بلورنگاری الکترونی

بلورنگاری الکترونی ( به انگلیسی: Electron crystallography ) روشی برای تعیین آرایش اتم ها در جامدات به وسیله میکروسکوپ الکترونی عبوری است.
این روش می تواند مکملی برای بلورنگاری پرتو - ایکس برای بلورهای بسیار کوچک ( کوچکتر از ۰٫۱ میکرومتر ) ، چه غیر ارگانیک، چه ارگانیک و چه پروتئین ( مانند پروتئین های غشائی ) که به راحتی نمی توانند کریستال سه بعدی لازم برای این کار را تشکیل بدهند، باشد. ساختارهای پروتئینی معمولا یا از روی بلورهای دوبعدی و چندوجهی هایی مثل کپسیدهای ویروسی تعیین می شوند یا از روی پروتئین های تکی پراکنده. الکترون ها می توانند در این موقعیت ها استفاده شوند در حالی که پرتوهای ایکس نمی توانند. دلیلش این است که الکترون ها قوی تر از پرتوهای ایکس با اتم ها ارتباط برقرار می کنند. بنابراین پرتوهای ایکس از درون یک بلور دوبعدی نازک عبور می کنند بدون اینکه به میزان قابل توجهی پخش شوند در حالی که الکترون ها می توانند برای ایجاد یک تصویر استفاده شوند. در مقابل، ارتباط قوی بین الکترون ها و پروتون ها موجب نفوذناپذیری بلورهای ضخیم ( به عنوان مثال بلورهای سه بعدی با ابعاد بیش از یک میکرومتر ) در برابر الکترون ها می شود و الکترون ها تا فواصل کوچکی نفوذ می کنند.
یکی از سختی های بلورنگاری پرتو - ایکس تعیین کردن فازها در الگوی پراش است. به دلیل پیچیدگی عدسی های پرتوی ایکس، تشکیل تصویری از بلور که پراکنده شده است، سخت است و بنابراین اطلاعات فاز از دست می رود. خوشبختانه میکروسکوپ های الکترونی می توانند ساختار اتمی را در فضای واقعی به دست بیاورند و فاکتور ساختار ( به انگلیسی: structure factor ) در بلورنگاری و اطلاعات فاز را می توان به صورت تجربی از تبدیل فوریه یک تصویر تعیین کرد. تبدیل فوریه یک تصویر با وضوح اتمی مشابه همین است ولی متفاوت است با یک الگوی پراش همراه با نقاط متقابل شبکه که تناسب و فاصله بندی یک بلور را نشان می دهد. [ ۱] ارون کلوگ اولین کسی بود که فهمید اطلاعات فاز را می توان به صورت مستقیم از روی تبدیل فوریه یک تصویر میکروسکوپ الکترونی که در یک کامپیوتر اسکن شده است، خواند. کلوگ به خاطر همین و به خاطر مطالعاتش در زمینه ساختارهای ویروسی و RNA انتقالی، در سال 1982 جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد.
یک مشکل رایج در بلورنگاری الکترونی و بلورنگاری پرتو - ایکس آسیب تابشی است که در آن به طور خاص مولکول های آلی و پروتئین ها هنگامی که تصویربرداری می شوند آسیب می بینند و موجب محدودیت وضوح و تفکیک پذیری قابل دسترسی می شود. این به ویژه در تنظیم بلورنگاری الکترونی که آسیب تابشی بر اتم های دور ( که تعدادشان کم است ) متمرکز است، دردسرساز است. یک تکنیکی که برای محدود کردن آسیب تابشی استفاده می شود، کرایومیکروسکوپی الکترونی ( به انگلیسی: electron cryomicroscopy ) است که در آن نمونه ها تحت عمل کرایوفیکسیشن ( به انگلیسی: cryofixation ) قرار می گیرند و تصویربرداری در دماهای نیتروژن مایع یا حتی هلیم مایع اتفاق می افتد. به خاطر این مشکل بلورنگاری پرتو - ایکس در تعیین ساختار پروتئین هایی که به ویژه در برابر آسیب تابشی آسیب پذیرند، موفق تر بوده است. اخیرا در آسیب تابشی تحقیقاتی با استفاده از پراش الکترونی میکروکریستال ( به انگلیسی: microcrystal electron diffraction یا MicroED ) بلورهای سه بعدی نازک در یک حالت هیدراته یخ زده ( به انگلیسی: frozen hydrated state ) انجام شد. [ ۲] [ ۳]