Abstract Time-resolved crystallography of biomolecules in action has advanced rapidly as methods for serial crystallography have improved, but the large number of crystals and complex experimental infrastructure required remain serious obstacles to widespread application. We have developed Millisecond Mix-and-Quench crystallography (MMQX), which yields millisecond time-resolved data using far fewer crystals and routine remote synchrotron data collection. To demonstrate the capabilities of MMQX, the conversion of oxaloacetic acid to phosphoenolpyruvate by phosphoenolpyruvate carboxykinase is observed with a time resolution of 40 ms. MMQX, by lowering the entry barrier to time-resolved crystallography, should enable broad expansion in structural studies of protein dynamics.

Damage from ice and potential toxicity of ice-inhibiting cryoprotective agents (CPAs) are key issues in assisted reproduction using cryopreserved oocytes and embryos. We use synchrotron-based time-resolved x-ray diffraction and tools from protein cryocrystallography to characterize ice formation within bovine oocytes after cooling at rates between ∼1000 °C/min and ∼600,000°C /min and during warming at rates between 20,000 and 150,000 °C /min. Maximum crystalline ice diffraction intensity, maximum ice volume, and maximum ice grain size are always observed during warming. All decrease with increasing CPA concentration, consistent with the decreasing free water fraction. With the cooling rates, warming rates and CPA concentrations of current practice, oocytes may show no ice after cooling but always develop substantial ice fractions on warming, and modestly reducing CPA concentrations causes substantial ice to form during cooling. With much larger cooling and warming rates achieved using cryocrystallography tools, oocytes soaked as in current practice remain essentially ice free during both cooling and warming, and when soaked in half-strength CPA solution oocytes remain ice free after cooling and develop small grain ice during warming. These results clarify the roles of cooling, warming, and CPA concentration in generating ice in oocytes, establish the character of ice formed, and suggest that substantial further improvements in warming rates are feasible. Ice formation can be eliminated as a factor affecting post-thaw oocyte viability and development, allowing other deleterious effects of the cryopreservation cycle to be studied, and osmotic stress and CPA toxicity reduced.Cryopreservation of oocytes and embryos is critical in assisted reproduction of humans and domestic animals and in preservation of endangered species. Success rates are limited by damage from crystalline ice, toxicity of cryoprotective agents (CPAs), and damage from osmotic stress. Time-resolved x-ray diffraction of bovine oocytes shows that ice forms much more readily during warming than during cooling, that maximum ice fractions always occur during warming, and that the tools and large CPA concentrations of current protocols can at best only prevent ice formation during cooling. Using tools from cryocrystallography that give dramatically larger cooling and warming rates, ice formation can be completely eliminated and required CPA concentrations substantially reduced, expanding the scope for species-specific optimization of post-thaw reproductive outcomes.

Abstract X‐ray free electron laser (XFEL) microcrystallography and synchrotron single‐crystal crystallography are used to evaluate the role of organic substituent position on the optoelectronic properties of metal–organic chalcogenolates (MOChas). MOChas are crystalline 1D and 2D semiconducting hybrid materials that have varying optoelectronic properties depending on composition, topology, and structure. While MOChas have attracted much interest, small crystal sizes impede routine crystal structure determination. A series of constitutional isomers where the aryl thiol is functionalized by either methoxy or methyl ester are solved by small molecule serial femtosecond X‐ray crystallography (smSFX) and single crystal rotational crystallography. While all the methoxy examples have a low quantum yield (0‐1%), the methyl ester in the ortho position yields a high quantum yield of 22%. The proximity of the oxygen atoms to the silver inorganic core correlates to a considerable enhancement of quantum yield. Four crystal structures are solved at a resolution range of 0.8–1.0 Å revealing a collapse of the 2D topology for functional groups in the 2‐ and 3‐ positions, resulting in needle‐like crystals. Further analysis using density functional theory (DFT) and many‐body perturbation theory (MBPT) enables the exploration of complex excitonic phenomena within easily prepared material systems.