Rangos tudományos elismerés a HUN-REN Wigner FK kutatóinak

Hogyan lendítheti a magyar kutatókat világszínvonalú eredmények felé az élvonalbeli kutatási infrastruktúrák használata? Kiváló példa erre, hogy a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói a European XFEL-en végzett kísérleteik eredményeként dolgozták ki új módszerüket, amellyel minden eddiginél hatékonyabban vizsgálható a nagyon apró kristályok szerkezete. Sikerüket a Svéd Királyi Tudományos Akadémia a krisztallográfia egyik legrangosabb nemzetközi elismerésével, a Gregori Aminoff-díjjal jutalmazta.

A krisztallográfiában áttörést jelentő új módszer az ún. Kossel-krisztallográfia, amelyet a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont kutatói – Tegze Miklós, Bortel Gábor és Faigel Gyula – az Európai Röntgen-Szabadelektron Lézer Létesítmény (European XFEL) kutatóintézetben végzett kísérleteik során fejlesztettek ki és igazoltak. Eredményeiket a Nature Communications folyóiratban publikálták.

A krisztallográfia lényege, hogy bepillantást ad a kristály szerkezetébe. A kutatókat az érdekli, hogy pontosan hogyan helyezkednek el az atomok egymáshoz képest, ezért röntgensugarakkal világítják meg a kristályt, és elemzik a sugarak visszaverődését. Ennek hatékony eszköze a European XFEL szabadelektron-lézerberendezés, amely elképesztően erős és gyors röntgenforrás.

Mi az áttörés?

A Kossel-krisztallográfia legfontosabb újdonsága, hogy a hagyományos röntgendiffrakcióval szemben nem szükséges forgatni a kristályt. A módszer úgynevezett Kossel-vonalakat használ: a kristály belsejében létrehozott röntgensugárzás gömbhullámként terjed, ezért egyszerre több irányból nyerhető szerkezeti információ, miközben az XFEL rendkívül rövid és intenzív röntgenfelvillanásait használják.

Miért fontos ez a kutatás?

Számos területen, például a biológiában és a gyógyszerkutatásban is igen hasznos lehet, ha jobban és gyorsabban tudjuk meghatározni egy molekula 3D-s szerkezetét. Egy gyógyszernél például fontos lehet tudni, hogy milyen alakú a vizsgált fehérje, és hogyan tud hozzákapcsolódni a gyógyszermolekula. Ha ezt pontosan látják, könnyebben tudnak megfelelően kapcsolódó molekulákat tervezni.

Egy anyag atomi szerkezetének meghatározásához korábban jellemzően számos, különböző szögekből végzett mérésre volt szükség. A szabadelektron-lézerek megjelenése azonban alapvetően új lehetőségeket nyitott az anyagok szerkezetének feltárásában. A kutatók eljárása lehetővé teszi, hogy egyetlen, mintegy 25 femtoszekundumos röntgen-szabadelektronlézer-impulzus segítségével meghatározható legyen egy kristály teljes, háromdimenziós atomi szerkezete – a hagyományos módszerekkel szemben a kristály forgatása nélkül. Az eljárás működését a kutatók az European XFEL létesítményben, gallium-arzenid és gallium-foszfid egykristályokon mutatták be. A módszer jelentősége, hogy olyan rendkívül gyors, rövid életű szerkezeti átalakulásokat is képes nyomon követni, amelyeket a hagyományos krisztallográfiai eljárásokkal nehéz lenne vizsgálni – ez új távlatokat nyithat az anyagtudomány, a kémia és a biológia számos területén.

A Svéd Királyi Tudományos Akadémia – amely a fizikai és kémiai Nobel-díjakról is dönt – 1979 óta ítéli oda a Gregori Aminoff-díjat a krisztallográfia területén elért kiemelkedő tudományos teljesítményekért. Közleményük szerint a magyar kutatók a szabadelektron-lézerekkel végzett, rendkívül gyors háromdimenziós szerkezetmeghatározást lehetővé tevő módszer kidolgozásáért kapják a 180 ezer svéd koronával járó díjat, amelyet 2027 tavaszán az akadémia éves ünnepi ülése keretében adnak majd át.

A siker Magyarország European XFEL-tagságának is köszönhető!

A díjnyertes kutatás jól mutatja, milyen tudományos hozadékkal jár Magyarország részvétele a nagy nemzetközi kutatási infrastruktúrákban. A European XFEL Európa első és a világ legnagyobb teljesítményű, keménysugárzású röntgen-szabadelektronlézere, amely Hamburg mellett, a DESY kutatóközponttal együttműködésben üzemel. Magyarország mintegy 1 százalékos tulajdoni részesedéssel 2009 óta teljes jogú tagja a 12 országot tömörítő konzorciumnak, amelyhez így több hazai partnerintézmény is hozzáférhet.

A most elismert eredmény jól szemlélteti, hogy a hazai kutatásiinfrastruktúra-stratégia keretében fenntartott nemzetközi tagságok hosszú távon világszínvonalú tudományos áttörésekhez vezethetnek.

Bővebben a magyar European XFEL-tagságról: Európai Röntgen-Szabadelektron Lézer Létesítmény (European XFEL)

Publikáció: https://www.nature.com/articles/s41467-024-45229-8

(Bortel, Gábor & Tegze, Miklós & Sikorski, Marcin & Bean, Richard & Bielecki, Johan & Kim, Chan & C. P. Koliyadu, Jayanath & Koua, Faisal & Ramilli, M. & Round, Adam & Sato, Tokushi & Zabelskii, Dmitrii & Faigel, Gyula. (2024). 3D atomic structure from a single X-ray free electron laser pulse. Nature Communications. 15. DOI: 10.1038/s41467-024-45229-8.).