Ny dråbe-på-tape metode hjælper biokemisk forskning ved røntgenlasere

Biologiske prøver undersøgt med intense røntgenstråler ved frielektronlasere ødelægges inden for nanosekunder, efter at de er udsat. På grund af dette, prøverne skal opdateres løbende for at tillade de mange billeder, der er nødvendige for at få et eksperiment. Konventionelle metoder bruger jetfly, der leverer en kontinuerlig strøm af prøver, men dette kan være meget spild, da røntgenstrålerne kun interagerer med en lille brøkdel af det injicerede materiale.

For at hjælpe med at løse dette problem, forskere ved Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory, SLAC National Accelerator Laboratory, Brookhaven National Laboratory, og andre institutter designet et nyt samlebåndssystem, der hurtigt erstatter udsatte prøver ved at flytte dråber langs et miniaturetransportbånd, timet til at falde sammen med ankomsten af ​​røntgenpulser. Dråbe-på-bånd-systemet gør det nu muligt for teamet at studere de biokemiske reaktioner i realtid fra mikrosekunder til sekunder, afslører stadierne af disse komplekse reaktioner.

I deres tilgang, proteinopløsning eller krystaller afsættes præcist i små flydende dråber, lavet som ultralydsbølger skubbe væsken på et bånd i bevægelse. Når dråberne bevæger sig fremad, de bliver ramt med pulser af synligt lys eller behandlet med iltgas, som udløser forskellige kemiske reaktioner afhængigt af den undersøgte prøve. Dette tillader undersøgelse af processer såsom fotosyntese, som bestemmer, hvordan planter absorberer lys fra solen og omdanner det til brugbar energi.

Endelig, kraftige røntgenpulser fra SLACs røntgenlaser, den Linac kohærente lyskilde (LCLS), sonde dråberne. I denne undersøgelse offentliggjort i Nature Methods, røntgenlyset spredt fra prøven på to forskellige detektorer samtidigt, den ene til røntgenkrystallografi og den anden til røntgenemissionsspektroskopi. Disse er to komplementære metoder, der giver information om den geometriske og elektroniske struktur af proteinernes katalytiske steder og gjorde det muligt for dem med atompræcision at se, hvordan proteinstrukturerne ændrede sig under reaktionen.