एक्स-रे की चमक नैनोवायर में प्रकाश लाती है

शोधकर्ता दुनिया के पहले एक्स-रे मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर के साथ अग्रणी प्रयोग करते हैं

सीएएमपी के केंद्र में: बाईं ओर के चैम्बर में प्रतिक्रिया माइक्रोस्कोप के सोने के प्लेटेड इलेक्ट्रोड होते हैं और दाएं दो एक्स-रे डिटेक्टरों पर। वास्तविक CCDs बच्चों के हाथों जितना बड़ा है और इसे दो प्रतिबिंबित सतहों के रूप में पहचाना जा सकता है। एफईएल पल्स रिंग के आकार के इलेक्ट्रोड के दो मध्य के बीच बाईं ओर से आता है, बीच में नैनोकणों से टकराता है और डिटेक्टर पर दाईं ओर बिखर जाता है, जहां विवर्तन पैटर्न का पता लगाया जाता है। नमूना कणों के टुकड़े इलेक्ट्रोड के छल्ले द्वारा ऊपर और नीचे त्वरित होते हैं। © परमाणु भौतिकी के लिए एम.पी.आई.
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शोधकर्ताओं ने अभी तक नैनोवायर्ड को नहीं देखा है: एक अंतरराष्ट्रीय शोध टीम ने स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में दुनिया के पहले एक्स-रे फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर, लिन्क कोएरेन्ट लाइट सोर्स से एक्स-रे फ्लैश के साथ व्यक्तिगत नैनोकणों की नकल की है। पहली बार छवियों में निहित जानकारी मिलीमीटर के मिलियनवें हिस्से में एक रिज़ॉल्यूशन के साथ विवरणों को प्रकट करती है।

अल्ट्रा-फास्ट स्नैपशॉट को मैक्सिम प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर न्यूक्लियरिक्स से जोकिम उलरिच, इल्मे श्लिचिंग और लोथर स्ट्रुडर के नेतृत्व में उन्नत अध्ययन समूह (एएसजी) के शोधकर्ताओं द्वारा विकसित एक उपकरण के लिए संभव बनाया गया था। CFEL ASG मल्टी पर्पस (CAMP) उपकरण शोधकर्ताओं को प्रयोगों के संकेतों को बहुत जल्दी और सही तरीके से मापने की अनुमति देता है।

जल्द ही छोटे की दुनिया में नई अंतर्दृष्टि?

यदि पृथ्वी पर पड़ने वाली सभी सूर्य की रोशनी को लेंस के साथ एक मिलीमीटर व्यास तक केंद्रित किया जाता है, तो फोकल स्पॉट लिंकन सुसंगत प्रकाश स्रोत (LCLS), $ 500 मिलियन मुक्त के समान तीव्र नहीं होगा। स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला SLAC में इलेक्ट्रॉन लेजर (FEL)। इस प्रकार इसकी एक्स-रे दालों की तीव्रता इस समय सबसे मजबूत सिंक्रोट्रॉन से दस अरब गुना अधिक है, जिसकी लंबाई दाल की लंबाई से हजार गुना कम है।

आणविक अंशों के लिए एक लेंस: आर्टेम रुडेंको, सीएएमपी उपकरण में स्टैक्ड कुंडलाकार इलेक्ट्रोड को शामिल करता है। I छवि: परमाणु भौतिकी के एम.पी.आई.

इससे, वैज्ञानिकों को छोटे की दुनिया में मौलिक रूप से नई अंतर्दृष्टि की उम्मीद है। कई किलोमीटर लंबे एलसीएलएस से प्रकाश की एक फ्लैश उन्हें वायरस या प्रोटीन जैसे व्यक्तिगत नैनोकणों की संरचना के बारे में कुछ जानकारी दे सकती है। आमतौर पर, जीवविज्ञानी उन कणों की संरचना को छोटे क्रिस्टल से विकसित करते हैं और उन्हें एक्स-रे से रोशन करते हैं।

एलसीएलएस जैसे मुक्त-इलेक्ट्रॉन लेजर के साथ, संरचनात्मक जानकारी भी कणों से बाहर गुदगुदी हो सकती है जो एक्स-रे विवर्तन विश्लेषण सहित पारंपरिक संरचनात्मक तरीकों से इनकार करते हैं। सभी बायोमोलेक्यूल्स का एक बड़ा अनुपात - जिनमें से कई को चिकित्सा उपचार के लिए लक्ष्य अणु माना जाता है - क्रिस्टल के रूप में नहीं उगाया जा सकता है। हालांकि, एक एकल प्रोटीन अणु पारंपरिक एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी में एक पता लगाने योग्य संकेत प्रदान नहीं करता है। प्रदर्शन

