno presentato le loro soluzioni sulla rivista Comunicazioni sulla natura .
Tipicamente, i cristallografi usano i raggi X per esaminare i loro campioni. Taglia, però, è molto importante per l'analisi della struttura a raggi X:i cristalli con bordi inferiori a 50-100 micrometri sono troppo piccoli per produrre un segnale misurabile. "La cristallografia elettronica è uno sviluppo abbastanza recente. Abbiamo dimostrato ai nostri colleghi chimici che possiamo analizzare cristalli con bordi inferiori a 1 micrometro, inclusi molti cristalli che finora sfuggono alla determinazione della struttura 3D, "Tim Grune dice, che è membro del Dipartimento di Chimica Inorganica e responsabile del Centro per l'analisi della struttura a raggi X.
Vista limitata
Gli elettroni interagiscono con la materia molto più forte dei raggi X. I cristalli di dimensioni submicrometriche producono immagini di diffrazione caratteristiche quando vengono irradiati con elettroni. Questi forniscono i dati per l'analisi della struttura. Però, il portacampione impedisce una rotazione completa di 360 gradi:attualmente è disponibile un solo asse di rotazione, e le barre metalliche necessarie per stabilizzare il delicato non possono essere penetrate dagli elettroni. È possibile solo una rotazione di circa 75 gradi in entrambe le direzioni. "Questo ci fornisce un massimo di dati preziosi di 300 gradi, che porta a un'analisi strutturale errata, " dice Gruene. Lui e i suoi colleghi dell'ETH di Zurigo e del PSI hanno escogitato un bel trucco per risolvere il problema.
Gli elettroni interagiscono molto più fortemente con la materia, e la cristallografia elettronica presenta molte nuove possibilità di analisi. Quando irradiato con elettroni, cristalli di dimensioni submicrometriche diffrangono in modo caratteristico. La struttura delle molecole all'interno dei cristalli può essere dedotta dai modelli di diffrazione. Attestazione:Tim Grüne
Il loro studio presenta due soluzioni per aggirare il problema:Hanno preparato il supporto del campione in modo che i cristalli possano essere visualizzati da tutti i lati. Un portacampioni contiene dozzine di cristalli, più che sufficiente per completare i dati e fornire una vista 3D non distorta.
Ingannare il corriere
Un semplice, mezzi prontamente disponibili disturbano il materiale di supporto, uno strato di carbonio ultrasottile, con un pennello sottile. Secondo Gruene "di conseguenza, i singoli segmenti dello strato di carbonio si arricciano, come quando tocchi il frutto del non tocco. I cristalli si attaccano ai ricci e ottengono un orientamento casuale. Si possono comodamente selezionare diversi singoli cristalli da punti di vista molto diversi."
La seconda soluzione copre il supporto in carbonio con fibre di nylon. "Le superfici ricordano una foresta ricoperta caoticamente di tronchi d'albero, " dice Tim Grüne. Anche questo porta a molti orientamenti casuali dei cristalli quando vengono depositati sul supporto del campione. Tuttavia, le fibre di nylon vengono depositate con elettrofilatura, che richiede un apparato aggiuntivo ed è un po' più complesso che accarezzarlo con un pennello.
Tim Grune, Direttore del Centro per l'analisi della struttura a raggi X presso la Facoltà di chimica da febbraio 2019. Credito:Swiss Nanoscience Institute, Università di Basilea
"pulito e semplice"
Entrambe le misure forniscono set di dati dai cristalli con un'analisi strutturale 3D completa. Questo tipo di combinazione di set di dati è pratica comune nella cristallografia proteica, ma molto meno comune nella cristallografia chimica. Tim Grune spiega, "Il nostro lavoro ha sfruttato il fatto che la fusione dei dati funziona allo stesso modo per i composti chimici come per le proteine. In entrambi i casi avevamo solo bisogno di 5 cristalli per completare i dati".
"Non abbiamo evitato il problema, ma ha dimostrato come rivelare le facce nascoste dei cristalli al fascio di elettroni. Entrambe le soluzioni sono sorprendentemente semplici e possono essere realizzate senza troppi sforzi, "dice Tim Grune.
