Pesquisadores financiados pela UE desenvolveram uma nova técnica ultrarrápida de raios-X que pode revolucionar nossa compreensão da estrutura e função nos níveis atômico e molecular.

Uma equipe de pesquisa com sede na Alemanha está usando uma nova fonte compacta de raios-X para lançar uma nova luz sobre questões importantes da biologia estrutural.

Até agora feixes de elétrons ultracurtos, que têm muitos usos em imagens científicas, só poderia ser produzido por caro, equipamentos que consomem muita energia que ocupam quase o espaço de um carro. Uma equipe da Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), o síncrotron alemão, e o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) nos Estados Unidos, produziu um dispositivo do tamanho de uma caixa de fósforos que poderia abrir uma ampla gama de aplicações para acadêmicos e indústria.

Como parte do projeto AXSIS (Attosecond X-ray Science:Imaging and Spectroscopy) financiado pela UE, a equipe DESY, junto com a Universidade de Hamburgo, agora está usando este dispositivo como um foto-injetor para um novo laser de elétrons livres de mesa Attosecond. Com isso, eles estão gravando sequências curtas de produtos químicos, físico e, sobre tudo, processos biológicos.

A vida nunca é estática e muitas das reações mais importantes em química e biologia são induzidas pela luz e ocorrem em escalas de tempo ultrarrápidas, de acordo com os pesquisadores. Essas reações foram estudadas com alta resolução de tempo, principalmente por espectroscopia a laser ultrarrápida, mas isso reduz a vasta complexidade do processo a apenas algumas coordenadas de reação.

Revolucionando nosso entendimento

A equipe AXSIS, liderado por Franz Kaertner, Professor de Física da Universidade de Hamburgo, desenvolveu cristalografia serial de attosegundo e espectroscopia que pode fornecer uma descrição completa de processos ultrarrápidos resolvidos atomicamente no espaço real e na paisagem de energia eletrônica. Eles acreditam que esta nova técnica mudará nossa compreensão da estrutura e função nos níveis atômico e molecular e ajudará a desvendar processos fundamentais na química e na biologia.

A técnica envolve a aplicação de uma fonte de raios-X de attossegundo totalmente coerente com base no espalhamento Compton inverso coerente de um cristal de elétron livre, desenvolvido pelo projeto, para superar os efeitos de danos de radiação causados ​​pela alta irradiância de raios-X necessária para capturar os sinais de difração.

Otimizando a instrumentação

A equipe também está usando esse avanço para otimizar toda a instrumentação para medições fundamentais de absorção de luz e transferência de energia de excitação. Isso inclui parâmetros de pulso de raios-X, em conjunto com a entrega da amostra e tamanho do cristal, bem como detectores de raios-X avançados.

O objetivo final será aplicar as novas capacidades a alguns dos problemas fundamentais da biologia, como estudar a dinâmica das reações de luz, transferência de elétrons e estrutura de proteínas na fotossíntese.

A equipe AXSIS publicou suas descobertas recentemente no jornal Optica . O projeto recebeu quase 14 milhões de euros em financiamento da UE e deverá prosseguir até julho de 2020.