Radiografie del moto di una nanoparticella
L’imaging delle singole particelle richiede oggetti identici successivamente esposti a potenti impulsi di raggi X uniformi, con “istantanee” raccolte con orientamenti dell’oggetto sconosciuti. Per determinare gli orientamenti dei singoli pattern di diffrazione con segnale basso e, successivamente, per ricostruire il volume di diffrazione dell’intero pattern 3D è necessario un segnale maggiore rispetto a quello attualmente disponibile. Per aggirare questa difficoltà, il progetto X-MOTION (Exploring nanoscale motion and molecular alignment using ultrafast coherent diffraction) ha raccolto dati sperimentali e teorici da Francia, Germania e Stati Uniti. I partner del progetto hanno esperienza nelle tecniche di imaging uniformi e ultraveloci, nella fabbricazione su scala nanometrica, nella chimica dei polimeri e nella spettroscopia a raggi X. La sinergia tra questi domini è stata essenziale per risolvere il problema dell’orientamento delle singole particelle, utilizzando polimeri derivati da azobenzenici (AZOs), nonché per migliorare il segnale diffratto. Sono stati scelti gli AZOs perché il loro orientamento può essere manipolato e controllato usando la luce ultravioletta, permettendo loro di mantenere l’allineamento delle particelle. I ricercatori hanno prima analizzato le proprietà molecolari degli azobenzenici per determinare se erano adatti o meno per alimentare e azionare i singoli nanotubi per isolare le molecole di interesse (ad es. le proteine). Per far ciò, sono state impiegate varie tecniche avanzate finalizzate allo studio dell’isomerizzazione (ovvero la variazione dell’allineamento) dei complessi di azobenzene-nanoparticella. In particolare, è stato testato l’uso della diffrazione uniforme e ultraveloce a raggi X in un sistema pompa-sonda per seguire in tempo reale l’allineamento indotto mediante isomerizzazione con diiodobenzonitrile, una semplice molecola simile all’azobenzene. Dai risultati è emersa la possibilità di misurare la diffrazione, l’allineamento e la struttura della molecola. L’iniziativa X-MOTION ha dato vita a un nuovo approccio che offrirà preziose informazioni sulla struttura e la dinamica delle nanoparticelle. Si prevede che questa tecnica di imaging a raggi X verrà applicata in molti campi, tra cui l’indagine risolta nel tempo di grandi oggetti “opachi agli elettroni” e nei processi biologici fondamentali.
Parole chiave
Raggi X, imaging delle singole particelle, X-MOTION, azobenzene, diffrazione ultraveloce e uniforme dei raggi X
