《瑞士同步辐射光源将在2021-2024年内进行升级》

  • 来源专题:重大科技基础设施领域知识集成服务平台
  • 编译者: 魏韧
  • 发布时间:2021-03-19
  • 未来几年瑞士保罗谢尔研究所(PSI)计划对瑞士同步辐射光源(SLS)进行升级,2021-2024年促进教育、研究和创新(ERI)调度计划框架确保了该升级项目的资金。
    瑞士议会商定了2021-2024年ERI调度计划,它包含了瑞士联邦理工学院及研究所联合体(ETH Domain)在未来几年的预算,其中涵盖了计划升级SLS所需的9900万瑞士法郎预算。至此,SLS 2.0升级项目获得批准实行。
    从新冠肺炎疫情伊始,PSI就致力于推进新冠病毒研究,而SLS在这项工作中发挥着重要作用,例如通过阐明病毒的蛋白质结构以及检查肺组织来更好地了解冠状病毒及其影响。
    SLS 2.0项目负责人Hans Braun表示,将来会出现许多科学问题,但却无法使用目前的SLS来解决。升级后的SLS将提供更强大的X射线束,使其能够在未来几十年内对最紧迫和新兴的主题进行研究。不仅可以获得大量数据,还能够开展此前因持续时间过长而无法进行的大量实验。

  • 原文来源:https://www.psi.ch/en/media/our-research/psi-equips-the-swiss-light-source-sls-for-the-future
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    • 2001年以来,瑞士光源SLS中心一直提供可靠优质的服务,支撑来自保罗舍尔研究所(PSI)和世界各地的研究人员进行前沿研究。他们研究新材料的电子特性,确定与医学相关的蛋白质结构、人类骨骼的纳米结构等。 在国际上,SLS制定了近20年的标准,未来几年SLS预计将升级为SLS 2.0,装置仍位于类似“不明飞行物”的建筑内,但内部关键区域将发生变化。 在瑞士,PSI的大型研究设施是独一无二的,它也是全球24个同步辐射光源之一。接近光速的电子通过储存环的电子管产生X射线。由于电子会径直向前飞行,必须将特殊的磁铁以固定的间隔排列,使电子偏离其原本笔直的路径,保证它们保持在储存环的大致圆形路径。磁铁产生的每一条曲线都会导致电子发光,即所谓的同步辐射光。 当前SLS的同步辐射光是储存环上17个点产生的,为高能辐射的X射线,强度大。如果是可见范围内的辐射,会感觉它很明亮。它每秒含有许多相同能量的光粒子,光束紧密封装且高度准直,SLS的X射线已成为前沿研究的出色工具。 未来药物研究 SLS 2.0的升级使X射线更加“明亮”、集中,对于膜蛋白的研究是非常重要。膜蛋白位于细胞膜中,负责传递化学物质或信号,对靶向药物的研究非常有意义。 尽管目前SLS能够很好地解释许多其他的蛋白质结构,但难以为约为千分之一毫米甚至更小的蛋白质晶体研究提供更多的膜蛋白信息,因而需要更窄、平行的强光束。自2001年SLS投入使用以来,技术和工程取得了长足进展,希望此次升级能够将这些进入付诸实践。 升级 更好的同步加速器需要具备的条件:更小更多的磁体,以便更好地在圆形路径上引导电子。直径较窄的管子,缩小磁体和电子的距离。一种新的真空技术,保证窄管具有足够好的真空度。 管子内部涂上一层吸收气体原子的材料——非蒸发吸气剂涂层,为更窄的存储环管开辟道路,进而在管子周围的磁体布局更小更窄,但还需要新的磁体材料和计算机控制技术制造微米级的磁铁。 曲线更平滑 SLS 2.0用更多更小的磁铁布置电子储存环,磁铁排列更紧密,分布更均匀,曲线变得更平滑,这种结构称为衍射极限存储环,有利于提高电子束质量,这也决定了同步辐射的质量,同步辐射束的直径更小、更准直。 通过计算,SLS 2.0的X射线束参数将比现有参数提高30~35倍左右,同步辐射实验数据质量会提高很多。
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    • 编译者:魏韧
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    • 欧洲同步辐射设施(ESRF)的Titan Krios低温电子显微镜(cryo-EM)于2017年正式启用,由欧洲分子生物学实验室(EMBL)、结构生物学研究所研究所(IBS)以及Lauit-Langevin研究所(ILL)联合运营。2018年10月,基于Cryo-EM采集到的数据,研究团队在《自然》杂志发表5-羟色胺受体构象转变研究成果,描述了5-羟色胺受体的激活周期,有助于开发控制由化疗、放疗引起恶心的药物。 ESRF负责设施运营的科学家称:“这是基于Titan Krios发表的第一篇文章,展现了Cryo-EM引领结构生物学发展的演变”。研究人员现在可以借助cryo-EM冻结生物分子(包括医学上具有重要意义的膜蛋白)的不同构象,实现原子级成像,还可以拍摄快照,观察蛋白质与其他分子相互作用,开展蛋白质动力学研究,加深对生命化学过程的基本了解,获取有助于药物研发的重要数据。 发表在《自然》上的这项研究是由结构生物学研究所、法国原子能和替代能源委员会(CEA)、法国国家科研中心(CNRS)、生物科技公司Theranyx等机构的的科学家合作完成,重点研究5-HT3受体的激活周期。该受体属于血清素受体家族,影响各种生物和神经过程,例如焦虑、食欲、情绪、恶心、睡眠和体温调节等。与其他血清素受体(G蛋白偶联受体)不同,5-HT3是一种神经递质门控离子通道,在激活过程中会改变其构象,它存在于大脑以及肠道神经系统(即驱动消化道的周围神经系统)中。 5-HT3是药物的靶目标,制药公司已对它进行了广泛的研究,例如,将其应用在止吐药物中,用于控制患者接受化疗和/或放疗时产生的恶心和呕吐等副作用。“但直到最近我们才获得了它的原子级数据,这要归功于低温电子显微镜以及其他技术的发展”,论文的主要作者Hugues Nury解释道。 研究结果显示受体5-HT3有四种不同的构象。其中三个的图像是由瑞士的细胞成像和纳米分析中心获得的,ESRF的Cryo-EM提供了第四个构象,最终使我们能完全理解5-HT3的激活机制。这些受体图像有助于设计更有效的止吐药物,使正在接受癌症治疗的患者受益。研究人员称“这些结果有助于我们了解5-HT3的表现,为文献中描述的无数突变提供分析框架:可以观察受体的位置、如何运动、为何突变有时可以改变受体功能等”。