Нужно рассмотреть снежинку, не дав ей растаять и не повредив. Примерно такая задача стоит перед учёными, которые хотят изучать отдельные белки — крошечные молекулярные машины жизни. Белок в растворе постоянно дрожит и слипается с соседями, а в электронном микроскопе его разрушает луч. Авторы новой работы собрали устройство, которое решает эту проблему: оно выхватывает белки из жидкости, охлаждает их до температуры жидкого гелия и запускает в вакуумную камеру со скоростью пули.

Сердце установки — комбинация двух приёмов. Сначала поток газа с белками проходит через узкое сопло: газ резко расширяется и остывает, как баллончик с освежителем, у которого замерзает горлышко. Белки при этом «замораживаются» в случайных, но зафиксированных позах — как статуи в момент прыжка. Затем частицы попадают в аэродинамическую линзу — систему колец, которая сжимает поток в тонкий луч, отбрасывая всё лишнее. В результате получается плотный пучок одиночных белков, летящих строго в одном направлении.

Чтобы проверить, что пучок действительно состоит из отдельных белков, а не из слипшихся комков, учёные использовали мощный лазер. Короткий импульс выбивает электроны из частиц, и по тому, как эти электроны разлетаются, можно восстановить размер и форму каждой частицы. Оказалось, что белки сохраняют свою структуру и не разрушаются в полёте. Плотность пучка достигла ста миллионов частиц в кубическом сантиметре — это как если бы в напёрстке поместилось население крупного города.

Такой инструмент открывает дорогу к съёмке «портретов» отдельных биомолекул с атомным разрешением. Рентгеновский лазер может подсветить летящий белок и зафиксировать его тень до того, как молекула разрушится. А охлаждение до сверхнизких температур позволяет изучать квантовые свойства больших частиц — например, проверять, может ли целый белок вести себя как волна. Замороженные в полёте белки — это как остановленные мгновения жизни, которые теперь можно рассмотреть без спешки.