Serial X-ray crystallography (SX) is a vital technique for determining protein structures, using high-energy X-rays to analyze crystallized proteins in a flowing suspension. Acoustic focusing can improve SX sample delivery by concentrating protein crystals, but achieving reliable 2D focusing that matches the X-ray beam remains challenging. This study investigated optimal transducer configurations and settings for 2D focusing of polystyrene beads in water and protein crystals in native buffer, with an acoustic device consisting of two PZT transducers mounted perpendicularly to each other on a 400 μm x 400 μm square-cross-section glass capillary. Focus quality was assessed by evaluating the full width at half maximum (FWHM) of averaged intensity peaks from microscope images. The results showed that applying a 100 kHz sweep around a center frequency near the resonance while actuating both transducers yields the most robust focusing of beads in water. When comparing protein crystal FWHM frequency dependence to that of beads in water, a significant resonance shift was observed. Conductance measurements of the mounted transducers showed a shift in optimum driving frequency when changing the fluid media inside the channel from water to protein crystal native buffer, aligning with the shift in frequency corresponding to the best FWHM. The results support the use of conductance measurements to efficiently identify channel resonances with different fluids. Additionally, investigating FWHM voltage dependence at the found ideal frequencies implied a correlation between increased voltage and protein crystal bunching, when focusing with two transducers. The study also found differences in performance of the mounted piezos, emphasizing the importance of assembly quality.

Seriell röntgenkristallografi (SX) är en viktig teknik för att bestämma proteinstrukturer, vilken utnyttjar högenergetiska röntgenstrålar för att analysera kristalliserade proteiner i en flödande suspension. Akustisk fokusering kan förbättra SX-provinjiceringen genom att koncentrera proteinkristaller, men att uppnå tillförlitlig 2D-fokusering som matchar röntgenstrålen är ännu inte givet. Denna studie undersökte optimala konfigurationer och inställningar för 2D-fokusering av polystyrenpärlor i vatten och proteinkristaller i buffert, med hjälp av en akustisk enhet bestående av två piezoelektriska element monterade vinkelrätt mot varandra på en glaskapillär med en 400 μm x 400 μm kvadratisk tvärsnittsarea. Fokusets kvalitet bedömdes genom att utvärdera full bredd vid halvt maximum (FWHM) av intensitetstoppar från mikroskopbilder. Resultaten visade att applicering av ett 100 kHz frekvenssvep runt en centerfrekvens nära resonansen, samtidigt som båda ultraljudsgivarna aktiveras, ger den mest robusta fokuseringen av polysterenpärlor i vatten. När proteinkristallers FWHM-frekvensberoende jämfördes med det för pärlor i vatten, observerades en betydande resonansförskjutning. Konduktansmätningar av de monterade piezoelektriska elementen visade en förskjutning i optimal drivfrekvens när vätskemediumet inuti kanalen byttes från vatten till buffert, vilket överensstämmer med frekvensförskjutningen av FWHM-minima. Resultaten stödjer användningen av konduktansmätning för att effektivt identifiera resonanser för olika vätskemedia. Dessutom antydde en undersökning av FWHM-spänningsberoende vid de funna ideala frekvenserna ett samband mellan ökad spänning och klumpbildning av proteinkristaller, vid fokusering med två ultraljudsgivare. Studien fann också skillnader i prestanda mellan de två monterade piezoelektriska elementen, vilket betonar vikten av sammanfogningskvalitet.