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高速攝像機將幫助科學家制作分子電影。
科學家們現在有了新的高速攝像機，可以用來拍攝制作運動中的分子影像。它就是耗資12億歐元（約合14億美元）的歐洲X射線自由電子激光器（XFEL），將于9月在德國漢堡附近開始進行首批實驗。
研究人員很快將能夠使用德國漢堡附近的歐洲X射線自由電子激光器觀察運動中的分子。
Heiner Müller-Elsner/European XFEL
歐洲XFEL可以在幾百飛秒內發射強X射線：時間如此之短，就如同頻閃閃光燈一樣，它們可以捕獲在時間上凍結的運動分子的快照，并且波長足夠小，足以提供原子分辨率的圖像。歐洲XFEL是世界上少數這樣的X射線激光器之一，擁有獨特的速射性能：每秒可以發出27,000個脈沖，發射速率比第二快的裝置高出200多倍，后者即位于加州SLAC國家加速器實驗室、耗資達4億2千萬美元的直線加速器相干光源（LCLS）。漢堡自由電子激光科學中心的生物化學家Arwen Pearson說：“它和世界上其他任何東西都如此的不同，真心讓人感覺踏上了未知的領地。”
Adrian Mancuso是位于漢堡附近舍內菲爾德的歐洲XFEL實驗站的項目科學家，他說科學家們應該能夠在1秒鐘之內收集3000多張高質量的X射線照片，而其他設施則只能收集100張左右。美國威斯康星大學密爾沃基分校的物理學家Abbas Ourmazd表示：“擁有豐富的數據很重要，歐洲XFEL產生的數據車載斗量。這個由12個國家出資建造的歐洲裝置應該會減輕美國和日本較老的X射線自由電子激光器的一些壓力（參見“X射線激光槍”）。大批科學家熱衷于捕獲樣品的原子尺度圖像，導致它們嚴重超額預定。6月，位于韓國浦項的一臺X射線自由電子激光器對用戶開放，瑞士菲利根的一臺機器也將于2018年開始實驗。
Source: European XFEL
在位于漢堡的XFEL，電子束首先沿一條長達1.7公里的隧道加速，然后磁體將電子路徑彎曲成擺動的回旋軌道，使其在彎曲時發出高能X射線束。明亮的X射線脈沖是如此強烈，以至于會破壞它們所擊中的樣品 — 但是在足夠的光子被散射而揭示出樣品的原子結構之前還沒有被破壞。
X光影像
在使用常規X射線源進行結構測定的實驗中，分子必須被組裝成晶體以散射足夠的光子來推斷其結構。但是，XFEL中的X射線是如此的明亮，研究人員可以從大約幾納米的晶體，甚至從分子的非晶體團簇中收集到衍射圖樣。這意味著XFEL可以研究難以結晶的蛋白質。研究人員在不同的時間點對同一系統拍攝成千上萬的不同快照，再把它們綜合起來創建出酶、病毒或催化劑的動態影像——通常通過將分子溶液噴射穿過X射線束來實現。
2015年，使用LCLS的科學家們報告了8張分辨率為0.18納米的肌紅蛋白快照，它們是在一束光將一個一氧化碳分子從蛋白質上它的原結合位置移除后幾皮秒內拍攝的。8月14日，Ourmazd及其同事報告稱，他們在LCLS利用單一病毒的X射線散射創建出分辨率達9-nm的3D影像。它動態展示了病毒重組基因組，使得遺傳物質可以擠壓通過管狀分子結構的情形——病毒感染細胞時所發生的過程。
亞利桑那州立大學的物理學家John Spence解釋說，這樣的工作依賴于收集同一粒子在不同構象狀態下的大量快照，進而構建出粒子運動范圍的合成圖像。他表示，歐洲XFEL的高脈率將使這一過程更加迅捷 — 因而可以積累更小的單個粒子的結構數據。Mancuso認為歐洲XFEL最重要的里程碑之一將是證明衍射圖樣確實能夠以非常高的速率從單個粒子中收集。因為強烈的X射線爆發會破壞每個以噴霧或射流方式通過的粒子，所以要確保被損壞的樣本不會妨礙下一次影像的捕獲是一項挑戰。“我們只有試了才知道，”他說。
漢堡的這座裝置也比其競爭對手擁有更大的容量：與其他X射線自由電子激光器不同的是，它有三個獨立的波動器，能夠同時產生X射線束，每秒27,000個脈沖分布其中。但是，歐洲XFEL只能在一段時間內占統治地位：SLAC今年開始建設一個10億美元項目，以創造更加明亮的激光束，到二十一世紀二十年代初，每秒將能發射100萬個脈沖
