(z výstavy Struktura mikrosvěta, Národní muzeum, 1998)
Lidské tělo je složitý organismus, který vytváří látky, k jejichž zkoumání je vhodná rentgenová difrakční analýza. Pevné látky (konkrementy), vznikající za určitých podmínek v některých orgánech lidského těla, jsou důsledkem změn v organismu a objevují se např. v močových nebo žlučových cestách nebo ve slinné žláze. Pevné látky, dodávané lidskému organismu zvenčí na něj mohou mít vliv jak pozitivní (léky) tak negativní (jedy, drogy).
|
|---|
Příčinou vzniku močových kamenů mohou být např. metabolické poruchy v organismu, zvýšená sekrece uroproteinů i vnější vliv životního prostředí. Biomineralizační pochody v organismu nejsou dosud uspokojivě vysvětleny. Rentgenová difrakční analýza močových kamenů slouží k rychlému a spolehlivému určení jednotlivých krystalických složek tvořících kámen, což je pojivová část (tvořená převážně bílkovinami) a část krystalická, charakteristická pro močové kameny. Pro neoperační způsoby odstranění močových kamenů je třeba znát jejich složení co nejpřesněji.
Snaha objasnit zákonitosti mechanismu vzniku a růstu žlučových kamenů se dostává do popředí pozornosti v souvislosti se způsoby jejich odstraňování a prevencí vzniku. Žluč přesycená cholesterolem precipituje, cholesterové deriváty krystalizují a vznikají cholesterové kameny. Cizí látky ve žluči nebo změněný poměr složek žluči vede ke vzniku bilirubinátových nebo kalciumrubinátových kamenů. V jistých případech vznikají i kalciumkarbonátové kameny. Žlučové kameny jsou heterogenní, lze u nich rozeznat nehomogenní jádro a následný růst homogenních vrstev, nebo vrstev tvořených radiálně uspořádanými krystalky. Jak kameny ve žlučníku, tak i kameny ze žlučovodu jsou směsi organických látek, anizotropních lipidů, derivátů cholesterolu, derivátů kyseliny cholové, vápenatých solí bilirubinu a mastných kyselin. Z anorganických látek jsou často přítomny uhličitan vápenatý (v modifikaci vateritu, aragonitu, kalcitu a apatitu) a hydroxyfosforečnan vápenatý dihydrát-brushit. Ojedinělý je výskyt jednofázových kamenů tvořených cholesterolem nebo uhličitanem vápenatým.
Pro dokumentaci větší informační hodnoty rentgenové difrakční analýzy ve srovnání s jinými fyzikálně - chemickými metodami byly uvedeny výsledky analýz získané rentgenovou difrakcí, plynovou chromatografií a z měření infračervených spekter. Rentgenovou difrakční fázovou analýzou lze určit i čistotu a složení drog a zjistit tak cestu drogy od překupníků až k místu jejího původu.
 |
|---|
Podstatou každého léku je tzv. aktivní substance - chemická sloučenina, vyráběná buď mnohastupňovou chemickou syntézou, nebo extrahovaná z přírodních látek. Protože léčebný efekt sloučeniny je ovlivněn tvarem molekul léčebné složky, je cílem rentgenových studií získání informací právě o tvaru molekul. Malý krystalek této látky umístěný na rentgenový čtyřkruhový difraktometr, několikadenní měření, specielní výpočetní programy a jejich náročné vyhodnocení umožňují určit strukturu a složení aktivní substance, které ovlivňují její léčivé účinky. Uvedení nového léku je dlouhý a nákladný proces, který zahrnuje základní výzkum, přípravu, farmakologické a toxické studium a klinické testy. V průměru uplyne 10 let od okamžiku, kdy byla vybrána molekula vhodné látky pro podrobné studium a testování. Z přibližně 10 000 testovaných chemických sloučenin pouze jedna je uvedena na trh. Úspěšná spolupráce týmu krystalografů VŠCHT a vývojových pracovníků z opavské Galeny a.s. se týká mimo jiné i léčiv z námelových alkaloidů (léčba migrény, Parkinsonovy nemoci, stařeckých chorob) a cyklosporinu A (léková forma Consupren) k potlačení imunitní reakce organismu při transplantacích a k léčbě autoimunitních nemocí.
 |
|---|
Pracovníci laboratoří Ústavu makromolekulární chemie, Ústavu molekulární genetiky a Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR spolupracují při navrhování a studiu struktur léčiv proti virovému onemocnění AIDS. Životní funkce organismu jsou založeny na velké variabilitě makromolekul. V případě viru, který způsobuje nemoc AIDS (syndrom získaného selhání imunity) je cílem nalézt léčivo, jehož molekula zamezí funkci části viru (HIV -1 proteázy). Proteáza vytváří uvnitř viru strukturu, bez které se virus není schopen dále množit. Proteáza je tvořena dvěma makromolekulami. Nejlepší léčivo je to, které zapadne přesně do zářezu mezi oběma makromolekulami. Vazbou léčiva na HIV proteázu tak dojde k zamezení dalšího rozmnožování viru HIV (Human Immunodefficiency Virus).
