Des chercheurs financés par l'UE ont développé une nouvelle technique de rayons X ultrarapide qui pourrait révolutionner notre compréhension de la structure et de la fonction aux niveaux atomique et moléculaire.

Une équipe de recherche basée en Allemagne utilise une nouvelle source compacte de rayons X durs pour apporter un nouvel éclairage sur des questions importantes en biologie structurale.

Jusqu'à présent des faisceaux d'électrons ultra courts, qui ont de nombreuses utilisations en imagerie scientifique, ne pouvait être produit que par des produits coûteux, un équipement énergivore qui prenait à peu près l'espace d'une voiture. Une équipe de Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), le synchrotron allemand, et le Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux États-Unis, a produit un appareil de la taille d'une boîte d'allumettes qui pourrait ouvrir toute une gamme d'applications pour les universitaires et l'industrie.

Dans le cadre du projet AXSIS (Attosecond X-ray Science:Imaging and Spectroscopy) financé par l'UE, l'équipe DESY, avec l'Université de Hambourg, utilise maintenant cet appareil comme photo-injecteur pour un nouveau laser à électrons libres de table Attoseconde. Avec ça, ils enregistrent de courtes séquences de produits chimiques, physique et, par dessus tout, processus biologiques.

La vie n'est jamais statique et bon nombre des réactions les plus importantes en chimie et en biologie sont induites par la lumière et se produisent sur des échelles de temps ultrarapides, selon les chercheurs. Ces réactions ont été étudiées avec une haute résolution temporelle principalement par spectroscopie laser ultrarapide, mais cela réduit la grande complexité du processus à quelques coordonnées de réaction.

Révolutionner notre compréhension

L'équipe AXSIS, dirigé par Franz Kaertner, Professeur de physique à l'Université de Hambourg, a développé une cristallographie et une spectroscopie en série attoseconde qui peuvent donner une description complète des processus ultrarapides résolus atomiquement dans l'espace réel et sur le paysage énergétique électronique. Ils pensent que cette nouvelle technique bouleversera notre compréhension de la structure et de la fonction aux niveaux atomique et moléculaire et aidera à démêler les processus fondamentaux de la chimie et de la biologie.

La technique consiste à appliquer une source de rayons X attoseconde entièrement cohérente basée sur la diffusion Compton inverse cohérente d'un cristal d'électrons libres, développé par le projet, pour dépasser les effets des dommages causés par les radiations causées par l'irradiance élevée des rayons X nécessaire pour capturer les signaux de diffraction.

Optimiser l'instrumentation

L'équipe utilise également cette avancée pour optimiser l'ensemble de l'instrumentation vers des mesures fondamentales de l'absorption de la lumière et du transfert d'énergie d'excitation. Cela inclut les paramètres d'impulsion de rayons X, en tandem avec la livraison de l'échantillon et la taille des cristaux ainsi que des détecteurs de rayons X avancés.

L'objectif final sera d'appliquer les nouvelles capacités à certains des problèmes fondamentaux de la biologie, comme l'étude de la dynamique des réactions lumineuses, transfert d'électrons et structure des protéines dans la photosynthèse.

L'équipe AXSIS a récemment publié ses découvertes dans la revue Optique . Le projet a reçu près de 14 millions d'euros de financement de l'UE et devrait se poursuivre jusqu'en juillet 2020.