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世界上最大的X射线源首次实验的新技术

2019-03-15 15:30:24来源:

Flow Focusing技术(也称为GDVN,气动动态虚拟喷嘴)是欧洲XFEL项目首次实验成功的关键因素之一,该项目是当今世界上最大的X射线源。它是由塞维利亚大学高等技术工程学院的流体力学教师AlfonsoGañánCalvo创建和开发的工具。这项技术已被用于研究微观生物样本,将塞维利亚大学列为XFEL(X射线自由电子激光)使用的全球先锋机构之一。

在欧洲XFEL项目中获得的基本进步是在样本分析中每秒可获得的数据量的增加。由于使用了之前未使用的脉冲频率,超过兆赫兹,因此可以实现这一成就。为此,需要高速更新 - 也就是说,每个脉冲都有干净的样品,不受前一脉冲的影响。因此,它们必须具有足够的速度。

“这意味着在样品由于它们接收到的电离辐射强度而分解之前,使用超快速且超强的闪光来拍摄或”狩猎“分子,”Gañán解释说。

生物样品(通常是蛋白质微晶)必须在水性环境中。挑战在于以正确的方式呈现它们,使它们被直径几乎不到几微米的X射线脉冲拦截并持续不到十飞秒(百分之一千亿分之一秒),并且产生最清晰,最连贯的衍射图案。

为此,GDVN技术能够产生直径小于2.5微米(1微米=千分之一毫米)的液体射流,速度达到每秒100米(每小时260公里),足以传输蛋白质微晶并在撞击点不断更新它们,而不会受到先前脉冲的影响。

由于使用氦气作为微喷射的聚焦气体,这已经实现,因为氦气由于其物理特性,其膨胀速度是空气的三倍。此外,已经使用非常精确的纳米制造方法(3D纳米印刷)用于发射射流的装置。

XFEL技术(超短和超强X射线脉冲序列)与Flow Focusing载体(GDVN)相结合,产生了现在所谓的“连续飞秒晶体学”(SFX),这是分子化的一次革命生物学。

GDVN技术已被采用为欧洲XFEL(德国汉堡),SACLA(日本),LCLS的串行飞秒晶体(SFX)和时间分辨SFX样品的最有效,最强大和可重复(标准)的方法。 (美国斯坦福),SwissFEL(瑞士苏黎世),以及新建的中国和韩国XFEL等。

欧洲XFEL一直是这方面的先驱,其次是LINAC LCLS III,它仍然没有运作。利用该频率,所谓的“影响指数”被最大化。这测量了被X射线有效拦截的样本百分比。科学评论Nature Communications发表了一篇文章,介绍了主要的进展。