बिखराव की प्रक्रिया विकिरण क्षति से पहले होनी चाहिए

एकल अणुओं से मापने योग्य संकेत प्राप्त करने के लिए, एक्स-रे विकिरण की तीव्रता में अत्यधिक वृद्धि होनी चाहिए, हालांकि एक्सपोज़र का समय इतना कम होना चाहिए कि एक्स-रे पल्स नमूना पास कर जाए इससे पहले कि यह विकिरण क्षति की बात आती है। मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट में मेडिकल रिसर्च में सक्रिय स्च्लिचिंग कहते हैं, "इसलिए बिखरने की प्रक्रिया को विकिरण क्षति का अनुमान लगाना चाहिए, इसलिए बोलना चाहिए।"

क्या शोधकर्ताओं की उम्मीद पूरी होगी, अभी तक निर्धारित नहीं है। क्योंकि एक्स-रे लेजर की महान ताकत भी इसकी कमजोरी है: इसकी अत्यधिक उच्च तीव्रता के साथ, बीम न केवल अणुओं की संरचना को दोहराता है, बल्कि उन्हें नष्ट भी करता है वे भी, और दस फेमटोसेकंड के भीतर, अर्थात्, एक सेकंड के एक अरबवें हिस्से के सौवें हिस्से में। एकमात्र सवाल यह है कि क्या कण अभी भी उन संकेतों को बाहर भेज सकते हैं जो उनकी संरचना के बारे में कुछ बताते हैं।

एएसजी के डैनियल रोल्स का कहना है, '' सैद्धांतिक अध्ययन से संकेत मिलता है कि यह तब काम करता है जब लेजर के दालों की क्षय प्रक्रिया से भी कम होती है। वास्तव में, LCLS के साझेदारों ने अब दालों की अवधि को सात फेमटोसेकंड से नीचे दबाया है।, क्योंकि सैद्धांतिक भविष्यवाणियां सही हैं, केवल प्रयोग हमें बताएंगे। the

फ्लेश लाइट के साथ विकिरणित डबल स्लिट से सीसीडी डिटेक्टर पर हस्तक्षेप पैटर्न। MPI सेमीकंडक्टर प्रयोगशाला / Str der

क्सीनन क्लस्टर ने एक्स-रे लेजर से जांच की

यह एलसीएलएस में सीएएमपी साधन के साथ पहले प्रयोगों का एक उद्देश्य है, जिसने सितंबर 2009 में संचालन शुरू किया था। उदाहरण के लिए, एएसजी के वैज्ञानिकों ने तकनीकी विश्वविद्यालय (टीयू) बर्लिन से थॉमस मोलर और एसएलएसी से क्रिस्टोफ बोस्टेड के नेतृत्व में शोधकर्ताओं के साथ मिलकर एक्स-रे लेजर के साथ क्सीनन समूहों की जांच की। ऐसा करने में, उन्होंने यह भी मौलिक अंतर्दृष्टि प्राप्त की कि कणों को एक्स-रे फ्लैश के साथ कैसे मारा जा सकता है और कणों को उनकी संरचना के बारे में क्या जानकारी मिलती है।

मोलर बताते हैं, "क्लस्टर पर किए गए प्रयोग नैनोकणों के साथ अत्यंत तीव्र प्रकाश दालों के संपर्क में अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं, जो इमेजिंग के तुरंत बाद क्षय हो जाता है।" "हमारे प्रयोगों के साथ, हम मूल बातें बनाएंगे जो एक्स-रे लेजर के साथ अन्य नैनोकणों का निरीक्षण करने में मदद करेंगे।" अगले चरण में, जून 2010 में, एक अंतरराष्ट्रीय टीम CAMP तंत्र में Schlichting जैविक नमूनों की जांच करेगी।

अणु कैसे फटते हैं

एक्स-रे लेजर की विनाशकारी शक्ति से अणुओं की यथासंभव रक्षा करने के लिए, शोधकर्ता यह भी पता लगाना चाहते हैं कि वे कैसे फटते हैं। यह वही है जो CAMP साधन, जो कई परिष्कृत स्पेक्ट्रोमीटर से सुसज्जित है, आपकी सहायता कर सकता है। चार मिलियन-यूरो डिवाइस में दुनिया का सबसे बड़ा और सबसे तेज़ एक्स-रे सीसीडी चिप्स होता है, जो बिखरे हुए प्रकाश की ऊर्जा और तीव्रता को मापता है। चिप्स एमपीआई सेमीकंडक्टर प्रयोगशाला में स्ट्राइडर के आसपास वैज्ञानिकों द्वारा बनाए गए थे।

