แหล่งกำเนิดโฟตอนขั้นสูงของอาร์กอนช่วยเร่งการวิจัยทางชีววิทยาและสิ่งแวดล้อม

โลกเป็นระบบนิเวศที่ซับซ้อน และตำแหน่งของเราในระบบนี้ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ตั้งแต่สุขภาพของดิน คุณภาพอากาศ ไปจนถึงพฤติกรรมของพืชและจุลินทรีย์ การทำความเข้าใจโลกธรรมชาติและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ในโลกจึงมีความสำคัญต่อการอยู่รอดของเราเอง เมื่อสภาพภูมิอากาศเปลี่ยนแปลงไป การศึกษาเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมและสิ่งมีชีวิตหลากหลายรูปแบบจึงยิ่งมีความสำคัญมากขึ้น
ในเดือนตุลาคม 2023 ศูนย์ Advanced Photon Source (APS) ซึ่งเป็นศูนย์บริการผู้ใช้ภายในสำนักงานวิทยาศาสตร์ของห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอน สังกัดกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ (DOE) จะเปิดตัวโครงการใหม่เพื่อขยายขีดความสามารถด้านการวิจัยและวิเคราะห์ทางชีววิทยาและสิ่งแวดล้อมในห้องปฏิบัติการชั้นนำของโลกในสาขาเอ็กซ์เรย์ บริษัท eBERlight เพิ่งได้รับการอนุมัติจากโครงการวิจัยทางชีววิทยาและสิ่งแวดล้อม (BER) ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ โดยมีเป้าหมายเพื่อเชื่อมโยงนักวิจัยที่ทำการทดลองในภารกิจ BER กับทรัพยากรวิทยาศาสตร์เอ็กซ์เรย์ชั้นนำระดับโลกของ APS ด้วยการขยายการเข้าถึงขีดความสามารถที่หลากหลายของ APS นักคิดของ eBERlight หวังว่าจะค้นพบวิธีการทางวิทยาศาสตร์ใหม่ๆ และดึงดูดทีมวิจัยสหวิทยาการใหม่ๆ เพื่อสำรวจมุมมองใหม่ๆ เกี่ยวกับโลกที่เราอาศัยอยู่
“นี่เป็นโอกาสในการสร้างสิ่งใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อนใน APS” แคโรไลน์ มิชาลสกา นักผลึกศาสตร์โปรตีนจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอน ซึ่งเป็นผู้นำงานวิจัยเกี่ยวกับ eBERlight กล่าว â�<“我们正在扩大准入范围，以适应更多的生物和环境研究，并且由于该计划是如此新，因此将使用该设施的科学家正在帮助我们的发它。” â�<“我们正在扩大准入范围，以适应更多的生物和环境研究，并且由于该计划是如此新，因”“เรากำลังขยายการเข้าถึงเพื่อสนับสนุนการวิจัยทางชีววิทยาและสิ่งแวดล้อมให้มากขึ้น และเนื่องจากโครงการนี้ยังใหม่มาก นักวิทยาศาสตร์ที่จะใช้สิ่งอำนวยความสะดวกนี้จึงช่วยเราพัฒนาโครงการนี้”
นับตั้งแต่ก่อตั้งขึ้นในช่วงทศวรรษ 1990 APS เป็นผู้นำในสาขา "ผลึกศาสตร์ระดับโมเลกุลขนาดใหญ่" ในงานวิจัยทางชีววิทยา นักวิทยาศาสตร์ใช้เทคโนโลยีนี้เพื่อศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับโรคติดเชื้อและไวรัส เพื่อวางรากฐานสำหรับการพัฒนาวัคซีนและวิธีการรักษา ปัจจุบัน APS มุ่งมั่นที่จะขยายความสำเร็จไปยังสาขาอื่นๆ ของวิทยาศาสตร์ชีวภาพและสิ่งแวดล้อม
