Skip to main content

Exploring nanoscale motion and molecular alignment using ultrafast coherent diffraction

Article Category

Article available in the folowing languages:

Radiografías de movimiento de nanopartículas

Cuando una nanopartícula individual se expone a múltiples pulsos de rayos X, es posible formar una imagen por medio de difracción. Un grupo de científicos ha ideado ahora una manera de capturar tridimensionalmente su movimiento a escala nanométrica dentro de un proyecto de investigación financiado con fondos europeos.

Tecnologías industriales

Para obtener imágenes de partículas individuales es preciso exponer sucesivamente objetos idénticos a potentes pulsos de rayos X coherentes y capturar «instantáneas» en orientaciones desconocidas de los objetos. La determinación de las orientaciones de los patrones de difracción de baja señal individuales para después reconstruir el volumen de difracción tridimensional completo requiere más señal de la disponible actualmente. Para solventar esa dificultad, el proyecto X-MOTION (Exploring nanoscale motion and molecular alignment using ultrafast coherent diffraction) reunió a experimentalistas y teóricos de Francia, Alemania y Estados Unidos. Los integrantes del proyecto tienen experiencia en técnicas de obtención de imágenes coherentes ultrarrápidas, fabricación a escala nanométrica, química de polímeros y espectroscopía de rayos X. La sinergia entre los dominios resultó esencial para superar el problema de la orientación de las partículas individuales utilizando polímeros derivados del azobenceno (AZO) y mejorar también la señal difractada. Se eligieron los AZO porque es posible manipular y controlar su orientación utilizando luz ultravioleta, lo que permite mantener la alineación de las partículas. Los investigadores analizaron en primer lugar las propiedades de la molécula de azobenceno para determinar si era o no adecuada para alimentar y activar nanobastones individuales para aislar moléculas de interés (por ejemplo, proteínas). Utilizaron varias técnicas avanzadas para estudiar la isomerización (cambio en la alineación) de complejos de nanopartículas y azobenceno. En concreto, utilizaron diyodobenzonitrilo, una molécula sencilla similar en cierto modo al azobenceno, para poner a prueba el uso de la difracción de rayos X coherente ultrarrápida en una configuración de bomba-sonda para seguir en tiempo real la alineación inducida por la isomerización. Los resultados demostraron que era posible medir la difracción, la alineación y la estructura de esta molécula. El proyecto X-MOTION ha sido pionero en utilizar un nuevo enfoque que proporcionará información sin precedentes sobre la estructura y la dinámica de nanopartículas complejas. Es de esperar que esta técnica de rayos X tenga una amplia gama de aplicaciones, como la investigación con resolución temporal de grandes objetos «opacos a los electrones» y procesos biológicos clave.

Palabras clave

Rayos X, imágenes de partículas individuales, X-MOTION, azobenceno, difracción de rayos X coherente ultrarrápida

Descubra otros artículos del mismo campo de aplicación

Tecnologías industriales

9 Septiembre 2014