Droplet on Demand Tape Drive and XES Prototypes for Time-Resolved Serial Crystallography at VMXi, Diamond Light Source

Imagina a científicos intentando hacer una "película de stop-motion" de diminutas máquinas biológicas (como las enzimas) trabajando. Para lograr esto, necesitan tomar miles de instantáneas de estas máquinas en acción, pero las máquinas son tan pequeñas y rápidas que es como intentar fotografiar el ala de un colibrí con una cámara que tarda un segundo en disparar.

Este artículo describe una nueva configuración experimental en Diamond Light Source (una máquina gigante que crea rayos X superbrillantes) diseñada para resolver este problema. Así es como funciona, desglosado en partes sencillas:

1. El "impulso de gota bajo demanda": Una cinta transportadora de burbujas diminutas
Piensa en el sistema de entrega de la muestra como una cinta transportadora de alta tecnología. En lugar de una cinta que transporta cajas, esta cinta transporta un flujo de microgotas de agua.

• Las gotas: Cada gota es increíblemente pequeña —aproximadamente del tamaño del volumen de un solo grano de arena—. Dentro de cada gota hay miles de diminutos cristales de proteínas (los "actores" de nuestra película).
• El tiempo: Justo antes de que una gota llegue a la cámara (el haz de rayos X), los científicos la mezclan con un activador químico. Esto es como un director gritando "¡Acción!" justo antes de que la cámara empiece a rodar.
• La cinta: Las gotas se asientan en una cinta en movimiento que las desliza a través del haz de rayos X una por una. Esto permite a los científicos tomar una foto, mover la cinta, tomar otra foto y repetir, creando una secuencia de imágenes que muestra a la proteína cambiando con el tiempo.

2. La prueba de dos partes: Demostrar el concepto
Los investigadores no solo construyeron la máquina; probaron dos formas diferentes de usarla para demostrar que funciona:

• Prueba A (La película): Utilizaron el sistema de impulsión por cinta con las diminutas gotas para tomar "instantáneas" de alta calidad (datos de difracción) de los cristales de proteína. Esto demostró que podían obtener imágenes claras de la estructura mientras los cristales se movían.
• Prueba B (El anillo de humor): En un experimento separado, utilizaron una herramienta diferente (una jeringa de pasta espesa) para empujar los cristales a través del haz. Utilizaron una técnica especial llamada Espectroscopía de Emisión de Rayos X (XES). Si los datos de difracción son como una foto de la forma de la proteína, la XES es como un "anillo de humor" que les indica el estado eléctrico de los átomos metálicos dentro de la proteína. Esto ayuda a los científicos a entender si el metal está "cargado" o "relajado" durante la reacción.

3. El gran avance
Hasta ahora, combinar estos dos métodos específicos (la cinta en movimiento con las gotas y la comprobación del estado eléctrico) solo era posible en instalaciones masivas y ultra potentes llamadas XFEL (que son como el "Fórmula 1" de las máquinas de rayos X).

Este artículo afirma que el equipo ha construido con éxito un prototipo de este sistema combinado en un sincrotrón estándar de tercera generación (VMXi). Han demostrado que es posible:

• Disparar diminutas gotas de cristales a través del haz.
• Obtener imágenes estructurales claras.
• Comprobar el estado eléctrico de los metales en su interior.

En resumen
Los investigadores han construido una máquina de "prueba de concepto" funcional. Aún no han hecho una película completa de un proceso biológico, pero han demostrado que la cámara (el sistema de impulsión por cinta) y los sensores especiales (XES) pueden trabajar juntos en un sincrotrón estándar. Es como probar con éxito un nuevo objetivo de cámara y un nuevo flash en una cámara normal para mostrar que pueden capturar un coche de carreras que se mueve rápido, allanando el camino para futuros experimentos que realmente filmen esas carreras.