ปัญหาหนึ่งของการขยายตัวนี้คือ นักวิทยาศาสตร์ด้านชีววิทยาและสิ่งแวดล้อมจำนวนมากไม่ทราบถึงศักยภาพของ APS ในการช่วยพัฒนาการวิจัยของพวกเขา และไม่คุ้นเคยกับกระบวนการสร้างรังสีเอกซ์ที่สว่างจ้าของวัตถุ ในทำนองเดียวกัน นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากไม่ทราบว่าสถานีทดลองของ APS ที่เรียกว่าบีมไลน์นั้น สถานีใดเหมาะสมที่สุดสำหรับการทดลองของพวกเขา เนื่องจากแต่ละสถานีได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเฉพาะด้าน
มิชาลสกา กล่าวว่า นี่คือจุดที่ eBERlight เข้ามามีบทบาท เธออธิบายว่ามันเป็นระบบนิเวศเสมือนจริงที่ออกแบบมาเพื่อเชื่อมโยงนักวิทยาศาสตร์กับเทคโนโลยีที่เหมาะสมบนเส้นทางที่ถูกต้องของ APS นักวิจัยจะนำเสนอข้อเสนอต่อเจ้าหน้าที่ของ eBERlight ซึ่งจะช่วยปรับการออกแบบการทดลองให้สอดคล้องกับช่องทางที่ถูกต้องในการดำเนินการศึกษาที่เสนอ เธอกล่าวว่าความหลากหลายของความสามารถของ APS หมายความว่า eBERlight สามารถสร้างผลกระทบได้ในหลายสาขาของชีววิทยาและวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม
“เรากำลังพิจารณาว่านักวิจัยของ BER กำลังศึกษาอะไรอยู่ และเราจะสามารถเสริมงานวิจัยเหล่านั้นได้อย่างไร” เธอกล่าว â�<“其中一些研究人员从未使用过APS 等同步加速器。 â�<“其中一些研究人员从未使用过APS 等同步加速器。“นักวิจัยบางคนเหล่านี้ไม่เคยใช้เครื่องซินโครตรอนแบบ APS มาก่อนเลย”พวกเขาได้เรียนรู้ว่ามีเครื่องมืออะไรบ้าง และมีคำถามทางวิทยาศาสตร์อะไรบ้างที่สามารถหาคำตอบได้ที่ APS ซึ่งไม่สามารถทำได้ที่อื่น”
“นี่เป็นโอกาสในการสร้างสิ่งใหม่ที่ไม่เคยมีมาก่อนใน APS เรากำลังขยายขอบเขตของการวิจัยทางชีววิทยาและสิ่งแวดล้อม และเนื่องจากนี่เป็นการวิจัยใหม่ นักวิทยาศาสตร์ที่จะใช้สิ่งอำนวยความสะดวกนี้จึงช่วยเราพัฒนาโครงการ” — แคโรไลน์ มิชาลสกา, ห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอนน์
สำหรับสาขาวิทยาศาสตร์เฉพาะที่ eBERlight จะส่งเสริมนั้น Michalska กล่าวว่าจะครอบคลุมทุกอย่างตั้งแต่การวิจัยดิน การปลูกพืช การก่อตัวของเมฆ และเชื้อเพลิงชีวภาพ Stefan Vogt รองผู้อำนวยการฝ่ายวิทยาศาสตร์รังสีเอกซ์ของ APS ได้เสริมวัฏจักรของน้ำเข้าไปในรายการ โดยกล่าวว่าข้อมูลนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจสภาพภูมิอากาศที่เปลี่ยนแปลงไปให้ดียิ่งขึ้น
“เรากำลังศึกษาประเด็นที่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ด้านสภาพภูมิอากาศ และเราจำเป็นต้องศึกษาประเด็นเหล่านี้ต่อไป” โวกต์กล่าว â�<“我们需要了解如何应对气候变化对环境的深远影响。” â�<“我们需要了解如何应对气候变化对环境的深远影响。”“เราจำเป็นต้องเข้าใจวิธีการรับมือกับผลกระทบทางนิเวศวิทยาที่รุนแรงจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ”
แม้ว่า eBERlight จะเปิดตัวอย่างเป็นทางการในเดือนตุลาคม แต่ APS จะยังคงหยุดดำเนินการเป็นเวลาหนึ่งปีเพื่อปรับปรุงสิ่งอำนวยความสะดวกอย่างครอบคลุม ในช่วงเวลานี้ ทีมงานจะทำการวิจัยและพัฒนาระบบเก็บตัวอย่างทางชีวภาพและสิ่งแวดล้อม พัฒนาฐานข้อมูล และดำเนินการประชาสัมพันธ์โครงการ
