Outsourcing rast kristala… do prostora

Suspense: 'Til the Day I Die / Statement of Employee Henry Wilson / Three Times Murder (Srpanj 2019).

Anonim

Ponekad, udaljenost može posuditi novu perspektivu na problem. Za japanske istraživače koji proučavaju rast proteinskog kristala, ta je udaljenost bila oko 250 milja - visina na kojoj Međunarodna svemirska stanica (ISS) kruži oko Zemlje. Kako bi se bolje izoliralo rast bjelančevih kristala od učinaka gravitacije, skupina Katsuo Tsukamoto na Odsjeku za Zemlju i planetarnu znanost Sveučilišta Tohoku u Sendai u Japanu i Japan Aerospace Exploration Agency razvila su kristale u posebno dizajniranoj komori na ISS-u,

Istraživači su pratili vrlo spor rast i brzinu otapanja - približno jedan centimetar u sekundi kristala laserskom interferometrijom. Ovo je bio prvi put da je tehnika korištena na ISS-u za mjerenje brzine rasta kristala na različitim temperaturama. Da bi to promatrali, Yamazaki i njegovi kolege razvili su jedinstvene stanice rasta pogodne za dugoročne projekte, oko šest mjeseci.

"Zainteresirani smo za mehanizme rasta svemirskog proteinskog kristala - kristalnog lizozima - kao kristalnog modela za razumijevanje zašto kristalni kristali ponekad pokazuju bolju kvalitetu od kristala iz Zemlje", rekao je dr. Sc. Tomoya Yamazaki student u Tsukamotovom laboratoriju.

Tsukamoto i njegovi kolege, koji uključuju suradnike u Japan Aerospace Exploration Agency, Japan Space Forum, Olympus Optical Corporation, detaljuju svoju elegantnu metodu rasta ovog tjedna u pregledu znanstvenih instrumenata.

Eksperimentalni proces, poznat kao NanoStep, proveden je u japanskom Eksperimentalnom modulu (KIBO) Međunarodne svemirske postaje 2012. Tsukamoto i njegovi kolege prethodno su mjerili brzinu rasta kristala bjelančevina pod simuliranim mikrogravitetom pomoću ruskog obnovljivog satelita i zrakoplova u paraboličkim letovima.

Istraživači su precizno mjerili brzinu rasta kristala lizozima u odnosu na njihovu pokretnu silu, supersaturiranost - prirodni logaritam koncentracije proteina podijeljenoj njegovom topivosti - mjerenjem razdiobe indeksa refrakcijskog indeksa otopine dobivenu interferometrijom. To je također donijelo ključne informacije o mehanizmu rasta.

Istraživači su odlučili izmijeniti supersaturiranje otopine povećanjem ili smanjenjem temperature stanica rasta, što se lako može obaviti na daljinu. To se dogodilo u rasponu od 10-40 stupnjeva Celzijusa, što je zahtijevalo izgradnju zatvorene stanice rasta kako bi izdržala naprezanja uzrokovana toplinskom ekspanzijom otopine rasta.

Zatvorena, kubična stanica rasta izrađena je iz kvarcnih stakala s različitom debljinom, bitnom komponentom laserske interferometrije zbog svojih visokih kemijskih i mehaničkih otpornosti s kristalnim sjemenom proteinom zalijepljenom na vrh držača uzorka. Radi ublažavanja toplinskog stresa na staklu, istraživači su pričvrstili cijevi izrađene od elastomera, termoelastičnog polimera niske vlage propusnosti. Ovo je odabrano kako bi ublažilo isparavanje vode u otopini rastućih kristala, koja se sastojala od 30 ili 35 mg / ml lizozima i 25 mg / ml natrijevog klorida u 50 mM otopini natrijevog acetata. Također su koristili poseban sustav napetosti opruge za smanjenje stresa održavajući jaz između staklene ćelije i modula toplinske kontrole usred termičke ekspanzije.

Stanica rasta također se može upotrijebiti za fino podešavanje mjerenja izuzetno male brzine rasta ili otapanja netopivih minerala reda od 0, 001 nanometara po sekundi netopivih minerala. Na primjer, to bi moglo mjeriti kristale kalcijevog karbonata, gdje bi margine pogreške mogle postati masivne po geološkom vremenskom mjerilu - kao što je predviđanje otapanja gline minerala koji okružuju nuklearni otpad pohranjen pod zemljom za 100.000 godina.

Dok su istraživači očekivali da rast stope kristalne otopine bude sporiji zbog supresije konvekcije otopine, rezultati su umjesto toga pokazali povećanu stopu rasta.

To može biti zbog suzbijanja brzine prijenosa molekula nečistoća s većim promjerom na rastući kristal, s obzirom na brzinu rasta i supersaturiranost. To će se pojaviti u novim člancima.

Trenutno su u pripremi producirani projekti za istraživače koji koriste isti aparat za testiranje rasta različitih kristala, kao što su kristali glukoza izomeraze.

menu
menu