No novo estudo, os autores sobrepuseram luz de raios-X espalhada do mimivírus com luz de raios-X espalhada de uma esfera de referência (imagem principal). A curvatura nas imagens sobrepostas dos dois objetos forneceu informações profundas e detalhes sobre a forma do vírus. A imagem no canto inferior direito é uma reconstrução holográfica do vírus com base nos padrões de difração de raios-X coletados durante o experimento. Crédito:Anatoli Ulmer e Tais Gorkhover / Universidade Técnica de Berlim e SLAC National Accelerator Laboratory
Holografia, como fotografia, é uma forma de registrar o mundo ao nosso redor. Ambos usam luz para fazer gravações, mas em vez de fotos bidimensionais, os hologramas reproduzem formas tridimensionais. A forma é inferida dos padrões que se formam depois que a luz ricocheteia em um objeto e interfere em outra onda de luz que serve de referência.
Quando criado com luz de raios-X, a holografia pode ser um método extremamente útil para capturar imagens de alta resolução de um objeto em nanoescala - algo que é tão pequeno, seu tamanho é medido em nanômetros, ou bilionésimos de um metro.
Até aqui, A holografia de raios-X foi restrita a objetos que formam cristais ou contou com o posicionamento cuidadoso da amostra em uma superfície. Contudo, muitas partículas nanométricas são não cristalinas, de curta duração e muito frágil. Eles também podem sofrer alterações ou danos durante um experimento quando posicionados em uma superfície. Aerossóis, estados exóticos da matéria, e as menores formas de vida freqüentemente se enquadram nessas categorias e, portanto, são difíceis de estudar com os métodos convencionais de imagem.
Em um estudo recente apresentado na capa de março de 2018 de Nature Photonics , pesquisadores desenvolveram um novo método holográfico chamado holografia em vôo. Com este método, eles foram capazes de demonstrar os primeiros hologramas de raios-X de vírus nanométricos que não estavam aderidos a nenhuma superfície.
Os padrões necessários para criar as imagens foram obtidos no Linac Coherent Light Source (LCLS), o laser de elétrons livres de raios-X no Laboratório Nacional do Acelerador SLAC do Departamento de Energia. Os nanovírus foram estudados no LCLS sem uma referência holográfica, mas a interpretação das imagens de raios-X exigiu muitas etapas, dependia de informações humanas e era uma tarefa desafiadora em termos computacionais.
No novo estudo, os autores sobrepuseram luz dispersa de raios-X do vírus com luz dispersa de raios-X de uma esfera de tamanho nanométrico de referência. A curvatura nas imagens sobrepostas dos dois objetos forneceu informações de profundidade e detalhes sobre a forma do vírus de 450 nanômetros, o mimivírus. Essa técnica simplificou muito a interpretação dos dados.
"Em vez de milhares de etapas e algoritmos que potencialmente não correspondem, você tem um procedimento de duas etapas em que obtém claramente a estrutura de sua imagem, "diz a principal autora do estudo, Tais Gorkhover, Panofsky Fellow no SLAC e pesquisador do Stanford PULSE Institute.
Agora, os cientistas podem fazer a reconstrução de uma amostra em frações de segundo ou até mais rápido com o método holográfico.
"Antes do nosso estudo, a interpretação das imagens de raios-X era muito complicada e a estrutura das nanoamostras foi reconstruída muito depois do experimento real usando algoritmos não triviais, "diz Christoph Bostedt, um cientista do Laboratório Nacional de Argonne do DOE e um co-autor do estudo. "Com holografia 'em vôo', o procedimento é muito simples e, em princípio, pode ser realizado durante a coleta de dados. Este é um verdadeiro avanço. "
Ilustração que mostra o princípio da holografia em vôo. (Esquerda) Os raios X se espalham por duas esferas e formam um padrão de difração característico. Os padrões são registrados usando o feixe de raios-X muito intenso do laser de raios-X do SLAC, a fonte de luz coerente Linac (LCLS). (Centro) Mudanças no tamanho e distância das esferas são refletidas nos padrões que podem ser traduzidos diretamente apenas da difração. A esfera menor pode atuar como uma referência holográfica. (Direita) Se as esferas forem deslocadas para fora do plano, as linhas finas do padrão de difração tornam-se curvas. As assinaturas da posição e do tamanho da referência permitem aos pesquisadores reconstruir as distâncias tridimensionais entre a esfera pequena (referência) e a esfera grande. Crédito:Anatoli Ulmer e Tais Gorkhover / Universidade Técnica de Berlim e SLAC National Accelerator Laboratory
"Outra vantagem do método de holografia em vôo é que ele é menos sujeito a ruídos e artefatos que podem aparecer no detector em comparação com imagens de raios-X não holográficas, "diz Anatoli Ulmer, um co-autor e Ph.D. estudante da Universidade Técnica de Berlim na Alemanha.
A longo prazo, os pesquisadores prevêem que a holografia em vôo oferecerá novas maneiras de estudar a poluição do ar, processos de combustão e catalíticos, todos os quais envolvem nanopartículas.
