Biologische monsters die zijn bestudeerd met intense röntgenstralen bij vrije-elektronenlasers worden vernietigd binnen nanoseconden nadat ze zijn blootgesteld. Daarom, de monsters moeten voortdurend worden ververst om de vele afbeeldingen die nodig zijn voor een experiment mogelijk te maken. Conventionele methoden gebruiken jets die een continue stroom monsters leveren, maar dit kan erg verspillend zijn, aangezien de röntgenstralen slechts een interactie aangaan met een kleine fractie van het geïnjecteerde materiaal.

Om dit probleem aan te pakken, wetenschappers van het Lawrence Berkeley National Laboratory van het Department of Energy, SLAC Nationaal Versneller Laboratorium, Brookhaven Nationaal Laboratorium, en andere instituten ontwierpen een nieuw assemblagelijnsysteem dat blootgestelde monsters snel vervangt door druppels langs een miniatuurtransportband te verplaatsen, getimed om samen te vallen met de komst van de röntgenpulsen. Met het droplet-on-tape-systeem kan het team nu de biochemische reacties in realtime bestuderen, van microseconden tot seconden, het onthullen van de stadia van deze complexe reacties.

In hun aanpak eiwitoplossing of kristallen worden precies afgezet in kleine vloeibare druppels, gemaakt als ultrasone golven de vloeistof op een bewegende band duwen. Terwijl de druppels naar voren bewegen, ze worden geraakt met pulsen van zichtbaar licht of behandeld met zuurstofgas, die verschillende chemische reacties veroorzaakt, afhankelijk van het bestudeerde monster. Hierdoor kunnen processen zoals fotosynthese, die bepaalt hoe planten licht van de zon opnemen en omzetten in bruikbare energie.

Eindelijk, krachtige röntgenpulsen van de röntgenlaser van SLAC, de Linac coherente lichtbron (LCLS), sonde de druppels. In deze studie gepubliceerd in Nature Methods, het röntgenlicht dat door het monster wordt verstrooid op twee verschillende detectoren tegelijk, één voor röntgenkristallografie en de andere voor röntgenemissiespectroscopie. Dit zijn twee complementaire methoden die informatie verschaffen over de geometrische en elektronische structuur van de katalytische plaatsen van de eiwitten en waarmee ze met atomaire precisie konden kijken hoe de eiwitstructuren tijdens de reactie veranderden.