La cristallographie aux rayons X est un moyen extrêmement précis, mais aussi difficile et coûteux d’imager la structure exacte d’une molécule ou d’une macromolécule donnée dans un réseau cristallin. Étant donné qu’un ensemble diversifié de matériaux produit des cristaux, notamment des sels, des métaux, des minéraux, des semi-conducteurs et diverses molécules inorganiques, organiques et biologiques, la cristallographie aux rayons X est essentielle à de nombreux domaines scientifiques. Un cristal est tout arrangement répétitif régulier de cellules unitaires dont la taille varie de moins de 100 atomes – cristallographie de petites molécules – à des dizaines de milliers – cristallographie macromoléculaire).
La cristallographie aux rayons X est célèbre pour être le premier outil utilisé pour découvrir la structure de l’ADN, mais elle a également été utilisée pour déterminer la structure du diamant, du sel de table, de la pénicilline, de nombreuses protéines et des virus entiers. Au total, plus de 400,000 XNUMX structures ont été décrites par cristallographie aux rayons X. Ceux-ci peuvent être trouvés dans la Cambridge Structure Database.
Pour analyser un échantillon par cristallographie aux rayons X, il faut d’abord obtenir un cristal de haute pureté du matériau à étudier avec une structure très régulière. C’est souvent la partie la plus difficile car de nombreux cristaux ont des défauts à l’échelle nanométrique qui rendent la cristallographie aux rayons X difficile.
Ensuite, l’échantillon est soumis à un faisceau intense de rayons X de longueur d’onde uniforme. Ces rayons X produisent un motif de diffraction lorsqu’ils se reflètent sur l’échantillon. Ce schéma de diffraction est quelque peu similaire à ce qui est observé lorsque plusieurs pierres sont jetées dans un étang – où les vagues se croisent sont des pics qui composent le schéma de diffraction.
En faisant tourner lentement le cristal, en le martelant avec des rayons X et en enregistrant méticuleusement les diagrammes de diffraction à chaque orientation, une carte de densité électronique peut être dérivée. Cette carte de densité électronique est ensuite utilisée pour formuler une hypothèse sur la structure atomique à laquelle elle correspond. Les motifs de diffraction sont ensuite analysés à la lumière de la structure hypothétique, et s’il semble plausible que la structure donnée produise le motif de diffraction observé, une conclusion est tirée. Le résultat est ensuite téléchargé vers des bases de données centrales du type mentionné précédemment.