Amostras biológicas estudadas com raios-X intensos em lasers de elétrons livres são destruídas em nanossegundos após serem expostas. Por causa disso, as amostras precisam ser continuamente atualizadas para permitir que as muitas imagens necessárias para um experimento sejam obtidas. Os métodos convencionais usam jatos que fornecem um fluxo contínuo de amostras, mas isso pode ser um grande desperdício, pois os raios X interagem apenas com uma pequena fração do material injetado.

Para ajudar a resolver esse problema, cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia, SLAC National Accelerator Laboratory, Laboratório Nacional de Brookhaven, e outros institutos projetaram um novo sistema de linha de montagem que substitui rapidamente as amostras expostas, movendo as gotas ao longo de uma correia transportadora em miniatura, programado para coincidir com a chegada dos pulsos de raios-X. O sistema droplet-on-tape agora permite que a equipe estude as reações bioquímicas em tempo real de microssegundos a segundos, revelando os estágios dessas reações complexas.

Em sua abordagem, solução de proteína ou cristais são precisamente depositados em pequenas gotas líquidas, feitas quando as ondas de ultrassom empurram o líquido para uma fita em movimento. Conforme as gotas avançam, eles são atingidos por pulsos de luz visível ou tratados com gás oxigênio, que desencadeia diferentes reações químicas dependendo da amostra estudada. Isso permite o estudo de processos como a fotossíntese, que determina como as plantas absorvem a luz do sol e a convertem em energia utilizável.

Finalmente, poderosos pulsos de raios-X do laser de raios-X do SLAC, a fonte de luz coerente Linac (LCLS), sonda as gotas. Neste estudo publicado na Nature Methods, a luz de raios-X espalhada da amostra em dois detectores diferentes simultaneamente, um para cristalografia de raios-X e outro para espectroscopia de emissão de raios-X. São dois métodos complementares que fornecem informações sobre a estrutura geométrica e eletrônica dos sítios catalíticos das proteínas e permitem observar com precisão atômica como as estruturas das proteínas mudam durante a reação.