Une fibre de nylon (bleu clair), déposé sur le support de carbone (gris), soulève le cristal (rouge). Par ici, la face latérale du cristal devient visible au faisceau d'électrons (bleu). Sans la fibre (figure de droite), le cristal repose à plat sur le carbone et la barre métallique du porte-échantillon (marbré) bloque le signal. Crédit :Tim Grüne
L'analyse 3D des structures cristallines nécessite une vue 3D complète des cristaux. Des cristaux aussi petits que de la poudre, avec des bords inférieurs à un micromètre, ne peut être analysé qu'avec un rayonnement électronique. Avec la cristallographie électronique, une vue complète à 360 degrés d'un seul cristal est techniquement impossible. Une équipe de chercheurs dirigée par Tim Gruene de la Faculté de chimie de l'Université de Vienne a modifié le support des minuscules cristaux afin qu'une vue complète devienne possible. Maintenant, ils ont présenté leurs solutions dans le journal Communication Nature .
Typiquement, les cristallographes utilisent les rayons X pour examiner leurs échantillons. Taille, cependant, est très important pour l'analyse de la structure aux rayons X :les cristaux dont les bords sont inférieurs à 50 à 100 micromètres sont trop petits pour produire un signal mesurable. « La cristallographie électronique est un développement assez récent. Nous avons démontré à nos collègues chimistes que nous pouvons analyser des cristaux avec des bords inférieurs à 1 micromètre. " dit Tim Grüne, qui est membre du Département de chimie inorganique et chef du Centre d'analyse de la structure aux rayons X.
Vue limitée
Les électrons interagissent avec la matière beaucoup plus fort que les rayons X. Les cristaux de taille submicrométrique produisent des images de diffraction caractéristiques lorsqu'ils sont irradiés avec des électrons. Ceux-ci fournissent les données pour l'analyse de la structure. Cependant, le porte-échantillon empêche une rotation complète de 360 degrés :actuellement, un seul axe de rotation est disponible, et les barres métalliques nécessaires pour stabiliser le délicat ne peuvent pas être pénétrées par les électrons. Seule une rotation d'environ 75 degrés est possible dans les deux sens. « Cela nous donne un maximum de données précieuses à 300 degrés, ce qui conduit à une analyse structurelle erronée, " dit Gruene. Lui et ses collègues de l'ETH Zurich et du PSI ont trouvé une astuce pour résoudre le problème.
Les électrons interagissent beaucoup plus fortement avec la matière, et la cristallographie électronique offre de nombreuses nouvelles possibilités d'analyse. Lorsqu'il est irradié par des électrons, les cristaux de taille submicrométrique diffractent de manière caractéristique. La structure des molécules à l'intérieur des cristaux peut être déduite des diagrammes de diffraction. Crédit :Tim Grüne
Leur étude présente deux solutions pour contourner le problème :Ils ont préparé le porte-échantillon pour que les cristaux puissent être vus de tous les côtés. Un porte-échantillon contient des dizaines de cristaux, plus que suffisant pour compléter les données et fournir une vue 3D non déformée.
Tromper le transporteur
Un simple, des moyens facilement disponibles perturbent le matériau support, une couche de carbone ultrafine, avec un pinceau fin. Selon Gruene « en conséquence, des segments individuels de la couche de carbone se recroquevillent, comme lorsque vous touchez le fruit de touch-me-not. Les cristaux collent aux boucles et obtiennent une orientation aléatoire. On peut confortablement sélectionner plusieurs cristaux individuels à partir de points de vue très différents."
La deuxième solution recouvre le support en carbone de fibres de nylon. "Les surfaces ressemblent à une forêt recouverte de manière chaotique de rondins d'arbres, " dit Tim Grüne. Cela conduit à nouveau à de nombreuses orientations aléatoires des cristaux lorsqu'ils sont déposés sur le porte-échantillon. Cependant, les fibres de nylon sont déposées par électrofilage, ce qui nécessite un appareillage supplémentaire et est un peu plus complexe que de le caresser avec un pinceau.
Tim Grüne, Responsable du Center for X-ray Structure Analysis à la Faculté de chimie depuis février 2019. Crédit :Swiss Nanoscience Institute, Université de Bâle
"Soigné et simple"
Les deux mesures fournissent des ensembles de données à partir des cristaux avec une analyse structurelle 3D complète. Ce type de combinaison d'ensembles de données est une pratique courante en cristallographie des protéines, mais beaucoup moins courant en cristallographie chimique. Tim Grüne explique, "Notre travail a exploité le fait que la fusion de données fonctionne de la même manière pour les composés chimiques que pour les protéines. Nous n'avions besoin que de 5 cristaux dans les deux cas pour compléter les données."
"Nous n'avons pas évité le problème, mais a démontré comment révéler les faces cachées des cristaux au faisceau d'électrons. Les deux solutions sont étonnamment simples et peuvent être réalisées sans trop d'effort, " dit Tim Grüne.
