Laser-und Biologie-Experten am Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) arbeiten gemeinsam an der Entwicklung einer Plattform und Experimente zur Untersuchung der Struktur und der Komponenten von Viren, wie die Ursache COVID-19, und zu lernen, wie Viren interagieren mit Ihrer Umgebung. Die Experimente konnten neue Einblicke zur Verringerung der Infektiosität von Viren.
Die neue Plattform bauen auf Berkeley Lab ist der weltweit führende R&D Bemühungen in der laser-basierten plasma-Beschleunigung, in dem ein Laserpuls erzeugt eine exotische, megageilen Zustand der Materie bekannt als ein plasma, die wiederum schnell beschleunigt geladene Teilchen—Elektronen und Ionen. Berkeley Lab Wissenschaftler im letzten Jahr besiegt Ihren eigenen Weltrekord in der Beschleunigung von Elektronen auf hohe Energien in einem 20-Zentimeter-Spannweite.
In der neuen Setups, werden die beschleunigten Elektronen erzeugen Röntgenstrahlen, die handeln werden als mikroskopisch kleine Blitze, um Bilder von virus-beladenen Tröpfchen, die tropfte in den Pfad der X-Strahlen. Gleichzeitig synchronisiert in quadrillionths von einem zweiten, einem zweiten Laserstrahl schlagen die Tröpfchen zu erfassen, eine weitere Ebene von Daten über die virus-Partikel und Ihr make-up, und über andere Angelegenheit, die sich in den Tröpfchen.
„Die Idee ist, zu lernen, über das virus und was um ihn herum“, sagte Thomas Schenkel, stellvertretender Direktor des Accelerator-Technologie und Angewandte Physik Abteilung am Berkeley Lab, der Teil des Teams Planung der Experimente. „Wie verhält es sich im inneren eines Tropfens und was bindet ihn? Wie lange ist das virus lebensfähig in einem droplet?“
Das Ziel ist die Untersuchung des virus in bestimmten biofluids, wie Speichel, und wie reagiert es auf verbindungen gemischt in den Tröpfchen. Biosciences-Experten an Berkeley-Labor bereiten die Proben und die Teilnahme an der Daten-Analysen.
In dieser pilot-Studie werden die Forscher nutzen, Surrogat-Viren, die ähnliche Eigenschaften haben, um die SARS-CoV-2-virus verursacht, dass COVID-19, sind aber sicher für Labor-Arbeiter, mit zu arbeiten.
„Diese Tropfen sind nicht nur mini-Säcke von Wasser, sondern eine komplexe Mischung von Proteinen und Salz, das betrifft virale Stabilität“, sagte Antoine Snijders, ein leitender Wissenschaftler und Vorsitzender des department of BioEngineering and BioMedical Sciences in Berkeley-Labor, die Biologische Systeme und Engineering-Abteilung.
Die Tröpfchen sind gedacht zur Simulation der Umgebung der Körper die Atemwege.
„Was ist aufregend an dieser Studie ist, dass es führt zu einem besseren Verständnis der chemischen Eigenschaften der Tröpfcheninfektion und der virus in Ihnen enthaltenen,“ Snijders Hinzugefügt. „Sobald wir verstehen die chemischen Eigenschaften und der Mechanismus der viralen Inaktivierung innerhalb dieser Tröpfchen, die wir möglicherweise in der Lage zu reduzieren die Effizienz der Luft die übertragung von Krankheiten.“
Der Aufwand wird unterstützt von der Berkeley-Lab-Labor Richtet Forschung und Entwicklung (LDRD) Programm, durch die das Labor leitet Finanzierung auf die spezifischen Bereiche der Forschung. Berkeley Lab, wie das US Department of Energy ‚ s anderen nationalen Laboratorien, macht COVID-19-Forschung eine Priorität.
Die Experimente werden kombiniert zwei Techniken: X-ray imaging for structural information, and mass spectrometry, zu lernen, details über die Chemische Zusammensetzung der Proben bis hinunter auf die Ebene einzelner Proteine und Moleküle.
Die Sekundär-laser in den Experimenten wird den spektroskopischen Daten durch die Erhebung und brechen auseinander Materie in den Proben. Diese bits und Teile, wie die einzelnen protein-Komponenten des virus, kann dann chemisch gemessen und analysiert von einem Detektor.
Es ist denkbar, dass das setup verwendet werden könnten oder modelliert als Test-Plattform für coronavirus Krankheit. Schenkel hingewiesen, dass mit den vorhandenen Funktionen am Berkeley Lab Laser Accelerator (BELLA) Zentrum, es ist möglich, Bild und Messen etwa fünf Tropfen jeden zweiten. Eine vorgeschlagene BELLA Center, upgrade, genannt kBELLA, fahren konnte, die rate von bis zu 1.000 Tröpfchen pro Sekunde.
Eric Esarey, BELLA Center director, sagte ein Ultimatives Ziel bei der Entwicklung der laser-plasma-Beschleunigung-Techniken ist die Verringerung der Größe und Kosten von Teilchenbeschleunigern dienen könnten, in einer Reihe von Kapazitäten für die Medizin, Industrie und Forschung.
„Im Prinzip könnte dies auch mit einer kompakten, leistungsstarken und low-cost-Gerät, das gestellt werden könnte, die in vielen Labors und viele Krankenhäuser“, sagte er.
Neue Arten von X-ray-Quellen basierend auf laser-plasma-Beschleuniger sind in der aktiven Forschung in den BELLA Center, und Sie weiterhin verbessert werden. Diese Verbesserungen sind notwendig, um eine hochauflösende Abbildung von sehr kleinen Viren in Ihre Umgebung.
Während die BELLA-Center ist jetzt offline durch shelter-in-place Bestellungen, Schenkel sagte, dass die Planung hat begonnen für den neuen experimentellen Aufbau, mit dem Ziel, die ersten Experimente, die später in diesem Sommer. Eine Zusammenarbeit mit Biologen im BELLA Center ist im Gange, und es ist schon massenspektroskopie Geräte, die angepasst werden kann für die neuen Experimente.
Schenkel fügte hinzu, dass Forscher fortfahren können, mit der änderung der Berkeley Lab entwickelte computer-code, die Modelle der laser-und Elektronenstrahlen, um Sie zu optimieren, für die neue Forschung.
„Wir sind begeistert davon, unsere Werkzeuge, um unser Verständnis zu fördern von COVID und einen Beitrag zu den künftigen Pandemie-Prävention,“ Schenkel sagte.