Trái đất là một hệ sinh thái phức tạp, và vị trí của chúng ta trong đó phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau. Từ sức khỏe của đất, chất lượng không khí đến hành vi của thực vật và vi sinh vật, việc hiểu biết về thế giới tự nhiên và các sinh vật khác sống trong đó là vô cùng quan trọng đối với sự sống còn của chính chúng ta. Khi khí hậu tiếp tục thay đổi, việc nghiên cứu môi trường và các dạng sống đa dạng của nó sẽ ngày càng trở nên quan trọng hơn.
Vào tháng 10 năm 2023, Trung tâm Nguồn Photon Tiên tiến (APS), một cơ sở nghiên cứu thuộc Văn phòng Khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), sẽ chính thức khởi động một chương trình mới nhằm mở rộng khả năng nghiên cứu và phân tích sinh học và môi trường tại các phòng thí nghiệm hàng đầu thế giới trong lĩnh vực tia X. Một công ty có tên eBERlight gần đây đã nhận được sự chấp thuận từ chương trình Nghiên cứu Sinh học và Môi trường (BER) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. Mục tiêu là kết nối các nhà nghiên cứu đang tiến hành thí nghiệm trong sứ mệnh BER với các nguồn tài nguyên khoa học tia X hàng đầu thế giới của APS. Bằng cách mở rộng khả năng tiếp cận các năng lực đa dạng của APS, các nhà nghiên cứu của eBERlight hy vọng sẽ khám phá ra các phương pháp khoa học mới và thu hút các nhóm nghiên cứu liên ngành mới để khám phá những góc nhìn mới về thế giới mà chúng ta đang sống.
“Đây là cơ hội để tạo ra một thứ gì đó mới mẻ, chưa từng tồn tại trong APS trước đây,” Caroline Michalska, nhà tinh thể học protein tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, người đang dẫn đầu công việc về eBERlight, cho biết. 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Tôi có thể làm điều đó.” “”“Chúng tôi đang mở rộng khả năng tiếp cận để tạo điều kiện cho nhiều nghiên cứu sinh học và môi trường hơn, và vì chương trình này còn rất mới, các nhà khoa học sẽ sử dụng cơ sở vật chất này đang giúp chúng tôi phát triển nó.”
Từ khi thành lập vào những năm 1990, APS đã dẫn đầu trong lĩnh vực “tinh thể học đại phân tử” trong nghiên cứu sinh học. Các nhà khoa học đang sử dụng công nghệ này để tìm hiểu thêm về các bệnh truyền nhiễm và virus, đặt nền tảng cho việc phát triển vắc-xin và phương pháp điều trị. Hiện nay, APS đang hướng đến việc mở rộng thành công của mình sang các lĩnh vực khác của khoa học sự sống và môi trường.
Một vấn đề với sự mở rộng này là nhiều nhà khoa học sinh học và môi trường không nhận thức được khả năng của APS trong việc giúp họ thúc đẩy nghiên cứu và không quen thuộc với quy trình tạo ra tia X cường độ cao của một vật thể. Tương tự, nhiều nhà khoa học không biết trạm thí nghiệm nào trong số nhiều trạm thí nghiệm của APS, được gọi là các đường chiếu tia, là lựa chọn tốt nhất cho thí nghiệm của họ, vì mỗi trạm được tối ưu hóa cho một lĩnh vực khoa học và công nghệ cụ thể.
Michalska cho biết đây là lúc eBERlight phát huy tác dụng. Bà mô tả nó như một hệ sinh thái ảo được thiết kế để kết nối các nhà khoa học với các công nghệ phù hợp trên con đường phù hợp của APS. Các nhà nghiên cứu sẽ trình bày các đề xuất cho nhân viên eBERlight, những người sẽ giúp điều chỉnh thiết kế thí nghiệm với kênh chính xác để tiến hành nghiên cứu được đề xuất. Bà cho biết sự đa dạng về khả năng của APS có nghĩa là eBERlight có thể tác động đến nhiều lĩnh vực sinh học và khoa học môi trường.
“Chúng tôi đang xem xét những nghiên cứu mà các nhà nghiên cứu của BER đang thực hiện và cách chúng tôi có thể bổ sung cho những nghiên cứu đó,” bà nói. 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。“Một số nhà nghiên cứu này chưa từng sử dụng máy gia tốc hạt như APS.”Họ tìm hiểu về các công cụ hiện có và những câu hỏi khoa học nào có thể được giải quyết tại APS mà không thể thực hiện được ở nơi khác.”