चिप्स को डिजाइन करने वाले शोधकर्ताओं में से एक, रॉबर्ट हार्टमैन बताते हैं, "चिप्स को एक सेकंड में 200 बार पढ़ा जा सकता है, एक्स-रे लेजर आग की तुलना में तेज है, इसलिए हम प्रत्येक नाड़ी के संकेत का पता लगा सकते हैं।"

विनाश के तंत्र को लक्षित करना

"एक्स-रे विवर्तन के अलावा, जो अणुओं के माध्यम से अलग हो जाता है और एक खुलासा पैटर्न बनाता है, सीसीडी डिटेक्टरों ने प्रकाश को भी पकड़ लिया है कि अणुओं को एक्स-रे प्रकाश को अवशोषित करने के बाद छोड़ देते हैं, " एएसजी के सास्का एप्प बताते हैं, जो डिटेक्टरों को नियंत्रित करता है। CAMP में बनाया गया। ये संकेत शोधकर्ताओं को सुराग प्रदान करते हैं कि कैसे कण बिखर जाते हैं। इसके अलावा, विनाश के टुकड़े विनाश के तंत्र से काटे जा सकते हैं जिसमें जांच किए गए अणु टूट जाते हैं और सीएएमपी भी एकत्र करते हैं।

"बहुत सटीक टाइम-ऑफ़-फ्लाइट मास स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करते हुए, हम दोनों टुकड़ों के द्रव्यमान और उनके आवेगों को मापते हैं, " एएसजी वैज्ञानिकों में से एक, जो इस प्रतिक्रिया माइक्रोस्कोप का सह-विकास करते हैं, और उल्क्रिक कहते हैं, "इसलिए हम टुकड़ों की पहचान कर सकते हैं और उन्हें एक ही समय में अनुभव कर सकते हैं।" वे कितनी तेजी से अणु को किस दिशा में फेंक रहे थे। "इन निष्कर्षों से उन कणों को एम्बेड करने में मदद मिल सकती है जो लेजर एक मैट्रिक्स में लक्षित हो रहे हैं ताकि लेजर जितना संभव हो उतना कम नुकसान पहुंचाए।

शोधकर्ताओं ने पहले ही फ्लेश के साथ इंस्ट्रूमेंट के कुछ हिस्सों का परीक्षण किया है, जो ड्यूशस एलेक्रोट्रोन-सिन्क्रोट्रॉन (डेसी) में एक फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर है, जो उच्च-ऊर्जा यूवी प्रकाश का उत्सर्जन करता है। अन्य बातों के अलावा, उन्होंने इमेजिंग तकनीकों, सीसीडी डिटेक्टर और प्रतिक्रिया माइक्रोस्कोप को विकसित किया, और जांच की कि डिटेक्टर प्रकाश की तीव्र चमक पर कैसे प्रतिक्रिया करते हैं।

पल्स ट्विरल इलेक्ट्रॉनों को भ्रमित करता है

Ullrich कहते हैं, "CAMP इतना सफल है कि LCLS द्वारा स्वीकृत प्रयोगों का लगभग एक-तिहाई प्रयोग किया जाता है।" क्योंकि कई अलग-अलग प्रकार की जानकारी जो CAMP बिखरने वाले प्रयोगों के बारे में प्रदान करती है, न केवल संरचनात्मक जांच को अनुकूलित किया जा सकता है। "हम उन बुनियादी प्रक्रियाओं के बारे में भी सीखते हैं जो अणुओं में अत्यंत तीव्र एक्स-रे दालों को ट्रिगर करते हैं।"

यह स्पष्ट है कि ये दाल अणुओं में इलेक्ट्रॉनों को पूरी तरह से भ्रमित करती हैं। लेकिन भौतिकविदों को अभी तक यह पता नहीं है। इन प्रक्रियाओं को समझना अंततः अणुओं के कार्यों के बारे में अधिक जानने और उन्हें चिकित्सकीय या तकनीकी रूप से शोषण करने में मदद करता है।

(मैक्स प्लैंक सोसायटी, 23.02.2010 - डीएलओ)