Dans la nouvelle étude, les auteurs ont superposé les rayons X diffusés du mimivirus avec les rayons X diffusés d'une sphère de référence (image principale). La courbure des images superposées des deux objets a fourni des informations de profondeur et des détails sur la forme du virus. L'image dans le coin inférieur droit est une reconstruction holographique du virus basée sur les diagrammes de diffraction des rayons X collectés au cours de l'expérience. Crédit :Anatoli Ulmer et Tais Gorkhover / Université technique de Berlin et Laboratoire national des accélérateurs SLAC
Holographie, comme la photographie, est une façon d'enregistrer le monde qui nous entoure. Les deux utilisent la lumière pour faire des enregistrements, mais au lieu de photos en deux dimensions, les hologrammes reproduisent des formes tridimensionnelles. La forme est déduite des motifs qui se forment après que la lumière ricoche sur un objet et interfère avec une autre onde lumineuse qui sert de référence.
Lorsqu'il est créé avec la lumière à rayons X, l'holographie peut être une méthode extrêmement utile pour capturer des images haute résolution d'un objet à l'échelle nanométrique, quelque chose de si petit, sa taille se mesure en nanomètres, ou des milliardièmes de mètre.
Jusque là, L'holographie aux rayons X a été limitée aux objets qui forment des cristaux ou reposait sur un positionnement prudent de l'échantillon sur une surface. Cependant, de nombreuses particules de taille nanométrique sont non cristallines, éphémère et très fragile. Ils peuvent également subir des changements ou des dommages au cours d'une expérience lorsqu'ils sont positionnés sur une surface. Aérosols, états exotiques de la matière, et les plus petites formes de vie entrent souvent dans ces catégories et sont donc difficiles à étudier avec les méthodes d'imagerie conventionnelles.
Dans une étude récente publiée sur la couverture de mars 2018 de Photonique de la nature , les chercheurs ont développé une nouvelle méthode holographique appelée holographie en vol. Avec cette méthode, ils ont pu démontrer les premiers hologrammes aux rayons X de virus de taille nanométrique qui n'étaient attachés à aucune surface.
Les motifs nécessaires pour créer les images ont été pris à la source de lumière cohérente Linac (LCLS), le laser à rayons X à électrons libres du Laboratoire national de l'accélérateur SLAC du ministère de l'Énergie. Les nanovirus ont été étudiés au LCLS sans référence holographique, mais l'interprétation des images radiographiques a nécessité de nombreuses étapes, reposait sur l'apport humain et était une tâche difficile sur le plan informatique.
Dans la nouvelle étude, les auteurs ont superposé la lumière des rayons X diffusée du virus avec la lumière des rayons X diffusée d'une sphère de référence de taille nanométrique. La courbure des images superposées des deux objets a fourni des informations de profondeur et des détails sur la forme du virus de 450 nanomètres de large, le mimivirus. Cette technique a grandement simplifié l'interprétation des données.
"Au lieu de milliers d'étapes et d'algorithmes qui ne correspondent potentiellement pas, vous avez une procédure en deux étapes où vous obtenez clairement la structure de votre image, " déclare l'auteur principal de l'étude, Tais Gorkhover, membre Panofsky du SLAC et chercheur au Stanford PULSE Institute.
Maintenant, les scientifiques peuvent faire leur reconstruction d'un échantillon en quelques fractions de seconde ou même plus rapidement avec la méthode holographique.
"Avant notre étude, l'interprétation des images radiographiques était très compliquée et la structure des nanoéchantillons a été reconstruite longtemps après l'expérience proprement dite à l'aide d'algorithmes non triviaux, " dit Christoph Bostedt, un scientifique du laboratoire national d'Argonne du DOE et co-auteur de l'étude. "Avec l'holographie 'en vol', la procédure est très simple et peut en principe être effectuée tout en prenant des données. C'est une véritable avancée."
Illustration montrant le principe de l'holographie en vol. (À gauche) Les rayons X se dispersent sur deux sphères et forment un diagramme de diffraction caractéristique. Les motifs sont enregistrés grâce au faisceau de rayons X très intense du laser à rayons X du SLAC, la source de lumière cohérente Linac (LCLS). (Centre) Les changements de taille et de distance des sphères se reflètent dans les motifs qui peuvent être directement traduits à partir de la diffraction seule. La plus petite sphère peut servir de référence holographique. (À droite) Si les sphères sont déplacées hors du plan, les fines lignes du motif de diffraction deviennent courbes. Les signatures de la position et de la taille de la référence permettent aux chercheurs de reconstituer les distances 3-D entre la petite sphère (référence) et la grande sphère. Crédit :Anatoli Ulmer et Tais Gorkhover / Université technique de Berlin et Laboratoire national des accélérateurs SLAC
"Un autre avantage de la méthode d'holographie en vol est qu'elle est moins sujette au bruit et aux artefacts qui peuvent apparaître dans le détecteur par rapport à l'imagerie par rayons X non holographique, " dit Anatoli Ulmer, un co-auteur et Ph.D. étudiant de l'Université technique de Berlin en Allemagne.
À long terme, les chercheurs prédisent que l'holographie en vol offrira de nouvelles façons d'étudier la pollution de l'air, procédés de combustion et catalytiques, qui impliquent toutes des nanoparticules.
