Une équipe internationale de plus de 20 scientifiques a découvert par inadvertance comment créer un nouveau type de cristal en utilisant une lumière plus de dix milliards de fois plus brillante que le soleil.
La découverte, dirigée par le professeur agrégé Brian Abbey à La Trobe en collaboration avec le professeur agrégé Harry Quiney à l'Université de Melbourne, a été publiée dans la revue Science Advances.
Leurs découvertes renversent ce qui a été accepté comme pensée en cristallographie depuis plus de 100 ans.
L'équipe a exposé un échantillon de cristaux, connu sous le nom de Buckminsterfullerene ou Buckyballs, à une lumière intense émise par le premier laser à électrons libres à rayons X durs (XFEL) au monde, basé à l'Université de Stanford aux États-Unis. Les molécules ont une forme sphérique formant un motif qui ressemble à des panneaux sur un ballon de football.
La lumière du XFEL est environ un milliard de fois plus brillante que la lumière générée par tout autre équipement à rayons X – même la lumière du synchrotron australien est pâle en comparaison. Parce que d'autres sources de rayons X délivrent leur énergie beaucoup plus lentement que le XFEL, toutes les observations précédentes avaient montré que les rayons X fondaient ou détruisaient le cristal de manière aléatoire. Les scientifiques avaient précédemment supposé que les XFEL feraient de même.
Le résultat des expériences XFEL sur Buckyballs, cependant, n'était pas du tout ce que les scientifiques attendaient. Lorsque l'intensité XFEL a été augmentée au-delà d'un point critique, les électrons des Buckyballs ont spontanément réarrangé leurs positions, modifiant complètement la forme des molécules.
Chaque molécule du cristal est passée de la forme d'un ballon de football à la forme d'un ballon AFL en même temps. Cet effet produit des images complètement différentes au niveau du détecteur. Cela a également modifié les propriétés optiques et physiques de l'échantillon.
‘C'était comme casser une noix avec un marteau et au lieu de la détruire et de la briser en un million de morceaux, nous avons plutôt créé une forme différente – une amande !’ Assoc. dit le professeur Abbey.
‘Nous avons été stupéfaits, c'est la première fois au monde que la lumière des rayons X crée efficacement un nouveau type de phase cristalline’, a déclaré le professeur agrégé Quiney, de l'École de physique de l'Université de Melbourne.
‘Bien qu'il ne reste stable que pendant une infime fraction de seconde, nous avons observé que les caractéristiques physiques, optiques et chimiques de l'échantillon avaient radicalement changé par rapport à sa forme d'origine’, a-t-il déclaré.
« Ce changement signifie que lorsque nous utiliserons des XFEL pour des expériences de cristallographie, nous devrons changer la façon d'interpréter les données. Les résultats donnent à la science de la cristallographie, vieille de 100 ans, une nouvelle direction passionnante », a déclaré Assoc. dit le professeur Abbey.
‘Actuellement, la cristallographie est l'outil utilisé par les biologistes et les immunologistes pour sonder le fonctionnement interne des protéines et des molécules – les machines de la vie. Pouvoir voir ces structures d'une nouvelle manière nous aidera à comprendre les interactions dans le corps humain et pourrait ouvrir de nouvelles voies pour le développement de médicaments.
L'étude a été menée par des chercheurs du Centre d'excellence ARC en imagerie moléculaire avancée, de l'Université La Trobe, de l'Université de Melbourne, de l'Imperial College de Londres, du CSIRO, du Synchrotron australien, du Swinburne Institute of Technology, de l'Université d'Oxford, du Laboratoire national de Brookhaven. , l'accélérateur linéaire de Stanford (SLAC), le centre scientifique et technologique BioXFEL, l'université d'Uppsala et le Florey Institute of Neuroscience and Mental Health.
