Werk dat voorheen chemici maanden kostte, kan nu in enkele minuten worden gedaan.

Met behulp van een techniek genaamd microkristallijne elektronendiffractie, of MicroED, wetenschappers hebben slechts 30 minuten en een minuscule hoeveelheid monster nodig om kleine moleculen te identificeren en hun structuren te bepalen. Zo'n gemakkelijke toegang tot zeer gedetailleerde informatie kan een revolutie teweegbrengen in de manier waarop chemici, forensische wetenschappers, en degenen die betrokken zijn bij het onderzoek naar geneesmiddelen, zegt Howard Hughes Medical Institute (HHMI) onderzoeker Tamir Gonen.

De techniek maakt gebruik van een standaard cryo-elektronenmicroscoop en zou de standaardprocedure voor wetenschappers kunnen worden voor het identificeren van alles, van de producten van routinematige chemische reacties tot onbekende poeders op plaats delict, hij zegt. "Nu kunnen chemici poeders rechtstreeks uit een reactie halen, pas ze toe op een voorbeeldraster, en krijg dezelfde dag moleculaire structuren met een hoge resolutie."

Gonens team publiceerde de structuren van 11 kleine moleculen, bepaald door MicroED, 2 november 2018 in het journaal ACS Centrale Wetenschap . Het artikel bouwt voort op werk met kleine moleculen dat de wetenschappers eerder dit jaar publiceerden en demonstreert de reikwijdte van MicroED-technologie, zegt Gonen.

Van poeder tot structuur

Gonens idee voor het huidige project kwam tijdens de lunch met UCLA-chemicus Hosea Nelson. Gonen vertelde hem dat, bij de eerste ontwikkeling van MicroED, zijn lab had de structuur van een klein organisch molecuul bepaald. Nelson, wiens werk als chemicus draait om kleine moleculen, "kon me niet geloven toen ik hem vertelde dat het vrij eenvoudig was, " Zegt Gonen. Dus de twee gingen samenwerken en besloten om te zien hoe algemeen toepasbaar MicroED was voor de chemie en om de chemiegemeenschap op de hoogte te stellen van deze technologie.

Beginnend met een potje progesteronpoeder, ze verpletterden een kleine hoeveelheid en legden het op een monsterrooster. Vervolgens, ze koelden het af tot -196 graden Celsius, overgebracht naar een cryo-elektronenmicroscoop, en begon gegevens te verzamelen. Minder dan 30 minuten verstreken vanaf het openen van de pot tot het zien van de structuur van progesteron, zegt Gonen. Zijn team testte nog acht commerciële poeders en behaalde vergelijkbare resultaten. zelfs na het mengen van een aantal van hen.

Wetende dat de poeders waarschijnlijk allemaal waren uitgekristalliseerd tijdens de productie, het team wilde verbindingen testen die in plaats daarvan nieuw waren gesynthetiseerd, en niet uitgekristalliseerd door wetenschappers. Ze mengden vier van deze verbindingen, scheidde ze via een gemeenschappelijke zuiveringstechniek, en geanalyseerd door MicroED. De techniek produceerde structuren voor twee van de vier verbindingen, die spontaan kristallen hadden gevormd. Gonen gelooft dat de andere twee zouden hebben gewerkt als het team eerst had geprobeerd ze te kristalliseren.

Gonen ziet röntgenkristallografie of andere structuuridentificatiemethoden niet snel verdwijnen. Sommige monsters zullen meer vatbaar zijn voor de ene methode dan voor de andere, en de informatie die elke methode levert, varieert op nuttige manieren, hij zegt. Maar nu, het natuurlijke vermogen van kleine moleculen om kristallen te vormen kan door chemici worden benut op een manier die voorheen niet mogelijk was.

"Dit is een perfect voorbeeld van wat er gebeurt als twee velden die normaal niet met elkaar praten, samenkomen en kruisbestuiven, "zegt Gonen.