Kết tinh
Mặc dù kết tinh học có thể được sử dụng để mô tả sự rối loạn trong tinh thể không tinh khiết hoặc không đều, nhưng kết tinh học thường đòi hỏi một tinh thể tinh khiết có độ chính xác cao để giải quyết cấu trúc của một sự sắp xếp phức tạp của các nguyên tử. Tinh thể tinh khiết, thường xuyên đôi khi có thể được lấy từ các vật liệu tự nhiên hoặc tổng hợp, chẳng hạn như các mẫu kim loại, khoáng chất hoặc vật liệu vĩ mô khác. Độ chính xác của các tinh thể như vậy đôi khi có thể được cải thiện với sự kết tinh tinh thể đại phân tử và các phương pháp khác. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, việc thu được chất tinh thể nhiễu xạ là rào cản chính để giải quyết cấu trúc phân giải nguyên tử .
Hình học tinh thể phân tử nhỏ và vĩ mô khác nhau về phạm vi các kỹ thuật có thể sử dụng để tạo ra các tinh thể nhiễu xạ. Các phân tử nhỏ nói chung có ít độ tự do cấu tạo, và có thể được tinh thể hoá bằng nhiều phương pháp, như sự lắng đọng hơi hóa học và kết tinh lại. Ngược lại, đại phân tử thường có nhiều mức độ tự do và sự kết tinh của chúng phải được thực hiện để duy trì cấu trúc ổn định. Ví dụ, các protein và phân tử RNA lớn hơn không thể kết tinh nếu cấu trúc bậc ba của chúng đã được mở ra; do đó, phạm vi của các điều kiện tinh thể được giới hạn trong các điều kiện giải pháp, trong đó các phân tử như vậy vẫn được xếp lại.
Ba phương pháp pha chế các tinh thể, A: Treo thả. B: Ngồi thả. C: Xét nghiệm vi phân
Protein tinh thể hầu như luôn luôn được tăng trưởng trong dung dịch. Cách tiếp cận phổ biến nhất là làm giảm dần độ tan của các phân tử thành phần của nó; nếu điều này được thực hiện quá nhanh, các phân tử sẽ kết tủa từ dung dịch, tạo thành một bụi vô dụng hoặc gel vô định hình ở đáy thùng chứa. Sự tăng trưởng tinh thể trong dung dịch được đặc trưng bởi hai bước: sự tạo mầm của một tinh thể cực nhỏ (có thể chỉ có 100 phân tử), tiếp theo là tăng trưởng của tinh thể đó, lý tưởng là tinh thể chất lượng nhiễu xạ . Các điều kiện giải quyết ưu tiên bước đầu (nhân) không phải lúc nào cũng là điều kiện thuận lợi cho bước thứ hai (tăng trưởng tiếp theo). Mục tiêu của nhà tinh chế là xác định các điều kiện giải quyết sự phát triển của một tinh thể lớn đơn, vì các tinh thể lớn hơn mang lại độ phân giải được cải thiện của phân tử. Do đó, các điều kiện giải pháp nên không thích giai đoạn đầu (nhân) nhưng ủng hộ thứ hai (tăng trưởng), do đó chỉ có một tinh thể lớn hình thành mỗi giọt. Nếu nucleation được ưa chuộng quá nhiều, một vòi sen nhỏ tinh thể sẽ hình thành trong giọt, chứ không phải là một pha lê lớn; nếu được ưa thích quá ít, không có pha lê sẽ hình thành bất cứ điều gì. Các phương pháp tiếp cận khác liên quan đến việc kết tinh các protein dưới dầu, trong đó các dung dịch nước giải phóng dưới dầu lỏng, và nước bốc hơi qua lớp dầu. Các loại dầu khác nhau có độ thẩm thấu bay hơi khác nhau, do đó tạo ra sự thay đổi tỷ lệ nồng độ từ hỗn hợp chất percipient / protein khác nhau. Kỹ thuật này dựa vào việc đưa protein trực tiếp vào vùng nucleation bằng cách trộn protein với lượng percipient thích hợp để ngăn sự phân tán nước ra khỏi giọt.
Rất khó để dự đoán các điều kiện tốt cho sự nảy sinh hoặc tăng trưởng các tinh thể có trật tự tốt . Trên thực tế, điều kiện thuận lợi được xác định bằng cách sàng lọc; một lô rất lớn của các phân tử được chuẩn bị, và một loạt các giải pháp kết tinh được kiểm tra. Hàng trăm, thậm chí hàng ngàn, các điều kiện giải pháp thường được thử trước khi tìm kiếm thành công. Các điều kiện khác nhau có thể sử dụng một hoặc nhiều cơ chế vật lý để giảm khả năng hòa tan của phân tử; ví dụ, một số có thể thay đổi độ pH, một số chứa muối của seri Hofmeister hoặc các hóa chất làm giảm hằng số điện môi của dung dịch, còn các chất khác có chứa các polyme lớn như polyethylene glycol làm cho phân tử ra khỏi dung dịch bằng các hiệu ứng entropic. Cũng thường xuyên thử một số nhiệt độ để kích thích sự kết tinh hoặc để giảm dần dần nhiệt độ để dung dịch trở nên bão hòa. Những phương pháp này đòi hỏi số lượng lớn các phân tử mục tiêu, vì chúng sử dụng nồng độ cao của các phân tử (s) để được kết tinh. Do sự khó khăn trong việc thu được số lượng lớn như vậy (miligam) protein dạng tinh thể, các robot đã được phát triển có khả năng phân phát chính xác các giọt thử tinh thể kết tinh ở mức 100 nano. Điều này có nghĩa là ít hơn 10 lần protein được sử dụng cho mỗi thí nghiệm khi so sánh với các thử nghiệm kết tinh được thiết lập bằng tay (theo thứ tự của 1 microliter).
Một số yếu tố được biết là ức chế hoặc kết tinh tinh mar. Các tinh thể đang tăng trưởng thường được giữ ở nhiệt độ không đổi và được bảo vệ khỏi những cú sốc hoặc rung động có thể làm phiền sự kết tinh của chúng. Các tạp chất trong các phân tử hoặc trong các dung dịch kết tinh thường không thích hợp để kết tinh. Tính linh hoạt phù hợp trong