La cristalografía de femtosegundos en serie (SFX) es una forma de cristalografía de rayos X desarrollada para su uso en láseres de electrones libres de rayos X (XFEL). [1] [2] [3] Los pulsos individuales en láseres de electrones libres son lo suficientemente brillantes como para generar difracción de Bragg resoluble a partir de cristales submicrónicos. Sin embargo, estos pulsos también destruyen los cristales, lo que significa que un conjunto de datos completo implica recopilar difracción de muchos cristales. Este método de recopilación de datos se conoce como en serie , y hace referencia a una fila de cristales que fluyen a través del haz de rayos X, uno a la vez.
Esquema de cristalografía de femtosegundos en serie (SFX)
Historia
Si bien la idea de la cristalografía en serie se había propuesto anteriormente, [4] Chapman et al. [5] la demostraron por primera vez con XFEL en la fuente de luz coherente Linac (LCLS) en 2011. Desde entonces, este método se ha ampliado para resolver estructuras desconocidas, realizar experimentos resueltos en el tiempo y, más tarde, incluso se ha aplicado a fuentes de rayos X de sincrotrón.
Métodos
En comparación con la cristalografía convencional, donde se hace girar un único cristal (relativamente grande) para recopilar un conjunto de datos en 3D, se deben desarrollar algunos métodos adicionales para medir en modo serial . En primer lugar, se requiere un método para hacer pasar los cristales de manera eficiente a través del foco del haz. La otra diferencia importante está en el proceso de análisis de datos. Aquí, cada cristal tiene una orientación aleatoria y desconocida que debe determinarse computacionalmente antes de que los patrones de difracción de todos los cristales se puedan fusionar en un conjunto de intensidades hkℓ en 3D .
Entrega de muestra
El primer sistema de suministro de muestras utilizado para esta técnica fue la boquilla virtual dinámica de gas (GDVN), que genera un chorro de líquido en el vacío (acelerado por una corriente de gas helio concéntrico) que contiene cristales. Desde entonces, se han demostrado con éxito muchos otros métodos tanto en XFEL como en fuentes de sincrotrón. A continuación se ofrece un resumen de estos métodos junto con sus características relativas clave:
Boquilla virtual dinámica de gas (GDVN) [6] : baja dispersión de fondo, pero alto consumo de muestra. Es el único método disponible para fuentes con alta tasa de repetición. [7]
Inyector de fase cúbica lipídica (LCP) [8] : bajo consumo de muestra, con un fondo relativamente alto. Especialmente adecuado para proteínas de membrana.
Otros medios de suministro viscosos [9] [10] - Similar al LCP, bajo consumo de muestra con alto nivel de fondo
Sistemas de escaneo de objetivo fijo (se han utilizado una amplia variedad de sistemas con diferentes características, con bucles de cristal estándar [11] o chips de silicio [12] ) - Bajo consumo de muestra, el fondo depende del sistema, mecánicamente complejo
Unidad de cinta (cristales pipeteados automáticamente sobre una cinta Kapton y llevados al foco de rayos X): similar a los sistemas de objetivo fijo, excepto que tiene menos partes móviles
Análisis de datos
Para recuperar una estructura 3D a partir de los patrones de difracción individuales, estos deben orientarse, escalarse y fusionarse para generar una lista de intensidades hkℓ . Estas intensidades pueden luego pasarse a programas estándar de ajuste y desfase cristalográfico. Los primeros experimentos solo orientaron los patrones [13] y obtuvieron valores de intensidad precisos al promediar sobre una gran cantidad de cristales (> 100 000). Las versiones posteriores corrigen las variaciones en las propiedades de los patrones individuales, como las variaciones de intensidad general y las variaciones del factor B , además de refinar las orientaciones para corregir las "parcialidades" de las reflexiones de Bragg individuales. [14]
Referencias
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