Investigadores financiados con fondos europeos han desarrollado una nueva técnica de rayos X ultrarrápida que podría revolucionar nuestra comprensión de la estructura y función a nivel atómico y molecular.

Un equipo de investigación con sede en Alemania está utilizando una nueva fuente compacta de rayos X duros para arrojar nueva luz sobre importantes cuestiones de biología estructural.

Hasta ahora haces de electrones ultracortos, que tienen muchos usos en imágenes científicas, solo podría ser producido por costosos, equipos que consumen mucha energía y que ocupan aproximadamente el espacio de un automóvil. Un equipo de Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), el sincrotrón alemán, y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en los Estados Unidos, ha producido un dispositivo del tamaño de una caja de cerillas que podría abrir una amplia gama de aplicaciones tanto para académicos como para la industria.

Como parte del proyecto AXSIS (Attosecond X-ray Science:Imaging and Spectroscopy), financiado con fondos europeos, el equipo DESY, junto con la Universidad de Hamburgo, ahora está usando este dispositivo como un fotoinyector para un nuevo láser de electrones libres de mesa de Attosegundos. Con este, están grabando secuencias cortas de productos químicos, físico y, sobre todo, procesos biológicos.

La vida nunca es estática y muchas de las reacciones más importantes en química y biología son inducidas por la luz y ocurren en escalas de tiempo ultrarrápidas. según los investigadores. Estas reacciones se han estudiado con alta resolución en el tiempo principalmente mediante espectroscopia láser ultrarrápida, pero esto reduce la gran complejidad del proceso a unas pocas coordenadas de reacción.

Revolucionando nuestro entendimiento

El equipo de AXSIS, dirigido por Franz Kaertner, Catedrático de Física en la Universidad de Hamburgo, ha desarrollado cristalografía y espectroscopia en serie de attosegundos que pueden dar una descripción completa de los procesos ultrarrápidos resueltos atómicamente en el espacio real y en el panorama de la energía electrónica. Creen que esta nueva técnica cambiará nuestra comprensión de la estructura y función a nivel atómico y molecular y ayudará a desentrañar procesos fundamentales en química y biología.

La técnica consiste en aplicar una fuente de rayos X de attosegundos completamente coherente basada en la dispersión de Compton inversa coherente de un cristal de electrones libres, desarrollado por el proyecto, para superar los efectos de los daños por radiación causados ​​por la alta irradiancia de rayos X necesaria para capturar las señales de difracción.

Optimización de la instrumentación

El equipo también está utilizando este avance para optimizar toda la instrumentación hacia medidas fundamentales de absorción de luz y transferencia de energía de excitación. Esto incluye parámetros de pulso de rayos X, en conjunto con la entrega de muestras y el tamaño del cristal, así como con detectores de rayos X avanzados.

El objetivo final será aplicar las nuevas capacidades a algunos de los problemas fundamentales de la biología, como estudiar la dinámica de las reacciones a la luz, transferencia de electrones y estructura de proteínas en la fotosíntesis.

El equipo de AXSIS publicó sus hallazgos recientemente en la revista Optica . El proyecto ha recibido casi 14 millones de euros en financiación de la UE y se prevé que continúe hasta julio de 2020.