Biologiska prover som studerats med intensiva röntgenstrålar vid frielektronlasrar förstörs inom nanosekunder efter att de exponerats. På grund av detta, proverna måste uppdateras kontinuerligt för att möjliggöra de många bilder som behövs för att ett experiment ska kunna erhållas. Konventionella metoder använder strålar som levererar en kontinuerlig ström av prover, men detta kan vara mycket slöseri eftersom röntgenstrålarna bara interagerar med en liten del av det injicerade materialet.

För att hjälpa till att lösa detta problem, forskare vid Department of Energy Lawrence Berkeley National Laboratory, SLAC National Accelerator Laboratory, Brookhaven National Laboratory, och andra institut utformade ett nytt löpande bandsystem som snabbt ersätter exponerade prover genom att flytta droppar längs ett miniatyrtransportband, tid för att sammanfalla med ankomsten av röntgenpulserna. Dropp-på-band-systemet gör att laget nu kan studera de biokemiska reaktionerna i realtid från mikrosekunder till sekunder, avslöjar stadierna i dessa komplexa reaktioner.

I deras tillvägagångssätt, proteinlösning eller kristaller deponeras exakt i små flytande droppar, gjort när ultraljudsvågor trycker vätskan på ett rörligt band. När dropparna går framåt, de träffas med synliga ljuspulser eller behandlas med syrgas, som utlöser olika kemiska reaktioner beroende på det undersökta provet. Detta gör det möjligt att studera processer som fotosyntes, som avgör hur växter absorberar ljus från solen och omvandlar det till användbar energi.

Till sist, kraftfulla röntgenpulser från SLAC:s röntgenlaser, Linac Coherent Light Source (LCLS), sondera dropparna. I denna studie publicerad i Nature Methods, röntgenljuset spritt från provet på två olika detektorer samtidigt, en för röntgenkristallografi och den andra för röntgenemissionsspektroskopi. Dessa är två kompletterande metoder som ger information om den geometriska och elektroniska strukturen hos proteinernas katalytiska platser och som tillät dem att med atomprecision se hur proteinstrukturerna förändrades under reaktionen.