Holografía, como la fotografía, es una forma de registrar el mundo que nos rodea. Ambos usan la luz para hacer grabaciones, pero en lugar de fotos bidimensionales, los hologramas reproducen formas tridimensionales. La forma se infiere de los patrones que se forman después de que la luz rebota en un objeto e interfiere con otra onda de luz que sirve como referencia.

Cuando se crea con luz de rayos X, La holografía puede ser un método extremadamente útil para capturar imágenes de alta resolución de un objeto a nanoescala, algo que es tan pequeño, su tamaño se mide en nanómetros, o mil millonésimas de metro.

Hasta aquí, La holografía de rayos X se ha restringido a objetos que forman cristales o se ha basado en el posicionamiento cuidadoso de la muestra en una superficie. Sin embargo, muchas partículas de tamaño nanométrico no son cristalinas, de corta duración y muy frágil. También pueden sufrir cambios o daños durante un experimento cuando se colocan sobre una superficie. Aerosoles, estados exóticos de la materia, y las formas de vida más pequeñas a menudo se incluyen en estas categorías y, por lo tanto, son difíciles de estudiar con los métodos de imagen convencionales.

En un estudio reciente que apareció en la portada de marzo de 2018 de Fotónica de la naturaleza , Los investigadores desarrollaron un nuevo método holográfico llamado holografía en vuelo. Con este método, pudieron demostrar los primeros hologramas de rayos X de virus de tamaño nanométrico que no estaban adheridos a ninguna superficie.

Los patrones necesarios para crear las imágenes se tomaron en la fuente de luz coherente Linac (LCLS), el láser de rayos X de electrones libres en el Laboratorio Nacional Acelerador SLAC del Departamento de Energía. Los nanovirus se han estudiado en LCLS sin una referencia holográfica, pero la interpretación de las imágenes de rayos X requirió muchos pasos, se basó en la participación humana y fue una tarea desafiante desde el punto de vista informático.

En el nuevo estudio, los autores superpusieron la luz de rayos X dispersa del virus con la luz de rayos X dispersa de una esfera nanométrica de referencia. La curvatura en las imágenes superpuestas de los dos objetos proporcionó información de profundidad y detalles sobre la forma del virus de 450 nanómetros de ancho. el mimivirus. Esta técnica simplificó enormemente la interpretación de los datos.

"En lugar de miles de pasos y algoritmos que potencialmente no coinciden, tienes un procedimiento de dos pasos en el que claramente sacas la estructura de tu imagen, "dice el autor principal del estudio, Tais Gorkhover, un Panofsky Fellow en SLAC e investigador en el Stanford PULSE Institute.

Ahora, los científicos pueden reconstruir una muestra en fracciones de segundo o incluso más rápido con el método holográfico.

"Antes de nuestro estudio, La interpretación de las imágenes de rayos X fue muy complicada y la estructura de las nanomuestras se reconstruyó mucho después del experimento real utilizando algoritmos no triviales. "dice Christoph Bostedt, científico del Laboratorio Nacional Argonne del DOE y coautor del estudio. "Con holografía 'en vuelo', el procedimiento es muy sencillo y en principio se puede realizar mientras se toman datos. Este es un verdadero avance ".

"Otra ventaja del método de holografía en vuelo es que es menos propenso al ruido y a los artefactos que pueden aparecer en el detector en comparación con las imágenes de rayos X no holográficas, "dice Anatoli Ulmer, un coautor y Ph.D. estudiante de la Universidad Técnica de Berlín en Alemania.

A la larga, los investigadores predicen que la holografía en vuelo ofrecerá nuevas formas de estudiar la contaminación del aire, procesos de combustión y catalíticos, todos los cuales involucran nanopartículas.