Einen Schritt voraus im Wettlauf zur ultraschnellen Abbildung einzelner Teilchen

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Mit einer Kombination aus experimentellen und rechnerischen Daten entdecken Forscher Wege zur Optimierung von Pulsen aus hochintensiven Röntgenstrahlen.Wissenschaftler verfolgen seit langem die Fähigkeit, die Struktur eines einzelnen, frei geformten Moleküls mit atomarer Auflösung zu sehen, was viele als den “heiligen Gral” der Bildgebung bezeichnen.

Eine mögliche Methode besteht darin, extrem kurze, hochintensive Freie-Elektronen-Röntgenlaser-Pulse (XFEL) auf ein Probenmaterial zu richten.

Aber diese ultraschnelle Bildgebungstechnik zerstört auch ihr Ziel, daher ist Zeit von entscheidender Bedeutung.Forscher des Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) treiben die Bemühungen mit einer Kombination aus Experimenten und Computersimulationen voran und versuchen zu verstehen, wie XFEL-Pulse mit ihren Zielen interagieren.

Vor kurzem hat ein Team unter der Leitung der Argonne-Gruppe Atomic Molecular Optical Physics in der Abteilung Chemical Sciences and Engineering einen wichtigen und oft ignorierten Parameter ermittelt, der die Ergebnisse von Experimenten beeinflussen kann: die Zeit.

Ihr Beitrag “Die Rolle von transienten Resonanzen für die ultraschnelle Bildgebung einzelner Saccharose-Nanocluster” wurde kürzlich in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.Die Fähigkeit, 3-D-Strukturen auf atomarer Ebene zu untersuchen, hilft uns, zum Beispiel Viren besser zu verstehen und Medikamente effektiver in den Körper zu bringen.

Heute erfordert diese Art der Analyse, das zu untersuchende Material in kristalline Form zu bringen.

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Biologische Partikel sind in dieser nicht nativen Form fixiert, so dass der Strahl beim Auftreffen eines Röntgenstrahls gestreut wird und ein Beugungsmuster erzeugt, das zum Verständnis der Molekularstruktur verwendet werden kann.Aber viele Arten von biologischen Systemen kristallisieren nicht sehr gut, und die Kristalle sind möglicherweise zu klein, um ein gutes Beugungsmuster zu erzeugen.

Oder die Kristallisation könnte die Struktur verändern und die Fähigkeit, ein Partikel in seinem natürlichen Zustand zu beobachten, verhindern.

Um ein Streumuster zu erzeugen, ohne das Material zu kristallisieren, ist ein superintensiver Strahl wie beim XFEL erforderlich, der in….

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