Med laserlys, forskere laver første røntgenholografiske billeder af vira

Holografi, som fotografering, er en måde at registrere verden omkring os. Begge bruger lys til at lave optagelser, men i stedet for todimensionale fotos, hologrammer gengiver tredimensionelle former. Formen udledes af de mønstre, der dannes efter lys ricochets fra et objekt og forstyrrer en anden lysbølge, der fungerer som reference.

Når det er skabt med røntgenlys, holografi kan være en yderst nyttig metode til at tage billeder i høj opløsning af et objekt i nanoskala-noget der er så lille, dens størrelse måles i nanometer, eller milliarddele af en meter.

Indtil nu, Røntgenholografi har været begrænset til objekter, der danner krystaller eller er baseret på omhyggelig placering af prøven på en overflade. Imidlertid, mange partikler i nanostørrelse er ikke-krystallinske, kortvarig og meget skrøbelig. De kan også lide ændringer eller skader under et eksperiment, når de placeres på en overflade. Aerosoler, eksotiske tilstande af stof, og de mindste livsformer falder ofte ind i disse kategorier og er derfor vanskelige at studere med konventionelle billeddannelsesmetoder.

I en nylig undersøgelse, der blev vist på forsiden af ​​marts 2018 af Natur fotonik , forskere udviklede en ny holografisk metode kaldet in-flight holography. Med denne metode, de var i stand til at demonstrere de første røntgenhologrammer af virus i nanostørrelse, der ikke var fastgjort til nogen overflade.

De mønstre, der er nødvendige for at oprette billederne, er taget ved Linac Coherent Light Source (LCLS), røntgenfri-elektronlaseren ved Energiministeriets SLAC National Accelerator Laboratory. Nanovirus er blevet undersøgt ved LCLS uden en holografisk reference, men fortolkningen af ​​røntgenbillederne krævede mange trin, stolede på menneskeligt input og var en beregningsmæssigt udfordrende opgave.

I den nye undersøgelse, forfatterne lagde spredt røntgenlys fra virussen over med spredt røntgenlys fra en kugle i nanostørrelse. Krumningen i de overlejrede billeder fra de to objekter gav dybdeoplysninger og detaljer om formen på det 450 nanometer dækkende virus, mimivirus. Denne teknik forenklede i høj grad fortolkningen af ​​dataene.

"I stedet for tusindvis af trin og algoritmer, der muligvis ikke matcher, du har en totrinsprocedure, hvor du tydeligt får strukturen ud af dit billede, "siger hovedstudieforfatter Tais Gorkhover, en Panofsky -stipendiat ved SLAC og forsker ved Stanford PULSE Institute.

Nu, forskerne kan gøre deres rekonstruktion af en prøve i brøkdele af et sekund eller endnu hurtigere med den holografiske metode.

"Inden vores undersøgelse, fortolkningen af ​​røntgenbillederne var meget kompliceret, og strukturen af ​​nanosampler blev rekonstrueret længe efter selve eksperimentet ved hjælp af ikke-trivielle algoritmer, "siger Christoph Bostedt, en forsker ved DOE's Argonne National Laboratory og en medforfatter af undersøgelsen. "Med 'in-flight' holografi, proceduren er meget enkel og kan i princippet udføres, mens data tages. Dette er et rigtigt gennembrud. "

"En anden fordel ved holografimetoden under flyvning er, at den er mindre tilbøjelig til støj og de artefakter, der kan forekomme i detektoren sammenlignet med ikke-holografisk røntgenbillede, "siger Anatoli Ulmer, en medforfatter og ph.d. studerende fra det tekniske universitet i Berlin i Tyskland.

I det lange løb, forskerne forudsiger, at holografi under flyvning vil tilbyde nye måder at studere luftforurening på, forbrænding og katalytiske processer som alle involverer nanopartikler.