Strukturelle studier af biomolekylære komplekser og syntetiske polymer systemer ved anvendelse af små-vinkel spredning, SANS og SAXS

TY - GEN

T1 - Strukturelle studier af biomolekylære komplekser og syntetiske polymer systemer ved anvendelse af små-vinkel spredning, SANS og SAXS

AU - Mortensen, Kell

PY - 2014/4/7

Y1 - 2014/4/7

N2 - Det er velkendt at krystallers velbeskrevne periodiske struktur giver anledning til interferens når Røntgen stråler sendes igennem materialet. Denne såkaldte ”Bragg spredning” blev teoretisk forklaret af William Lawrence Bragg og William Henry Bragg for 100 år siden, i 1913, på basis af observationer hvor de fandt at Røntgen stråler danner karakteristiske mønstre når de sendes gennem en krystal. Men Røntgen-bølgerne interfererer naturligvis også når de sendes gennem materialer som ikke er krystallinske, det kan være væsker, suspensioner eller amorfe systemer. Det mønster, som Røntgen-strålen danner, vil dog ikke have karakter af intense Bragg refleksioner, som kendes fra krystaller, men snarere have karakter af diffus spredning. Ligesom analyser af Bragg refleksionerne kan give detaljeret indsigt i krystallernes opbygning af molekyler og molekylernes indre struktur, kan detaljeret analyse af den diffuse spredning give indsigt i materialets atomare struktur. Røntgen stråling er den relevante type elektromagnetiske stråling, da bølgelængden på ca 1Å svarer til typiske atomare afstande. En anden type stråling med bølgelængde af samme størrelsesorden er neutron stråling. Men medens Røntgen strålingen i det væsentlige afhænger af hvordan elektronerne fordeles i materialet, er neutron-spredningen givet ved fordelingen af forskellige atom- kerner. Specielt gælder det at spredningen af neutroner fra brint-kernen generelt er meget forskellig fra spredningen fra andre atomer. Neutron spredning giver derfor ofte et billede af fordelingen af brint. Røntgen og neutron spredning er således komplementære teknikker som ’ser’ forskellige karakterer af den molekylære struktur. Den diffuse spredning måles i røntgen eller neutron diffraktometre. Der er specielt stor interesse for at studere strukturer på nano-skala niveau.Det kan være strukturen af proteiner og andre biomolekyler, strukturen af selv-organiserede systemer som den biologiske lipid-membran, mikro-emulsioner eller termoplastiske materialer. Med bølgelængder af størrelsesordenen Ångstrøm vil den diffuse spredning fra sådanne nano-skala strukturer komme meget tæt ved selve strålen. Der skal derfor måles ved meget små vinkler. Metoden til sådanne studier kaldes naturligt små-vinkel spredning (Small-Angle Scattering), hvoraf der finde de to primære metoder, SANS og SAXS med anvendelse af henholdsvis Neutron- og Røntgen-stråling (X-ray). I foredraget vil teknikkerne blive præsenteret og der vil blive vist eksempler på nuværende om kommende faciliteter. Der vil endvidere blive vist eksempler på hvordan kombination af SAXS og SANS kan benyttes til af give detaljeret strukturel indsigt i biomolekylære komplekser. Vi vil også vise hvordan teknikken kan bruges til at forstå og designe avancerede komplekse ordnede strukturer på nanometer længdeskala og hvordan mikro-reologien i komplekse væsker er et resultat af strukturelle ændringer

AB - Det er velkendt at krystallers velbeskrevne periodiske struktur giver anledning til interferens når Røntgen stråler sendes igennem materialet. Denne såkaldte ”Bragg spredning” blev teoretisk forklaret af William Lawrence Bragg og William Henry Bragg for 100 år siden, i 1913, på basis af observationer hvor de fandt at Røntgen stråler danner karakteristiske mønstre når de sendes gennem en krystal. Men Røntgen-bølgerne interfererer naturligvis også når de sendes gennem materialer som ikke er krystallinske, det kan være væsker, suspensioner eller amorfe systemer. Det mønster, som Røntgen-strålen danner, vil dog ikke have karakter af intense Bragg refleksioner, som kendes fra krystaller, men snarere have karakter af diffus spredning. Ligesom analyser af Bragg refleksionerne kan give detaljeret indsigt i krystallernes opbygning af molekyler og molekylernes indre struktur, kan detaljeret analyse af den diffuse spredning give indsigt i materialets atomare struktur. Røntgen stråling er den relevante type elektromagnetiske stråling, da bølgelængden på ca 1Å svarer til typiske atomare afstande. En anden type stråling med bølgelængde af samme størrelsesorden er neutron stråling. Men medens Røntgen strålingen i det væsentlige afhænger af hvordan elektronerne fordeles i materialet, er neutron-spredningen givet ved fordelingen af forskellige atom- kerner. Specielt gælder det at spredningen af neutroner fra brint-kernen generelt er meget forskellig fra spredningen fra andre atomer. Neutron spredning giver derfor ofte et billede af fordelingen af brint. Røntgen og neutron spredning er således komplementære teknikker som ’ser’ forskellige karakterer af den molekylære struktur. Den diffuse spredning måles i røntgen eller neutron diffraktometre. Der er specielt stor interesse for at studere strukturer på nano-skala niveau.Det kan være strukturen af proteiner og andre biomolekyler, strukturen af selv-organiserede systemer som den biologiske lipid-membran, mikro-emulsioner eller termoplastiske materialer. Med bølgelængder af størrelsesordenen Ångstrøm vil den diffuse spredning fra sådanne nano-skala strukturer komme meget tæt ved selve strålen. Der skal derfor måles ved meget små vinkler. Metoden til sådanne studier kaldes naturligt små-vinkel spredning (Small-Angle Scattering), hvoraf der finde de to primære metoder, SANS og SAXS med anvendelse af henholdsvis Neutron- og Røntgen-stråling (X-ray). I foredraget vil teknikkerne blive præsenteret og der vil blive vist eksempler på nuværende om kommende faciliteter. Der vil endvidere blive vist eksempler på hvordan kombination af SAXS og SANS kan benyttes til af give detaljeret strukturel indsigt i biomolekylære komplekser. Vi vil også vise hvordan teknikken kan bruges til at forstå og designe avancerede komplekse ordnede strukturer på nanometer længdeskala og hvordan mikro-reologien i komplekse væsker er et resultat af strukturelle ændringer

M3 - Andet bidrag

CY - København, Danmark

ER -