“Đây là cơ hội để xây dựng một điều gì đó mới mẻ, chưa từng tồn tại ở APS trước đây. Chúng tôi đang mở rộng phạm vi nghiên cứu sinh học và môi trường, và vì đây là nghiên cứu mới, các nhà khoa học sẽ sử dụng cơ sở vật chất này đang giúp chúng tôi phát triển dự án.” — Caroline Michalska, Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne
Về các lĩnh vực khoa học cụ thể mà eBERlight sẽ thúc đẩy, Michalska cho biết nó sẽ bao gồm mọi thứ từ nghiên cứu đất đến trồng cây, hình thành mây và nhiên liệu sinh học. Stefan Vogt, phó giám đốc Phân khu Khoa học Tia X của APS, đã bổ sung chu trình nước vào danh sách, lưu ý rằng thông tin này rất quan trọng để hiểu rõ hơn về điều kiện khí hậu đang thay đổi.
“Chúng tôi đang nghiên cứu các vấn đề liên quan đến khoa học khí hậu, và chúng tôi cần tiếp tục nghiên cứu chúng,” Vogt nói. 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。”“Chúng ta cần hiểu cách thức để đối phó với những hậu quả sinh thái nghiêm trọng của biến đổi khí hậu.”
Mặc dù dự án eBERlight chính thức đi vào hoạt động hồi tháng 10, APS sẽ tạm ngừng hoạt động trong một năm để tiến hành nâng cấp toàn diện cơ sở vật chất. Trong thời gian này, nhóm nghiên cứu sẽ tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển hệ thống lấy mẫu sinh học và môi trường, xây dựng cơ sở dữ liệu và thực hiện các hoạt động quảng bá cho chương trình.
Khi APS hoạt động trở lại vào năm 2024, khả năng của nó sẽ được mở rộng đáng kể. Nhóm eBERlight sẽ ký kết các thỏa thuận dài hạn với 13 kênh của APS, đại diện cho nhiều công nghệ khác nhau. Các nhà khoa học làm việc thông qua eBERlight cũng sẽ có quyền truy cập vào các nguồn lực của Argonne, chẳng hạn như Cơ sở Tính toán Argonne, nơi đặt các siêu máy tính của Văn phòng Khoa học DOE và các siêu máy tính phòng thí nghiệm, và Trung tâm Đặc tính Protein Nâng cao, nơi các protein được kết tinh và chuẩn bị để phân tích.
Khi chương trình phát triển, nó sẽ tận dụng các mối liên hệ với các cơ sở nghiên cứu khác thuộc Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, chẳng hạn như Phòng thí nghiệm Khoa học Phân tử Môi trường của Phòng thí nghiệm Quốc gia Tây Bắc Thái Bình Dương và Viện Hệ gen Liên hợp tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley.
“Cần cả một cộng đồng để nuôi dạy một đứa trẻ, nhưng cần một cộng đồng lớn hơn nữa để giải quyết một vấn đề khoa học,” nhà vật lý Zou Finfrock thuộc Argonne, thành viên của nhóm eBERlight, cho biết. â�<“我喜欢eBERlight的多面性,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的多面性,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。“Tôi yêu thích tính chất đa diện của eBERlight vì nó nỗ lực tạo ra một nền tảng tích hợp nhằm thúc đẩy nghiên cứu khoa học về các hệ thống sinh học, trên cạn và sinh thái.Nghe có vẻ đơn giản, nhưng quy mô và tác động tiềm tàng của nó là vô cùng lớn.
Theo Ken Kemner, nhà vật lý cấp cao và trưởng nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne, ý tưởng về eBERlight đã được ấp ủ nhiều năm. Kemner đã làm việc tại APS trong suốt 27 năm của phòng thí nghiệm, phần lớn thời gian ông dành để kết nối các nhà nghiên cứu môi trường với các nguồn lực của tổ chức. Giờ đây, eBERlight sẽ tiếp tục công việc này trên quy mô lớn hơn, ông nói. Ông mong chờ được chứng kiến những đột phá mới thông qua nghiên cứu về khí nhà kính, hệ sinh thái đất ngập nước và sự tương tác giữa thực vật và vi sinh vật với đất và trầm tích.
Theo Kemner, chìa khóa thành công của eBERlight nằm ở việc đào tạo các nhà khoa học về máy gia tốc hạt, cũng như các nhà khoa học sinh học và môi trường.
Ông nói: “Chúng ta phải đào tạo các bác sĩ X quang để họ hiểu rõ hơn các vấn đề khoa học môi trường và ứng dụng công nghệ để giải quyết tốt hơn các vấn đề nghiên cứu môi trường”. 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。“Bạn cũng cần giáo dục các nhà khoa học môi trường về việc các nguồn sáng có hiệu quả như thế nào trong việc giải quyết những vấn đề này.”Việc này được thực hiện nhằm giảm bớt các rào cản trong việc thu hút họ.”
