Ricercatori finanziati dall'UE hanno sviluppato una nuova tecnica a raggi X ultraveloce che potrebbe rivoluzionare la nostra comprensione della struttura e della funzione a livello atomico e molecolare.

Un team di ricerca con sede in Germania sta utilizzando una nuova sorgente di raggi X duri compatta per gettare nuova luce su importanti questioni di biologia strutturale.

Fino ad ora fasci di elettroni ultracorti, che hanno molti usi nell'imaging scientifico, potrebbe essere prodotto solo da costosi, apparecchiature assetate di potere che occupavano all'incirca lo spazio di un'auto. Un team del Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), il sincrotrone tedesco, e il Massachusetts Institute of Technology (MIT) negli Stati Uniti, ha prodotto un dispositivo delle dimensioni di una scatola di fiammiferi che potrebbe aprire un'intera gamma di applicazioni per gli accademici e l'industria.

Nell'ambito del progetto AXSIS (Attosecond X-ray Science:Imaging and Spectroscopy), finanziato dall'UE, il team DESY, insieme all'Università di Amburgo, sta ora utilizzando questo dispositivo come fotoiniettore per un nuovo laser a elettroni liberi da tavolo Attosecond. Con questo, stanno registrando brevi sequenze di sostanze chimiche, fisico e, soprattutto, processi biologici.

La vita non è mai statica e molte delle reazioni più importanti in chimica e biologia sono indotte dalla luce e si verificano su scale temporali ultraveloci, secondo i ricercatori. Queste reazioni sono state studiate con elevata risoluzione temporale principalmente mediante spettroscopia laser ultraveloce, ma questo riduce la vasta complessità del processo a poche coordinate di reazione.

Rivoluzionando la nostra comprensione

Il team AXSIS, guidato da Franz Kaertner, Professore di Fisica presso l'Università di Amburgo, ha sviluppato cristallografia e spettroscopia seriale ad attosecondi in grado di fornire una descrizione completa dei processi ultraveloci risolti atomicamente nello spazio reale e nel panorama dell'energia elettronica. Credono che questa nuova tecnica capovolgerà la nostra comprensione della struttura e della funzione a livello atomico e molecolare e aiuterà a svelare i processi fondamentali in chimica e biologia.

La tecnica prevede l'applicazione di una sorgente di raggi X ad attosecondi completamente coerente basata su una dispersione Compton coerente inversa da un cristallo di elettroni liberi, sviluppato dal progetto, per superare gli effetti del danno da radiazioni causati dall'elevata irradianza dei raggi X necessaria per catturare i segnali di diffrazione.

Ottimizzazione della strumentazione

Il team sta anche utilizzando questo progresso per ottimizzare l'intera strumentazione verso misurazioni fondamentali dell'assorbimento della luce e del trasferimento dell'energia di eccitazione. Ciò include i parametri del polso a raggi X, in tandem con la consegna del campione e la dimensione del cristallo, nonché rivelatori di raggi X avanzati.

L'obiettivo finale sarà quello di applicare le nuove capacità ad alcuni dei problemi fondamentali della biologia, come studiare la dinamica delle reazioni luminose, trasferimento di elettroni e struttura delle proteine ​​nella fotosintesi.

Il team AXSIS ha pubblicato di recente i risultati sulla rivista ottica . Il progetto ha ricevuto quasi 14 milioni di euro di finanziamenti dall'UE e dovrebbe continuare fino a luglio 2020.