เมื่อ APS กลับมาใช้งานได้อีกครั้งในปี 2024 ความสามารถของมันจะขยายตัวอย่างมาก ทีมงาน eBERlight จะทำข้อตกลงระยะยาวกับ 13 ช่องทางของ APS ซึ่งเป็นตัวแทนของเทคโนโลยีที่หลากหลาย นักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานผ่าน eBERlight จะสามารถเข้าถึงทรัพยากรของ Argonne ได้ เช่น ศูนย์คอมพิวเตอร์ Argonne ซึ่งเป็นที่ตั้งของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของสำนักงานวิทยาศาสตร์ DOE และซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของห้องปฏิบัติการ และศูนย์การวิเคราะห์ลักษณะโปรตีนขั้นสูง ซึ่งเป็นสถานที่ที่โปรตีนถูกตกผลึกและเตรียมพร้อมสำหรับการวิเคราะห์
เมื่อโครงการพัฒนาไปเรื่อย ๆ ก็จะใช้ประโยชน์จากความเชื่อมโยงกับหน่วยงานผู้ใช้งานอื่น ๆ ของสำนักงานวิทยาศาสตร์กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ เช่น ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์โมเลกุลสิ่งแวดล้อมของห้องปฏิบัติการแห่งชาติแปซิฟิกตะวันตกเฉียงเหนือ และสถาบันจีโนมร่วมที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์
“การเลี้ยงดูเด็กคนหนึ่งต้องอาศัยคนทั้งหมู่บ้าน แต่การแก้ปัญหาทางวิทยาศาสตร์นั้นต้องอาศัยคนมากกว่านั้นเสียอีก” ซู ฟินฟร็อก นักฟิสิกส์จากอาร์กอนน์ สมาชิกทีม eBERlight กล่าว â�<“我喜欢eBERlight 的多上性，因为它致力于建立一个综合平台，促进跨生物、地球和环境系统的科学探索。 â�<“我喜欢eBERlight 的多上性，因为它致力于建立一个综合平台，促进跨生物、地球和环境系统的科学探索。“ผมชื่นชอบลักษณะที่หลากหลายของ eBERlight เพราะโครงการนี้มุ่งมั่นที่จะสร้างแพลตฟอร์มแบบบูรณาการที่ส่งเสริมการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับระบบชีวภาพ ระบบบนบก และระบบนิเวศ”ฟังดูเหมือนง่าย แต่ขนาดและผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นนั้นมหาศาล”
เคน เคมเนอร์ นักฟิสิกส์อาวุโสและหัวหน้ากลุ่มวิจัยที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอน กล่าวว่า แนวคิดสำหรับโครงการ eBERlight นั้นใช้เวลาเตรียมการมาหลายปี เคมเนอร์ทำงานที่ APS เป็นเวลา 27 ปี โดยส่วนใหญ่ใช้เวลาเชื่อมโยงนักวิจัยด้านสิ่งแวดล้อมเข้ากับทรัพยากรของสถาบัน และตอนนี้ eBERlight จะสานต่องานนี้ในวงกว้างขึ้น เขากล่าว เขาตั้งตารอที่จะได้เห็นความก้าวหน้าใหม่ๆ ที่จะเกิดขึ้นจากการวิจัยเกี่ยวกับก๊าซเรือนกระจก ระบบนิเวศพื้นที่ชุ่มน้ำ และปฏิสัมพันธ์ของพืชและจุลินทรีย์กับดินและตะกอน
เคมเนอร์กล่าวว่ากุญแจสำคัญสู่ความสำเร็จของ eBERlight คือการฝึกอบรมนักวิทยาศาสตร์ด้านซินโครตรอน รวมถึงนักวิทยาศาสตร์ด้านชีววิทยาและสิ่งแวดล้อม
