Vue dans la chambre expérimentale de l'instrument SPB/SFX dans laquelle les expériences ont été réalisées. Des contributions importantes à l'instrumentation d'injection ont été apportées par des scientifiques de l'Institut Max Planck de recherche médicale, dont les travaux pionniers sur l'injection d'échantillons dans des faisceaux de rayons X ont été déterminants pour ces mesures XFEL, ainsi qu'à de nombreuses mesures précédentes sur les XFEL de première génération. La société Max Planck fait partie du consortium d'utilisateurs qui fournit l'instrumentation et le personnel pour l'instrument SPB/SFX à l'EuXFEL où ces expériences ont été réalisées. Crédit :Société Max Planck
Avec la publication des premières mesures expérimentales réalisées sur l'installation, le laser européen à rayons X à électrons libres (EuXFEL) a franchi une autre étape critique depuis son lancement en septembre 2017. Il s'agit du premier d'une "nouvelle génération" de XFEL qui offrent une collecte de données beaucoup plus rapide qu'auparavant. Comme l'EuXFEL délivre des impulsions de rayons X au rythme presque incroyable d'un million d'impulsions par seconde, les mesures expérimentales peuvent être réalisées plus rapidement, permettant de réaliser plus d'expériences par an. Ce n'était pourtant pas évident, que les techniques de mesure actuelles seraient capables de gérer ce déluge d'impulsions de rayons X. Chercheurs du Max Planck Institute for Medical Research à Heidelberg et de l'Université Rutgers à Newark, ETATS-UNIS, travailler avec une équipe internationale de collaborateurs et de scientifiques de DESY et de l'EuXFEL, ont maintenant démontré que non seulement cela peut être fait, mais aussi que des informations structurelles de haute qualité sur les molécules biologiques sont obtenues. Il s'agit d'une percée pour l'installation et pour les biologistes structurels utilisant les XFEL dans le monde entier.
Les lasers à rayons X à électrons libres (XFEL) permettent aux chercheurs d'obtenir des images tridimensionnelles de molécules biologiques au moyen d'expositions instantanées aux rayons X d'une durée de quelques femtosecondes. De telles images peuvent être combinées pour produire des "films" de molécules sur l'échelle de temps incroyablement brève des réactions chimiques. Cela offre de nouvelles perspectives sur le nanomonde qui ne sont pas seulement importantes pour les sciences fondamentales allant de la biologie à la physique, mais aussi aider à faire avancer les développements vers de nouveaux et meilleurs médicaments, batteries et supports de stockage, et plein d'autres choses.
Malheureusement, seule une poignée de XFEL existe dans le monde, et seule une fraction des expériences que les scientifiques veulent faire peut être adaptée. C'est aussi parce que l'original, Les XFEL de "première génération" délivrent des impulsions de rayons X à seulement environ la fréquence d'images d'une caméra de télévision, environ 50 fois par seconde. Cependant, en utilisant un résonateur supraconducteur pour accélérer les électrons qui sont utilisés pour produire les rayons X, Les XFEL de nouvelle génération tels que le XFEL européen (EuXFEL) délivrent jusqu'à un million d'impulsions par seconde. L'effervescence dans la communauté était donc énorme lorsque l'EuXFEL a été inauguré il y a moins d'un an.
Les nouvelles possibilités de collecte de données à taux de répétition élevé XFEL sont, cependant, accompagné de défis entièrement nouveaux pour les scientifiques qui font les expériences. Les mêmes impulsions XFEL femtosecondes extraordinairement intenses qui permettent d'étudier de minuscules objets chauffent également et éventuellement vaporisent l'échantillon. Ce n'est pas un problème en soi, depuis que l'instantané aux rayons X femtoseconde a été achevé bien avant que l'échantillon ne s'effondre. Il faut faire très attention, cependant, que les dommages causés par une impulsion XFEL ne perturbent pas l'échantillon à sonder par l'impulsion suivante. Le milieu échantillon doit donc être déplacé entre les impulsions de rayons X, de sorte que le faisceau XFEL ne frappe jamais deux fois près du même endroit. À 50 impulsions par seconde, cela se fait facilement; mais avec seulement un millionième de seconde entre les impulsions, il n'était pas évident que cela serait jamais possible.
Expériences réussies
En juin 2018, des scientifiques du département des mécanismes biomoléculaires de l'Institut Max Planck de recherche médicale à Heidelberg avec une équipe de recherche internationale, dirigé par Ilme Schlichting, directeur à l'Institut Max Planck, réalisé l'une des premières expériences à l'EuXFEL. L'équipe a affronté et maîtrisé les défis liés à l'arrivée rapide des impulsions EuXFEL, obtenir et analyser avec succès des données de haute qualité pour une variété de molécules de protéines.
« Dans notre journal, nous montrons que, dans les conditions actuelles, l'onde de choc induite par une impulsion XFEL n'influence pas l'échantillon sondé par l'impulsion suivante, même lorsque cette deuxième impulsion n'arrive qu'un millionième de seconde plus tard, " dit Thomas Barends, un chef de groupe de recherche au MPI et l'un des auteurs correspondants. Les données sont d'une qualité suffisamment élevée pour permettre également une analyse détaillée d'un échantillon auparavant non caractérisé. Il s'agit d'une étape importante pour l'installation et d'une grande importance pratique, étant donné la demande croissante de temps de faisceau XFEL. « L'EuXFEL nous permet de collecter plus de données en beaucoup moins de temps, nous permettant de faire de la science nouvelle" dit Marie Grünbein, premier auteur de la publication et titulaire d'un doctorat. étudiant à l'Institut Max Planck à Heidelberg.
