Físicos da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) e Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY, Hamburgo) desenvolveram um método para melhorar a qualidade das imagens de raios-X em relação aos métodos convencionais. A tecnica, imagem difrativa incoerente (IDI), poderia criar imagens de átomos individuais em nanocristais ou moléculas mais rapidamente e com uma resolução muito maior.
Por mais de 100 anos, Os raios X têm sido usados na cristalografia para determinar a estrutura das moléculas. No cerne do método estão os princípios de difração e superposição, ao qual todas as ondas estão sujeitas:Ondas de luz consistindo de fótons são desviadas pelos átomos no cristal e se sobrepõem como ondas de água geradas por obstáculos em um fluxo lento. Se um número suficiente desses fótons puder ser medido com um detector, um padrão de difração característico ou padrão de onda é obtido, a partir da qual a estrutura atômica do cristal pode ser derivada. Isso requer que os fótons sejam espalhados de forma coerente, o que significa que há uma relação de fase clara entre os fótons incidentes e refletidos. Para ficar com a analogia da água, isso corresponde a ondas de água que são desviadas dos obstáculos sem vórtices ou turbulências. Se o espalhamento de fótons for incoerente, a relação de fase fixa entre as dispersões de fótons espalhados, o que torna impossível determinar o arranjo dos átomos, assim como em águas turbulentas.
Mas a imagem difrativa coerente também tem um problema:"Com a luz de raios-X, na maioria dos casos, a dispersão incoerente domina, por exemplo, na forma de fluorescência resultante da absorção de fótons e subsequente emissão, "diz Anton Classen, membro do grupo de trabalho da FAU Quantum Optics and Quantum Information. "Isso cria um fundo difuso que não pode ser usado para imagens coerentes e reduz a fidelidade de reprodução de métodos coerentes."
Fazendo uso de radiação incoerente
É exatamente essa radiação incoerente aparentemente indesejável que é a chave para a nova técnica de imagem dos pesquisadores da FAU. "Em nosso método, os fótons de raios-X incoerentemente espalhados não são registrados por um longo período de tempo, mas em instantâneos curtos resolvidos pelo tempo, "diz o professor Joachim von Zanthier." Ao analisar os instantâneos individualmente, as informações sobre a disposição dos átomos podem ser obtidas. "
O truque é que a difração de luz ainda é coerente em sequências curtas. Contudo, isso só é possível com flashes de raios-X extremamente curtos com durações de não mais do que alguns femtossegundos, ou seja, alguns quatrilionésimos de segundo - o que só foi alcançado recentemente usando lasers de elétrons livres como o XFEL europeu em Hamburgo ou o Linac Coherent Light Source (LCLS) na Califórnia.
A visualização de moléculas individuais é possível
Como o novo método usa luz fluorescente, um sinal muito mais forte pode ser obtido, que também está espalhado em ângulos significativamente maiores, obter informações espaciais mais detalhadas. Além disso, filtros podem ser usados para medir a luz de espécies atômicas específicas apenas. Isso torna possível determinar a posição de átomos individuais em moléculas e proteínas com uma resolução significativamente maior em comparação com imagens coerentes usando luz de raios-X do mesmo comprimento de onda. Este método pode melhorar o estudo das proteínas na biologia estrutural e na medicina.
