{"id":1040,"date":"2020-09-20T11:36:11","date_gmt":"2020-09-20T16:36:11","guid":{"rendered":"https:\/\/www.smls.mx\/?page_id=1040"},"modified":"2020-09-20T12:44:24","modified_gmt":"2020-09-20T17:44:24","slug":"difraccion-y-dispersion-de-rayos-x","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/smls.mx\/?page_id=1040","title":{"rendered":"Difracci\u00f3n y dispersi\u00f3n de rayos X"},"content":{"rendered":"\t\t
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Una de las t\u00e9cnicas de sincrotr\u00f3n m\u00e1s conocidas es la difracci\u00f3n de rayos X (DRX), que se aprovecha en laboratorios convencionales desde principios de siglo XX. Cuando los rayos X inciden sobre un cristal se reflejan en la red tridimensional ordenada de los planos de \u00e1tomos, se difractan y dispersan de acuerdo con su estructura y se registran en uno o m\u00e1s detectores. A partir de los patrones de difracci\u00f3n lineal, bi- o tridimensional que forman los rayos X reflejados, se pueden deducir por ello la estructura cristalina y muchas caracter\u00edsticas de la muestra. La difracci\u00f3n se emplea en el estudio de materiales naturales y compuestos qu\u00edmicos, como minerales, cer\u00e1micas, muestras biol\u00f3gicas y materiales electr\u00f3nicos y magn\u00e9ticos. Esta es, por ejemplo, una t\u00e9cnica absolutamente indispensable hoy para determinar la estructura de las prote\u00ednas y otras complejas mol\u00e9culas determinantes en los procesos vitales, como la estructura y composici\u00f3n de los virus. La dispersi\u00f3n proporciona informaci\u00f3n sobre la estructura y din\u00e1mica de grandes mol\u00e9culas que muestran menos orden, caracter\u00edsticas de las c\u00e9lulas vegetales y animales, pol\u00edmeros y coloides.<\/span><\/p>

Un ejemplo de empleo de la DRX se presenta en la figura 2.<\/strong> Se estudi\u00f3 en la l\u00ednea de luz MCX del sincrotr\u00f3n Elettra (Trieste, Italia) una muestra en polvo del material Li0.5Zn1.67Sb0.83O4, que tiene propiedades de \u201cbaristor\u201d (que se emplea en circuitos de seguridad el\u00e9ctrica) [1]. El gr\u00e1fico presenta el gr\u00e1fico del \u201cdifractograma\u201d de los \u00e1ngulos a los que ocurren las reflexiones de los rayos X y sus intensidades. Tambi\u00e9n se presenta una representaci\u00f3n de la red tridimensional de planos, tetraedros y octaedros que forman los \u00e1tomos del compuesto, que se obtiene de interpretar el difractograma.<\/span><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Figura 2<\/strong>: Patrones de difracci\u00f3n de rayos X observado y calculado de Li0.5Zn1.67Sb0.83O4 y estructura cristalina deducida del patr\u00f3n [1].<\/span><\/p>

Los materiales biol\u00f3gicos forman patrones y estructuras mucho m\u00e1s complejas. Una dificultad intr\u00ednseca de la medici\u00f3n de estructuras biol\u00f3gicas es que est\u00e1n formadas por \u00e1tomos muy ligeros, cuyas reflexiones son de baja intensidad. La luz sincrotr\u00f3n ha servido para reducir los tiempos de estudio de estos materiales. Por ejemplo, los difractogramas de macromol\u00e9culas biol\u00f3gicas en la \u00e9poca de su descubrimiento en el siglo XX pod\u00edan tardar un a\u00f1o en ser colectados. Actualmente en los sincrotrones esos patrones se obtienen en fracciones de segundos. Dos ejemplos del empleo de la DRX en materiales biol\u00f3gicos se presentan a continuaci\u00f3n.<\/span><\/p>

En un estudio de la capacidad de bios\u00edntesis de varios tipos de C\u00e1ndida en ambientes de elementos t\u00f3xicos se estableci\u00f3, mediante la difracci\u00f3n de rayos X de polvos en sincrotr\u00f3n, que este pat\u00f3geno es capaz de sintetizar microcristales de sulfuros de plomo, cadmio y mercurio dentro y fuera de la c\u00e9lula [2]. Este mecanismo le permite a la c\u00e9lula adaptarse y supervivir en diferentes h\u00e1bitats fisiol\u00f3gicos y ambientales.\u00a0 En la figura 3<\/strong> se muestran las im\u00e1genes de microscopio electr\u00f3nico de barrido del experimento, acompa\u00f1ada de los patrones de DRX. Este estudio tambi\u00e9n se realiz\u00f3 en el sincrotr\u00f3n Elettra.<\/span><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Figura 3.<\/strong> Muestras de Candida sometidas a ambientes t\u00f3xicos [2]. Columna izquierda: mapa de las intensidades de las concentraciones de plomo (arriba) y mercurio (abajo) de espectroscop\u00eda elemental en microscopio electr\u00f3nico de barrido. Columna derecha: Patrones de DRX de las diferentes muestras de C\u00e1ndida, donde de los picos afilados se puede interpretar la presencia de sulfuros de plomo (arriba) y de mercurio (abajo).<\/span><\/p>

Cuando se trata de descifrar la estructura de las prote\u00ednas los patrones son mucho m\u00e1s complejos, como es el caso del primer estudio a nivel mundial de la prote\u00edna intra-mineral Ovocleidin-17 (OC17), extra\u00edda de los cascarones de huevo [3]. La estructura es tan compleja que produce \u00a1m\u00e1s de 26 mil reflexiones! En esos casos, los cient\u00edficos presentan figuras tridimensionales donde se representan las superficies electr\u00f3nicas y detalles de algunas partes de las mol\u00e9culas. La figura 4<\/strong> presenta uno de los diagramas de la estructura de la OC17, reportados en [3]. Este estudio se realiz\u00f3 en la l\u00ednea de luz BM14S de la Instalaci\u00f3n Europea de Radiaci\u00f3n Sincrotr\u00f3n (European Synchrotron Radiation Facility, ESRF, Grenoble, Francia).<\/span><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Figura 4.<\/strong> Izquierda: Arquitectura general de Ovocleidin-17 (OC17). La topolog\u00eda es la de una estructura mixta a\/b, que se compone de tres h\u00e9lices a m\u00e1s ocho hebras b [3]. Derecha: Segmentos de la densidad electr\u00f3nica de la prote\u00edna OC17.<\/span><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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Leer m\u00e1s<\/a><\/p>\n

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