高分辨率中子光谱研究蛋白质和水合水的皮秒纳秒动力学

中子背散射测量蛋白质和水合水的全局扩散和内部动力学，而不会受到辐射损伤。中子光谱同时访问分子水平上的空间和时间相关性。在软物质和生物材料中，获得有关这些远程紊乱系统的局部秩序的间接信息特别有趣。

因此，中子背散射可用于研究生物学、化学或材料意义上的动力学。另一个强大的领域是能源，例如对电池和燃料电池的研究。中子背散射已成功用于研究与阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等神经退行性疾病有关的蛋白质的分子动力学。

获得的结果有助于我们更好地了解这些病理的分子特征，并可能为开发更好的诊断铺平道路。要制备样品架，首先用水彻底清洁扁平铝样品架及其铟丝密封和螺钉，然后用乙醇清洁，然后让它干燥。在精密天平上分别称量样品架的不同部分，包括底部、盖子和铟丝。

将一毫米的铟线密封件放入样品架底部的凹槽中，在两端连接处留出一个小重叠。加入约100毫克冻干蛋白，使其填充样品架底部的内表面。接下来，将样品架放入带有含有五氧化二磷粉末的培养皿的干燥器中24小时，以完全干燥蛋白粉。

称取含有铟密封和干燥粉末的样品支架的干燥底部，以获得干燥样品的质量。从干燥器中取出五氧化二磷，放入装有氧化氘的培养皿以及内部的样品以水化粉末。重复干燥和水化三次，以实现氢气与氘的完全交换。

定期测量粉末质量以检查水合水平，当水合作用略高于所需水平时，等待质量缓慢减少。获得所需的水合作用后，迅速将盖子放在底部，先用四个螺钉关闭样品架以停止蒸汽交换。放置并拧紧所有剩余的螺钉，直到底部和盖子之间没有可见的间隙。

称量密封的样品架，以检查中子实验后是否有任何潜在的水合损失。要制备液态样品，请将蛋白质溶解在氘代缓冲液中。用水确定要放入样品架的适当液体体积。

在处理任何材料之前，请确保电离辐射剂量小于每小时 100 微西弗。然后，彻底干燥样品棒并取出任何先前的样品。将样品放在样品棒上，检查相对于光束中心是否正确居中，然后将样品棒插入低温炉。

要在Nomad中获取数据，请转到执行选项卡，然后将炉子低温恒温器控制器拖放到启动板中。将温度设置为 200 开尔文。使用快速模式和 30 分钟的超时，以便温度有时间稳定下来。

单击刷新图标可在后台运行温度斜坡，以便在温度降低期间进行数据采集。将 IN16 多普勒设置控制器拖放到启动板中。将速度曲线设置为精确的速度，设定为最大增量E，能量偏移为0.00微电子伏特，通道数设置为128，以获得弹性固定窗口扫描配置。

将计数控制器拖放到启动板中，用易于识别数据的名称填充字幕字段，并将扫描设置为 30 秒，重复 60 次。接下来，将 IN16 多普勒设置控制器拖放到启动板中。设置要签名的速度曲线，设置由到速度的值为每秒4.5米，并将通道数设置为2048，得到准弹性中子散射构型。

拖放计数控制器，并用易于识别数据的名称填充字幕字段。将扫描设置为 30 分钟，重复四次。对于温度斜坡，拖放炉子低温恒温器控制器，将温度设置为 310 开尔文，并将斜坡设置为增量为 0.05 开尔文的设定点，持续六秒钟。

使用 200 分钟的超时。使用 for 循环进行 65 次重复。在里面，插入一个IN16多普勒设置控制器，然后插入计数控制器，并将单次扫描设置为30秒。

随后，如前所述插入IN16多普勒设置，但使用1.5微电子伏特和1024通道的能量偏移。然后，插入计数控制器并设置三分钟的单次扫描。要获取 312 开尔文的最后一个准弹性中子散射，请拖放 IN16 多普勒设置并计数控制器，如前所述配置。

然后，按开始按钮运行脚本。溶酶体弹性和非弹性固定窗口扫描显示，低动量传递和低能量传递时信号增加，而高能量转移和低动量传递时信号减弱。最初的质心扩散系数为每纳秒15埃平方，然后随着时间的推移呈指数下降。

在高于220开尔文的温度下，tau纤维周围的水合水合水明显比tau单体周围的流动性更强。水分子在纤维周围发生平移运动的比例以及水分子的平移和旋转扩散系数均增加。由于中子通量或样品架缓冲液背景的中子背散射限制，蛋白质浓度应为每毫升2000毫克或蛋白质化蛋白质至少20毫克/毫升。

例如，中子背散射最近已被应用于了解水（天然环境蛋白质）如何被合成聚合物完全取代，用于生物技术应用，例如药物输送。