MHZ-SFX Hochdurchsatz-Serielle-Femtosekunden Kristallographie @ EU XFEL - Teilprojekt 1; Verbund: RÅC

Abstract

Für den SFX Messtand des EuXFEL wurde vorab ein CAD-Modell der Strahlablenkeinheit (Beam-Sweeping-Einheit) entworfen und folgend im Rahmen dieses Vorhabens konstruiert, hier um die gepulste Strahlung des EuXFEL für fixed-Target Messungen effizienter zu nutzen, und damit die Anzahl der möglichen Diffraktionsdatensammlungen erheblich zu erhöhen. Ende 2022 wurde ein erster Aufbau der Beam-Sweeping Einheit getestet, hier insbesondere um die Funktionalität zu überprüfen. Folgende Testmessungen bestätigten die Funktion der Einheit. Die Motorparameter der rotierenden Spiegeleinheit wurden optimiert, hier im Kontext der Software, die zum Betrieb der Einheit entwickelt wurde und an bestehende fixed-Target-Proben-Einheiten, wie den Road-Runner, adaptiert wurden. In diesem Zusammenhang wurden weitere Spezialkomponenten für die Ablenkspiegel gefertigt, einschließlich Luftlager und Vakuumdrehdurchführungen, als auch die Konstruktion eines speziellen Strahlfängers, Beam-Stops durchgeführt. Erste Testmessungen, wurden auch an der ESRF Pink-Beam Strahlenführung durchgeführt. Weitere notwendige Testmessungen von speziell für die Beam-Sweeping-Einheit entwickelten Proben-Halter-Chips wurden mit den Kooperationspartners über die gesamte Laufzeit des Projektes mit Fokus auf On-Chip-Kristallisationsexperimente durchgeführt. Diese Chips wurden ausgiebig auch am LCLS in den USA getestet, hier um einen direkten Vergleich der Strahlintensität, notwendigen Belichtungszeiten als auch möglichen Effekten der Strahlenschädigung zu einem anderen freien Elektronenlaser zu erhalten. Testmessungen mit diesen sog. MHZ-Chips fanden auch an den DESY/PETRA III Beamlines P09 und P11 statt, wobei auch Kristalle eines ABC-Transporter aus Mitochondrien eingesetzt wurden. Dieser ABC-Transporter ATM1, der in der inneren Membran der Mitochondrien vorkommt, ist wichtig für die Bildung von Eisen-Schwefel-Clustern. ATM1 aus der Hefe Saccharomyces cerevisiae wurde in Platten- und Nadelform kristallisiert. Ein digitaler als auch ein Vorort Workshop zur Anwendung der MHZ-Chips im Kontext der Beam Sweeping-Einheit wurde durchgeführt. Folgend wurden Testmessungen am EuXFEL geplant, hier wurde die Zugänglichkeit, bzw. der spezielle Aufbau des SFX-Messtandes und dessen Nutzerbuchungen berücksichtigt. Die ersten erfolgreichen Messungen wurden dem SFX Management Board vorgestellt, welches die Entwicklung, Anwendung und Etablierung dieser Einheit ausdrücklich begrüsste und unterstützte. Zum Ende der Testmessungen wurde die Notwendigkeit einer Verbesserung des Strahlfängers, Beam Stops, festgestellt. Folgend wurde eine verbesserte Version des Strahlfängers designed, hergestellt und entsprechend installiert. Die speziell und entsprechend den Röntgenstrahlpulsen des EuXFEL entwickelte und konstruierte Beam-Sweeping-Einheit, welche individuell die Effizienz von fixed-Target Messungen an der SFX-Strahlführung erhöht, stellt eine sehr wichtige Ergänzung der Probenmessmöglichkeiten an der SFX Beam-Line dar, hier insbesondere im Vergleich zu sogenannten Jet-Messungen, wo Proben/Kristalle über eine Flüssigkeitssupension mit hoher Geschwindigkeit durch den XFEL-Strahl geführt werden. Wobei bei dieser Methode ein Großteil der Proben, aufgrund der EuXFEL Strahl-Puls-Raten, nicht vom Röntgenstrahl getroffen werden. Mit dieser im Rahmen des Projektes entwickelten Hardware-Einheit wird der SFX Messtand am EuXFEL maßgeblich an Attraktivität gewinnen, hier für Nutzer aus akademischen Instituten als auch zukünftig für Industrienutzer dieser Strahlung.