Investigadores financiados con fondos de la Unión Europea han desarrollado una técnica de rayos X ultrarrápida que podría ampliar enormemente los conocimientos que se poseen sobre la estructura y la función de átomos y moléculas.

Un equipo científico alemán se ha servido de una fuente de rayos X nueva y compacta para esclarecer ciertas cuestiones sobre biología estructural.

Hasta ahora solo se podía generar un haz de electrones ultra corto, muy útil en diversas aplicaciones científicas, mediante equipos caros, de enorme consumo y del tamaño de un utilitario. Un equipo de las entidades Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), German Synchrotron, y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, Estados Unidos) ha creado un dispositivo del tamaño de una caja de cerillas que podría dar lugar a una amplia gama de aplicaciones tanto académicas como industriales.

En el proyecto financiado con fondos europeos AXSIS (Attosecond X-ray Science: Imaging and Spectroscopy), el equipo de DESY —en colaboración con la Universidad de Hamburgo— emplea este dispositivo como fotoinyector en un láser de electrones libres de attosegundos de sobremesa para registrar secuencias cortas de procesos químicos, físicos y —sobre todo— biológicos.

La vida no es estática y las reacciones más importantes de la química y la biología se activan con luz y se producen en escalas ultrarrápidas, según indicaron los investigadores. Estas reacciones se han estudiado hasta ahora con una resolución temporal elevada mediante espectroscopia láser ultrarrápida, técnica que reduce toda la complejidad de los procesos a unas pocas coordenadas de reacción.

Una revolución científica

Los miembros del equipo de AXSIS, dirigidos por Franz Kaertner, profesor de física de la Universidad de Hamburgo, han desarrollado un sistema de espectroscopia y cristalografía en serie en el orden de los attosegundos capaz de describir al completo procesos ultrarrápidos a escala atómica en el espacio real y en el ámbito de la energía electrónica. Confían en que esta técnica nueva revolucione el conocimiento que se posee de la estructura y la función a escala atómica y molecular y contribuya a desentrañar procesos fundamentales de la química y la biología.

En la técnica se aplica una fuente completamente coherente de rayos X basada en dispersión de Compton inversa coherente de un cristal de electrones libres, desarrollado por el proyecto, para que supere los daños por radiación que provoca la irradiación elevada de rayos X necesaria para capturar las señales de difracción.

Optimización de los instrumentos

El equipo también utiliza este equipo para optimizar todos los instrumentos destinados a realizar mediciones fundamentales de la absorción de luz y la transferencia de energía de excitación. Para ello también se emplean parámetros de pulso de rayos X en conjunción con sistemas de procesado de muestras, magnitud del cristal y detectores de rayos X avanzados.

Su meta es utilizar las capacidades generadas para estudiar problemas fundamentales de la biología, como por ejemplo las dinámicas de las reacciones de la luz, la transferencia de electrones y la estructura de las proteínas en la fotosíntesis.

El equipo de AXSIS publicó sus hallazgos hasta ahora en la revista «Optica». El proyecto recibió de la Unión Europea una financiación por valor de cerca de 14 millones de euros y concluirá su trabajo en julio de 2020.

Fuente: Cordis Europa