Ny teknologi til det første eksperiment med den største røntgenkilde i verden

Flowfokuseringsteknologi (også kendt som GDVN, gasdynamisk virtuel dyse), har været et af nøgleelementerne i succesen med de første eksperimenter udført af det europæiske XFEL-projekt, den største kilde til røntgenstråler i verden i dag. Det blev skabt og udviklet af Alfonso Gañán Calvo fra Higher Technical School of Engineering ved University of Sevilla. Denne teknologi er blevet brugt til undersøgelse af mikroskopiske biologiske prøver.

Blandt de grundlæggende fremskridt i det europæiske XFEL-projekt er stigningen i mængden af ​​data, der kan opnås pr. sekund i analysen af ​​en prøve. Denne præstation er mulig takket være brugen af ​​en frekvens af impulser på mere end en megahertz. En høj fornyelseshastighed er nødvendig – dvs. hver puls skal have rene prøver upåvirket af den foregående puls. Derfor, de kræver tilstrækkelig hastighed.

"Dette betyder at fotografere eller 'jage' molekylerne ved hjælp af en ultrahurtig og ultrakraftig flash, før prøverne går i opløsning under intensiteten af ​​den ioniserende stråling, som de modtager, " forklarer Gañán.

De biologiske prøver (normalt proteinmikrokrystaller) skal være i et vandigt miljø. Udfordringen har været at præsentere dem på den korrekte måde, så de kan opsnappes af røntgenimpulser, der næppe er et par mikrometer i diameter, og som varer i mindre end 10 femtosekunder (en hundrededel af en tusinde milliardtedel af et sekund), og at generere det klareste og mest sammenhængende diffraktionsmønster muligt.

Til denne ende, GDVN-teknologien har været i stand til at generere væskestråler på mindre end 2,5 mikrometer i diameter med hastigheder, der når 100 meter i sekundet (260 km i timen), nok til at transmittere proteinmikrokrystaller og løbende forny dem ved anslagspunktet. Dette er opnået takket være brugen af ​​helium som fokuseringsgas til mikrojet, da helium har fysiske egenskaber, der tillader ekspansionshastigheder tre gange større end luftens. Ud over, meget præcis 3-D nano-printing producerede den enhed, der udsender strålen.

Kombinationen af ​​XFEL-teknologi (tog af ultrakorte og ultrakraftige røntgenimpulser) med flowfokuseringsfartøjet (GDVN) har givet anledning til, hvad der nu er kendt som seriel femtosekund krystallografi (SFX), en revolution inden for molekylærbiologi.

GDVN-teknologi er blevet vedtaget som den mest effektive, robust og reproducerbar metode til introduktion af prøver til SFX og tidsopløst SFX på den europæiske XFEL (Hamburg, Tyskland), SACLA (Japan), LCLS (Stanford, USA), SwissFEL (Zürich, Schweiz), og de nybyggede kinesiske og koreanske XFEL'er, blandt andre.