Com a publicação das primeiras medições experimentais realizadas na instalação, o laser europeu de elétrons livres de raios-X (EuXFEL) ultrapassou outro marco crítico desde seu lançamento em setembro de 2017. É o primeiro de uma "próxima geração" de XFELs que oferece uma coleta de dados muito mais rápida do que era possível antes. Como o EuXFEL fornece pulsos de raios-X a uma taxa quase inacreditável de um milhão de pulsos por segundo, medições experimentais podem ser concluídas mais rapidamente, permitindo que mais experimentos sejam realizados por ano. Não era óbvio, no entanto, que as técnicas de medição atuais seriam capazes de lidar com esse dilúvio de pulsos de raios-X. Pesquisadores do Instituto Max Planck de Pesquisa Médica em Heidelberg e da Rutgers University em Newark, EUA, trabalhando com uma equipe internacional de colaboradores e cientistas do DESY e do EuXFEL, agora demonstraram que não só isso pode ser feito, mas também que informações estruturais de alta qualidade sobre moléculas biológicas são obtidas. Este é um avanço para a instalação e para biólogos estruturais que usam XFELs em todo o mundo.

Os lasers de elétrons livres de raios-X (XFELs) permitem que os pesquisadores obtenham imagens tridimensionais de moléculas biológicas por meio de exposições instantâneas de raios-X com duração de meros femtossegundos. Essas imagens podem ser combinadas para fornecer "filmes" de moléculas na escala de tempo incrivelmente breve das reações químicas. Isso fornece novos insights sobre o nanomundo que não são apenas importantes para as ciências básicas que vão da biologia à física, mas também ajudam a avançar no desenvolvimento de novos e melhores medicamentos, baterias e mídia de armazenamento, e muitas outras coisas.

Infelizmente, apenas alguns XFELs existem em todo o mundo, e apenas uma fração dos experimentos que os cientistas desejam fazer pode ser acomodada. Isso também ocorre porque o original, Os XFELs de "primeira geração" entregam pulsos de raios-X apenas com a taxa de quadros de uma câmera de TV, cerca de 50 vezes por segundo. Contudo, usando ressonador supercondutor para acelerar os elétrons que são usados ​​para produzir os raios-X, XFELs de nova geração, como o XFEL europeu (EuXFEL), fornecem até um milhão de pulsos por segundo. A emoção na comunidade foi, portanto, enorme quando o EuXFEL foi inaugurado, há menos de um ano.

As novas possibilidades de coleta de dados em XFELs de alta taxa de repetição são, Contudo, acompanhado por desafios inteiramente novos para os cientistas que fazem os experimentos. Os mesmos pulsos XFEL de femtossegundo extraordinariamente intensos, que permitem que objetos minúsculos sejam estudados, necessariamente também aquecem e eventualmente vaporizam a amostra. Este não é um problema em si, uma vez que o instantâneo de raios-X do femtossegundo foi concluído muito antes de a amostra se fragmentar. Extremo cuidado deve ser tomado, Contudo, que o dano de um pulso XFEL não perturbe a amostra a ser sondada pelo próximo pulso. O meio de amostra deve, portanto, ser movido entre os pulsos de raios-X, de modo que o feixe XFEL nunca atinja próximo ao mesmo lugar duas vezes. A 50 pulsos por segundo, isso é feito facilmente; mas com apenas um milionésimo de segundo entre os pulsos não era óbvio que isso seria possível.

Experimentos de sucesso

Em junho de 2018, cientistas do departamento de Mecanismos Biomoleculares do Instituto Max Planck de Pesquisa Médica em Heidelberg, juntamente com uma equipe de pesquisa internacional, liderado por Ilme Schlichting, diretor do Instituto Max Planck, realizou um dos primeiros experimentos no EuXFEL. A equipe enfrentou e dominou os desafios associados à rápida chegada dos pulsos EuXFEL, obtenção e análise completa de dados de alta qualidade para uma variedade de moléculas de proteína.

"Em nosso jornal, nós mostramos isso, nas condições atuais, a onda de choque induzida por um pulso XFEL não influencia a amostra sondada pelo próximo pulso, mesmo quando o segundo pulso chega apenas um milionésimo de segundo depois, "diz Thomas Barends, um líder de grupo de pesquisa do MPI e um dos autores correspondentes. Os dados são de qualidade suficientemente alta para permitir também a análise detalhada de uma amostra anteriormente não caracterizada. Este é um marco para a instalação e de grande significado prático, dada a demanda crescente por tempo de feixe XFEL. "O EuXFEL nos permite coletar mais dados em muito menos tempo, permitindo-nos fazer ciência inovadora ", diz Marie Grünbein, primeiro autor da publicação e um Ph.D. estudante do Instituto Max Planck em Heidelberg.