Nuova tecnica di imaging a raggi X: una svolta per la ricerca strutturale
Un'équipe di scienziati internazionali ha utilizzato per la prima volta una nuova tecnica di imaging a raggi X denominata flash diffractive imaging (ovvero, imaging diffrattivo flash). La speranza è che in futuro la tecnica possa rivoluzionare la struttura della ricerca consentendo ai ricercatori di ottenere immagini a risoluzione nanometrica di virus, cellule e persino proteine. Lo studio, finanziato in parte dal Sesto programma quadro dell'UE, è stato pubblicato nell'ultima edizione on line della rivista «Nature Physics». Fino ad ora, gli esperimenti con l'imaging a raggi X erano stati ostacolati dal fatto che le radiazioni stesse utilizzate per creare l'immagine distruggevano il campione. «Esiste tuttavia un modo per eludere il problema», ha dichiarato il professor Janos Hajdu dell'Università di Uppsala, uno degli autori dello studio. «Scattare le immagini più rapidamente dei relativi processi dannosi». Secondo le teorie, era possibile registrare un unico modello di diffrazione da una grande macromolecola, virus o cellula emettendo un impulso a raggi X estremamente breve e luminoso. «Tuttavia c'erano due grossi problemi», ha osservato Hajdu. «Si può registrare un'immagine interpretabile mediante un unico impulso laser a elettroni liberi prima che il campione venga trasformato in plasma dai raggi X? E il modello di diffrazione contiene veramente informazioni strutturali sull'oggetto prima che lo stesso venga distrutto?» Le simulazioni al computer avevano indicato la possibilità di raggiungere una struttura a risoluzione quasi atomica mediante una scelta ben ponderata di lunghezza dell'impulso e di intensità dei raggi X prima della distruzione del campione. Per testare le loro teorie, i ricercatori hanno utilizzato il laser a elettroni liberi a raggi X leggeri FLASH di DESY, il sincrotrone a elettroni tedesco. «Essendo l'unico laser a raggi X leggeri che emette impulsi coerenti estremamente luminosi della durata di appena 25 femtosecondi, FLASH è la prima fonte di radiazioni del mondo che consente questo e altri esperimenti per la dimostrazione di principi», ha dichiarato il professor Jochen Schneider, direttore di ricerca presso il DESY. «Grazie agli sforzi pionieristici compiuti al DESY, FLASH rappresenta anche la prima struttura aperta agli utenti presente nel settore e a disposizione di un'ampia comunità scientifica». Nel loro esperimento, i ricercatori hanno puntato un impulso laser intenso a elettroni liberi con una lunghezza d'onda di 32 nm e una durata di soli 25 femtosecondi sul loro campione, un'immagine con una larghezza di tre micrometri raffigurante due persone che camminavano col bastone sotto il sole, immagine che era stata tagliata in una membrana sottile con un raggio ionico. L'energia del laser ha riscaldato rapidamente il campione a circa 60 000 Kelvin, facendolo vaporizzare, ma prima della sua disintegrazione gli scienziati sono riusciti a registrare un modello di diffrazione. Gli algoritmi del computer hanno ritradotto efficacemente il modello nell'immagine originaria. La risoluzione dell'immagine ottenuta in questo esperimento con raggi X leggeri è stata di 62 nm, ma i ricercatori stanno già esaminando il potenziale di raggi X «pesanti» con una lunghezza d'onda molto più breve. Nell'articolo hanno rilevato che il medesimo esperimento condotto con un laser a elettroni liberi a raggi X pesanti con una lunghezza d'onda di 15 nm genererebbe una risoluzione di soli 0,3 nm. Gli scienziati hanno inoltre sottolineato che la tecnica consentirà loro di studiare la struttura di più proteine di quanto non sia attualmente possibile, poiché non richiede la cristallizzazione del campione; molte biomolecole sono tuttora resistenti alla cristallizzazione. «L'intera équipe è molto soddisfatta dei risultati», ha commentato il professor Hajdu. «L'imaging flash ha implicazioni del tutto nuove per lo studio delle strutture molecolari nella biologia. Si sta formando una comunità scientifica per conseguire tali obiettivi, combinando per la prima volta la biologia con la fisica atomica, del plasma e l'astrofisica». Gli scienziati dovranno tuttavia attendere prima di poter testare la loro nuova tecnica sui raggi X pesanti, in quanto le strutture che li produrranno sono ancora in costruzione. La Linac Coherent Light Source (LCLS) presso il Linear Accelerator Center di Stanford (Stati Uniti) dovrebbe entrare in funzione nel 2009. Nel frattempo, l'anno prossimo ad Amburgo dovrebbe iniziare la costruzione del X-ray Free Electron Laser (XFEL) europeo. La struttura, che diventerà operativa nel 2013, è stata citata nella tabella di marcia europea per le infrastrutture di ricerca di recente pubblicazione.
Paesi
Germania, Svezia, Stati Uniti