เขากล่าวว่า “คุณต้องฝึกอบรมรังสีแพทย์ให้เข้าใจปัญหาด้านวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมได้ดีขึ้น และปรับใช้เทคโนโลยีเพื่อแก้ไขปัญหาการวิจัยด้านสิ่งแวดล้อมได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น” â�<“您还必须教育环境科学家了解光源设施对于解决这些问题有多么出色。 â�<“您还必须教育环境科学家了解光源设施对于解决这些问题有多么出色。“นอกจากนี้ คุณยังต้องให้ความรู้แก่นักวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมเกี่ยวกับประโยชน์ของแหล่งกำเนิดแสงในการแก้ปัญหาเหล่านี้ด้วย”ทำเช่นนี้เพื่อลดอุปสรรคในการดึงดูดพวกเขา”
ลอเรนต์ ชาปง รองผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์โฟตอนและผู้อำนวยการ APS กล่าวว่า แผนใหม่นี้หมายถึงการทำให้ APS และศักยภาพของ APS สามารถเข้าถึงได้อย่างเท่าเทียมกันมากขึ้น
“แผนนี้ส่งสารสำคัญว่า APS เป็นทรัพยากรที่สำคัญยิ่งสำหรับประเทศชาติ มีความสามารถในการพัฒนาโครงการที่จะช่วยแก้ไขปัญหาเร่งด่วน ในกรณีนี้คือปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมและชีวภาพ” ชาปอนกล่าว â�<“eBERlight将为寻求解决具有现实世界影响的自然科学的科学家提供端到端解决方案。” â�<“eBERlight将为寻求解决具有现实世界影响的自然科学的科学家提供端到端解决方案。”“eBERlight จะมอบโซลูชันที่ครอบคลุมสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่ต้องการแก้ไขปัญหาด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพที่มีความสำคัญในทางปฏิบัติ”
“ฉันหวังว่าไม่ว่านักวิทยาศาสตร์จะต้องเผชิญกับความท้าทายที่ยิ่งใหญ่เพียงใด APS ก็จะสามารถช่วยเหลือพวกเขาได้” เธอกล่าว â�<“这些挑战影响着我们每个人。” â�<“这些挑战影响着我们每个人。”“ปัญหาเหล่านี้ส่งผลกระทบต่อพวกเราทุกคน”
ศูนย์ประมวลผลขั้นสูงอาร์กอน (Argonne Leadership Computing Facility หรือ ALCF) ให้บริการด้านซูเปอร์คอมพิวเตอร์แก่ชุมชนวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม เพื่อส่งเสริมการค้นพบและความเข้าใจพื้นฐานในหลากหลายสาขาวิชา โดยได้รับการสนับสนุนจากโครงการวิจัยการคำนวณทางวิทยาศาสตร์ขั้นสูง (Advanced Scientific Computing Research หรือ ASCR) ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ (DOE) และเป็นหนึ่งในสองศูนย์ประมวลผลชั้นนำของ DOE ที่อุทิศให้กับวิทยาศาสตร์แบบเปิด
แหล่งกำเนิดโฟตอนขั้นสูง (APS) ของสำนักงานวิทยาศาสตร์ กระทรวงพลังงาน กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอน เป็นหนึ่งในแหล่งกำเนิดรังสีเอ็กซ์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในโลก APS ให้รังสีเอ็กซ์ความสว่างสูงแก่นักวิจัยหลากหลายกลุ่มในสาขาวิทยาศาสตร์วัสดุ เคมี ฟิสิกส์สสารควบแน่น วิทยาศาสตร์ชีวภาพและสิ่งแวดล้อม และงานวิจัยประยุกต์ รังสีเอ็กซ์เหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาวัสดุและโครงสร้างทางชีวภาพ การกระจายตัวของธาตุ สถานะทางเคมี แม่เหล็ก และอิเล็กทรอนิกส์ ตลอดจนระบบวิศวกรรมที่สำคัญทางเทคโนโลยีมากมาย