Mikroskop Sinar-X Kuantum Sedang Berlangsung di Brookhaven Lab

Mikroskop Sinar-X Kuantum Sedang Berlangsung di Brookhaven Lab


Newswise – UPTON, NY — Para ilmuwan di Laboratorium Nasional Brookhaven National Department Departemen Energi AS (DOE) telah mulai membangun mikroskop sinar-X kuantum yang ditingkatkan di National Synchrotron Light Source II (NSLS-II). Mikroskop inovatif ini, didukung oleh program Riset Biologi dan Lingkungan di Kantor Sains DOE, akan memungkinkan para peneliti untuk menggambarkan biomolekul yang belum pernah ada sebelumnya.

NSLS-II adalah DOE Office of Science User Facility di mana para peneliti menggunakan sinar-X yang kuat untuk “melihat” susunan struktural, kimia, dan elektronik bahan hingga ke skala atom. Cahaya ultrabright fasilitas tersebut telah memungkinkan penemuan dalam biologi, membantu para peneliti mengungkap struktur protein untuk menginformasikan rancangan obat untuk berbagai penyakit — untuk menyebutkan hanya satu contoh.

Sekarang, dengan memanfaatkan sifat kuantum sinar-x, para peneliti di NSLS-II akan dapat mencitrakan biomolekul yang lebih sensitif tanpa mengorbankan resolusi. Meskipun daya penetrasi sinar-X yang tinggi memungkinkan resolusi yang unggul untuk studi pencitraan, cahaya yang kuat ini juga dapat merusak sampel biologis tertentu, seperti sel tumbuhan, virus, dan bakteri. Studi sinar-X dosis rendah dapat mempertahankan sampel ini, tetapi resolusi pencitraan berkurang.

“Jika kami berhasil membangun mikroskop sinar-X yang ditingkatkan kuantum, kami akan dapat mencitrakan biomolekul dengan resolusi sangat tinggi dan dosis sinar-X yang sangat rendah,” kata Sean McSweeney, manajer program biologi struktural di NSLS. -II.

Mikroskop sinar-X kuantum yang ditingkatkan di NSLS-II akan mencapai kombinasi kemampuan yang luar biasa ini melalui teknik eksperimental yang disebut pencitraan bayangan. Dibandingkan dengan teknik pencitraan sinar-X biasa, yang mengirimkan satu berkas foton (partikel cahaya) melalui sampel dan ke detektor, pencitraan bayangan mengharuskan berkas sinar-X dipecah menjadi dua aliran foton yang terjerat — hanya satu di antaranya melewati sampel, tetapi keduanya mengumpulkan informasi.

“Satu aliran melewati sampel dan dikumpulkan oleh detektor yang merekam foton dengan resolusi waktu yang baik, sedangkan aliran foton lainnya mengkodekan arah yang tepat di mana foton merambat,” kata Andrei Fluerasu, ilmuwan garis berkas utama di NSLS-II. Garis berkas hamburan sinar-X keras koheren (CHX), tempat mikroskop akan dikembangkan. “Kedengarannya seperti sihir. Tapi dengan perhitungan matematis, kami akan dapat menghubungkan informasi dari dua berkas. “

Dengan memisahkan berkas, sampel yang diteliti hanya dipaparkan pada sebagian kecil dari dosis sinar-X. Dan karena foton yang tidak melewati sampel berkorelasi dengan foton yang melewati sampel, resolusi berkas sinar-X dosis penuh dipertahankan.

Teknik pencitraan hantu telah berhasil dikembangkan dengan menggunakan foton cahaya tampak, tetapi menerjemahkan teknik ini ke cahaya sinar-X akan menjadi pencapaian ilmiah yang besar.

Mikroskop sinar-X kuantum yang disempurnakan di Brookhaven Lab sedang dikembangkan di jalur berkas CHX NSLS-II, yang dipilih karena kemampuannya untuk memanipulasi koherensi sumber sinar-X, memungkinkan para ilmuwan menyetel percobaan pencitraan hantu sesuai kebutuhan. Setup CHX yang ada juga cukup fleksibel untuk mengakomodasi penambahan peralatan baru dan canggih, seperti beam splitter dan detektor baru. NSLS-II akan bekerja sama dengan fisikawan di Brookhaven Lab dan Stony Brook University pada integrasi instrumen kompleks ini.

“Pengukuran ini akan membutuhkan detektor pencitraan dengan resolusi waktu terbaik,” kata fisikawan Brookhaven Andrei Nomerotski, “dan ini adalah sesuatu yang telah kami gunakan untuk eksperimen fisika energi tinggi, proyek ilmu informasi kuantum seperti astrometri kuantum, dan pencitraan optik cepat.”

Tim proyek mikroskop sinar-X yang ditingkatkan kuantum juga akan berkolaborasi dengan Inisiatif Sains Komputasi (CSI) Brookhaven pada analisis data. Departemen biologi Lab bermitra dengan NSLS-II untuk merancang eksperimen yang memanfaatkan kemampuan canggih mikroskop ini.

“Rekan Biologi kami di Brookhaven sangat bersemangat untuk membawa kami masalah kompleks untuk dipecahkan menggunakan instrumen baru ini,” kata McSweeney. “Dengan keterlibatan dari Fisika, Biologi, dan CSI, kami telah membentuk tim yang luar biasa untuk proyek terobosan ini.”

“Hubungan kerja yang kuat antara Biologi dan ilmuwan NSLS-II menyatukan masalah ilmiah dunia nyata dan kemampuan tingkat lanjut, memberikan solusi mutakhir untuk masalah yang terkait dengan misi DOE,” kata John Shanklin, Ketua departemen biologi Lab. “Ini adalah situasi win-win.”

Tim berencana untuk secara bertahap mengintegrasikan fungsionalitas baru ke dalam beamline CHX selama dua hingga tiga tahun ke depan. Proyek ini akan selesai setelah mendemonstrasikan pencitraan bayangan objek berukuran mikron dengan resolusi di bawah 10 nanometer, yang ditargetkan pada tahun 2023.

Laboratorium Nasional Brookhaven didukung oleh Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS. Office of Science adalah pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat dan bekerja untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi https://energy.gov/science.

Ikuti @BrookhavenLab di Indonesia atau temukan kami di Facebook.


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author