Laurent Chapon, phó giám đốc Phòng thí nghiệm Khoa học Photon và giám đốc APS, cho biết kế hoạch mới này có nghĩa là dân chủ hóa việc tiếp cận APS và các khả năng của nó.
Ông Chapon cho biết: “Kế hoạch này gửi đi một thông điệp quan trọng rằng APS là một nguồn lực thiết yếu đối với quốc gia, có khả năng phát triển các chương trình giúp giải quyết các vấn đề cấp bách, trong trường hợp này là các vấn đề môi trường và sinh học”. 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 sẽ cung cấp một giải pháp toàn diện cho các nhà khoa học đang tìm cách giải quyết các vấn đề khoa học sự sống có tính ứng dụng thực tiễn.”
“Tôi hy vọng rằng dù các nhà khoa học phải đối mặt với những thách thức lớn đến đâu, APS đều có thể giúp đỡ họ,” bà nói. 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。”“Những vấn đề này ảnh hưởng đến tất cả chúng ta.”
Trung tâm tính toán hàng đầu Argonne (ALCF) cung cấp cho cộng đồng khoa học và kỹ thuật khả năng siêu máy tính để thúc đẩy những khám phá và hiểu biết cơ bản trên nhiều lĩnh vực. Được hỗ trợ bởi chương trình Nghiên cứu tính toán khoa học tiên tiến (ASCR) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), ALCF là một trong hai trung tâm tính toán hàng đầu của DOE dành riêng cho khoa học mở.
Trung tâm Nguồn Photon Tiên tiến (APS) thuộc Văn phòng Khoa học Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne là một trong những nguồn tia X hiệu quả nhất thế giới. APS cung cấp tia X có độ sáng cao cho nhiều nhà nghiên cứu thuộc các lĩnh vực khoa học vật liệu, hóa học, vật lý chất rắn, khoa học sự sống và môi trường, và nghiên cứu ứng dụng. Tia X này lý tưởng cho việc nghiên cứu vật liệu và cấu trúc sinh học; sự phân bố các nguyên tố; trạng thái hóa học, từ tính và điện tử; cũng như một loạt các hệ thống kỹ thuật quan trọng về mặt công nghệ, từ pin đến vòi phun, là nền tảng cho sự phát triển kinh tế, công nghệ và xã hội của quốc gia. Mỗi năm, hơn 5.000 nhà nghiên cứu sử dụng APS để tạo ra hơn 2.000 ấn phẩm, mô tả chi tiết những khám phá quan trọng và giải mã cấu trúc protein sinh học quan trọng hơn bất kỳ người sử dụng cơ sở nghiên cứu tia X nào khác. Các công nghệ tiên tiến của các nhà khoa học và kỹ sư APS là nền tảng cho sự phát triển của máy gia tốc và nguồn sáng. Các thiết bị này bao gồm thiết bị đầu vào tạo ra tia X cực sáng được các nhà nghiên cứu đánh giá cao, thấu kính hội tụ tia X xuống còn vài nanomet, các dụng cụ tối đa hóa sự tương tác của tia X với mẫu nghiên cứu và các thiết bị thu thập và tổng hợp dữ liệu tia X. Quản lý khối lượng lớn dữ liệu từ các nghiên cứu APS.
Nghiên cứu này đã sử dụng các nguồn lực từ Advanced Photon Source, một cơ sở nghiên cứu thuộc Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, được quản lý bởi Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne thuộc Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ theo Hợp đồng số DE-AC02-06CH11357.
Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne cam kết giải quyết các vấn đề khoa học và công nghệ cấp bách của quốc gia. Là phòng thí nghiệm quốc gia đầu tiên tại Hoa Kỳ, Argonne tiến hành nghiên cứu khoa học cơ bản và ứng dụng tiên tiến trong hầu hết mọi lĩnh vực khoa học. Các nhà nghiên cứu của Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne hợp tác chặt chẽ với các nhà nghiên cứu từ hàng trăm công ty, trường đại học và các cơ quan liên bang, tiểu bang và thành phố để giúp họ giải quyết các vấn đề cụ thể, thúc đẩy vị thế dẫn đầu khoa học của Hoa Kỳ và xây dựng một tương lai tốt đẹp hơn cho quốc gia. Argonne có nhân viên đến từ hơn 60 quốc tịch và được quản lý bởi Argonne LLC tại Chicago, một phần của Văn phòng Khoa học thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.
Văn phòng Khoa học thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ là đơn vị tài trợ lớn nhất cho nghiên cứu khoa học vật lý tại Hoa Kỳ và đang nỗ lực giải quyết một số thách thức cấp bách nhất của thời đại chúng ta. Để biết thêm thông tin, hãy truy cập https://energygy.gov/science.
Thời gian đăng bài: 06/11/2023