ตั้งแต่แบตเตอรี่ไปจนถึงหัวฉีด ซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญต่อการพัฒนาเศรษฐกิจ เทคโนโลยี และคุณภาพชีวิตของประเทศ ในแต่ละปี นักวิจัยกว่า 5,000 คนใช้ APS เพื่อผลิตผลงานตีพิมพ์มากกว่า 2,000 ชิ้น ซึ่งให้รายละเอียดเกี่ยวกับการค้นพบที่สำคัญและไขปริศนาโครงสร้างโปรตีนทางชีวภาพที่สำคัญมากกว่าผู้ใช้สิ่งอำนวยความสะดวกด้านการวิจัยรังสีเอ็กซ์รายอื่น ๆ เทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมของนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรของ APS เป็นพื้นฐานในการพัฒนาเครื่องเร่งอนุภาคและแหล่งกำเนิดแสง สิ่งเหล่านี้รวมถึงอุปกรณ์ป้อนข้อมูลที่สร้างรังสีเอกซ์ที่มีความสว่างสูงมากซึ่งเป็นที่ต้องการของนักวิจัย เลนส์ที่โฟกัสรังสีเอกซ์ให้มีความละเอียดสูงถึงระดับนาโนเมตร เครื่องมือที่เพิ่มประสิทธิภาพการปฏิสัมพันธ์ของรังสีเอกซ์กับตัวอย่างที่กำลังศึกษา และอุปกรณ์ที่รวบรวมและประกอบซอฟต์แวร์รังสีเอกซ์ รวมถึงการจัดการข้อมูลปริมาณมากจากการศึกษา APS
งานวิจัยนี้ใช้ทรัพยากรจาก Advanced Photon Source ซึ่งเป็นศูนย์บริการผู้ใช้ของสำนักงานวิทยาศาสตร์กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ที่บริหารจัดการโดยห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอน สังกัดสำนักงานวิทยาศาสตร์กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ภายใต้สัญญาเลขที่ DE-AC02-06CH11357
ห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอน (Argonne National Laboratory) มุ่งมั่นที่จะแก้ไขปัญหาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่สำคัญระดับชาติ ห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอน ซึ่งเป็นห้องปฏิบัติการแห่งชาติแห่งแรกในสหรัฐอเมริกา ดำเนินการวิจัยทางวิทยาศาสตร์พื้นฐานและประยุกต์ที่ล้ำสมัยในเกือบทุกสาขาวิทยาศาสตร์ นักวิจัยของห้องปฏิบัติการแห่งชาติอาร์กอนทำงานอย่างใกล้ชิดกับนักวิจัยจากบริษัท มหาวิทยาลัย และหน่วยงานของรัฐบาลกลาง รัฐ และเทศบาลหลายร้อยแห่ง เพื่อช่วยพวกเขาแก้ไขปัญหาเฉพาะด้าน พัฒนาความเป็นผู้นำทางวิทยาศาสตร์ของสหรัฐฯ และสร้างอนาคตที่ดีกว่าสำหรับประเทศชาติ อาร์กอนมีพนักงานจากกว่า 60 สัญชาติ และบริหารงานโดย Argonne LLC ในชิคาโก ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสำนักงานวิทยาศาสตร์ กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา
สำนักงานวิทยาศาสตร์ สังกัดกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา เป็นผู้ให้ทุนสนับสนุนงานวิจัยด้านวิทยาศาสตร์กายภาพที่ใหญ่ที่สุดในสหรัฐอเมริกา และกำลังทำงานเพื่อแก้ไขปัญหาที่เร่งด่วนที่สุดในยุคปัจจุบัน สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดเยี่ยมชม https://energy.gov/science