Super-fotocamera a raggi X 'cattura' atomi, proteine e virus

Milano, 7 ago. (AdnKronos Salute) - Una super-fotocamera a raggi X di bassa energia: è la più veloce al mondo e rivoluzionerà, secondo gli scienziati, il modo di studiare la materia a livello atomico e molecolare. Si è appena conclusa con successo all'European Xfel di Amburgo, una struttura di ricerca dove si generano flash di raggi X ultra intensi e ultra corti, la messa a punto del rivelatore Dssc (DePfet Sensor with Signal Compression). Si tratta di un innovativo dispositivo che consente di sfruttare la straordinaria potenza delle moderne sorgenti di flash di raggi X, rendendo possibile cogliere e interpretare le immagini di oggetti piccolissimi come atomi, ma anche proteine o virus.
L'oggetto d’indagine viene posto tra la sorgente di scatti luminosi (emessi all’elevatissima frequenza di ripetizione di 4,5 milioni al secondo) e il rivelatore, che riesce "a captare con precisione ciascuno dei fotoni diffusi nell’impatto", spiegano i ricercatori del Politecnico di Milano, che hanno collaborato allo studio, in una nota. Un singolo impulso di luce ha una durata di poche decine di femtosecondi, ma è sufficiente affinché il rivelatore possa registrare un’immagine caratteristica del campione in analisi. Tuttavia, per studiare efficacemente oggetti tanto minuscoli, non è sufficiente un'unica 'fotografia' con raggi X ma una serie scattata a intervalli ravvicinatissimi che finora non aveva una 'pellicola' capace di fissare 4,5 milioni di immagini al secondo prodotte da raggi X a bassa energia.
Un "enorme passo in avanti, se paragonato alla precedente generazione di sorgenti e rivelatori di raggi X, che moltiplicherà il numero di analisi possibili in tempi incomparabilmente più brevi", affermano dal Politecnico di Milano. Il rivelatore Dssc commissionato e installato all’European Xfel consentirà non solo di 'vedere' oggetti piccoli come atomi e nano-strutture biologiche, ma anche di filmarne l’evoluzione temporale.
La comunità scientifica avrà quindi un'arma in più per dipanare le complesse strutture di singole proteine o virus, con immediate ricadute sulla comprensione di malattie e sullo sviluppo di nuovi farmaci. Sarà inoltre possibile acquisire immagini tridimensionali della materia su scala nanometrica o filmare l’evoluzione di una reazione chimica di interesse industriale. Il rivelatore di immagini è frutto di oltre un decennio di ricerca e sviluppo di un consorzio internazionale, coordinato dall’European Xfel e guidato da Matteo Porro, ex-dottorando del Politecnico di Milano. Oltre al Politecnico, gli altri partner del consorzio sono Desy, Università di Heidelberg, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e Università di Bergamo.
Il team del Politecnico di Milano, costituito da Andrea Castoldi, Carlo Fiorini e Chiara Guazzoni, ha coordinato in particolare lo sviluppo dell’elettronica di lettura a basso rumore e la calibrazione del rivelatore.
"La sfida di realizzare un rivelatore di immagini con prestazioni ben oltre la frontiera attuale - spiega Andrea Castoldi, del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria del Politecnico di Milano e associato all’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, responsabile del team del consorzio per la calibrazione del rivelatore - è stata un’esperienza importante e stimolante per tutti noi. Aver dimostrato la capacità di registrare a tale velocità immagini di raggi X a bassa energia con risoluzione di singolo fotone è un passo significativo - conclude - che consentirà di sfruttare appieno le nuove tecniche di indagine con impulsi ultra corti".