Rentgenová strukturní analýza slouží k pochopení funkce makromolekul což je velmi důležité pro vývoj léčiv. Přibližně platí, že nejlepší lék je ten, jehož molekula zapadne do vhodného vazebného místa v makromolekule a tím podpoří, nebo naopak zamezí její biologickou činnost. Pro určení podrobné struktury léčiva nebo proteázy je nutné získat jejich krystaly. Krystaly se pěstují v malých kapičkách a k rentgenové strukturní analýze postačí krystalek o váze 0.000 000 1 g.
 |
|---|
Mineralogie-od morfologie krystalů k jejich vnitřní struktuře: Vnější morfologie krystalů je i v terénu snadno rozpoznatelná a často charakteristická pro určité nerosty. Mineralogie zkoumá chemické složení, krystalovou strukturu, fyzikální vlastnosti a vznik přírodních krystalických látek-minerálů. Minerál (nerost) je stejnorodá sloučenina nebo prvek, obvykle krystalická, vzniklá přírodními procesy na Zemi nebo ve vesmíru. V současné době známe v naší sluneční soustavě 3800 nerostných druhů.
Rentgenová difrakční fázová analýza odpovídá v mineralogii na dvě základní otázky: jaké minerály jsou ve zkoumaném vzorku a v jakém množství jsou ve vzorku zastoupeny. Mezinárodní centrum pro prášková data každoročně obnovuje a doplňuje databázi práškových rentgenografických dat. Databáze obsahuje data rentgenových difrakčních záznamů více než 60 000 sloučenin a slouží k identifikaci zkoumaných látek.
 |
|---|
Rentgenovou fázovou analýzou byla v roztroušených úlomcích meteoritického železa v okolí Meteor Crateru potvrzena přítomnost vysokotlakých fází SiO2 (coesitu a stišovitu).To podpořilo myšlenku vzniku tohoto kráteru dopadem části železného meteoritu Canyon Diabolo, který před 49 000 lety explodoval při dopadu na pláně Arizony a vytvořil Meteor Crater o průměru 1.2 km a hloubce 180m.
Většina látek, které nás obklopují, je tvořena z malých krystalků - jsou polykrystalické. V kompaktních polykrystalických materiálech se jen zřídka setkáme s krystalky náhodně orientovanými. Vždy existuje směr, do kterého se krystalky přednostně uspořádávají, a tento jev se nazývá textura (z latiny, textor znamená tkadlec). Textura existuje ve vláknech, vrstvách, horninách. Vzniká při přípravě materiálu (ať to jsou velké kompaktní plechy nebo tenké vrstvy), nebo při jeho následném tepelném či mechanickém zpracování. Přítomnost textury je někdy žádoucí; např. u transformátorových plechů by krystalky měly být přednostně uspořádány ve směru snadné magnetizace, nebo u světlocitlivých vrstev, jejichž elektrooptické vlastnosti souvisí s dokonalým uspořádáním krystalků. Jindy se jí snažíme vyhnout. Např. mechanická pevnost válcovaných plechů je ve směru válcování několikrát větší než ve směru příčném.
Pro popis textury je vhodná rentgenová difrakce. Z celkového počtu krystalků texturovaného materiálu může být přednostně orientována jen malá část, zbytek může být orientován náhodně. Procentuální poměr orientovaných krystalků v analyzovaném objemu materiálu zjistíme proměřením intenzity difrakce roviny (hkl) při různých náklonech vzorku.
Rentgenografická analýza mechanických napětí * pomáhá konstruktérům nalézt odpověď na otázku, jaké technologické postupy jsou z hlediska užitkových vlastností výrobků ty nejvhodnější. Napětí klasifikujeme podle toho, existují-li napětí v tělese pouze při působící vnější síle (vložená) nebo i po jejím odstranění (zbytková).
Působí-li na krystal mechanické napětí, změní se vzdálenosti mezi atomy, tvořícími krystal. Rentgenové paprsky se proto v deformovaném krystalu rozptylují jinak než v nedeformovaném. Známe-li, jaká zbytková napětí v tělese působí, můžeme využít jejich příznivých účinků nebo předcházet škodlivému působení. Tlaková napětí jsou zpravidla užitečná (zvyšují odolnost materiálů proti korozi), tahová napětí naopak užitkové vlastnosti zhoršují. Zbytková napětí mohou v materiálech vzniknout např.po rychlém ochlazení (kalení), při sycení povrchu kovů atomy uhlíku, dusíku (cementování, nitridování) apod., nebo nestejnoměrnou deformací různých částí těles.
 |
|---|
Krása a elegance krystalů přitahují svým kouzlem nejen věštce a přírodovědce, ale staly se též inspiračním zdrojem architektů. V letech 1910 - 1925 vznikaly v Československu stavby, na nichž si všimneme nejen zvýrazněné symetrie, hry s kombinací ploch, úhlů, ale i půvabných deformací, které do nich vnáší dynamiku, napětí a vazbu mezi jednotlivými prvky. Spirála, hyperbola, parabola-křivky, které vyjadřují změny funkcí a dávají uměleckým formám dynamický charakter (hojně využívané v baroku a secesi), jsou v kubismu nahrazeny lomenými tvary, které odpovídají deformačním silám v krystalu.
J. Chochol (1880-1956): "Co odmítáme z dekoru a ozdob, chceme docílit silou koncentrovaného celkového dojmu, jehož znakem bude příchuť matematické přesnosti, neuhlazené přísnosti a zrnité drsnosti".