动态防定仪

近日，大连化物所分子探针与荧光成像研究组（1818组）徐兆超研究员团队利用“缓冲”策略，发展了细胞内脂滴动态识别荧光探针LD-FG，该探针具有优异的光稳定性，可在空间超分辨成像的基础上实现高时间分辨率和长时间稳定成像，从而发现了多种新的脂滴动态过程。　　脂滴是维持脂质和能量稳态的关键细胞器，由中性脂组成的内核及包裹其外的单层磷脂组成。脂滴表面分布着多种蛋白，以调控脂类的储存、代谢及脂滴运动。越来越多的研究揭示，脂滴具有更多的生理功能，例如抗菌免疫能力、促进药物积累和激活能力、内核膜代谢能力、与其他细胞器相互作用以交换营养分子、作为癌症和衰老大脑神经认知功能障碍的标志物等。尽管对脂滴功能的机制缺乏研究，但已证实这些功能与脂滴生命周期的动态密切相关。揭示脂滴的动态有助于研究脂滴的功能机制和发现新的功能。然而，脂滴的数量、位置、大小和组成在细胞之间甚至在同一细胞内可能会有很大差异，脂滴的生命周期、时间和位置上也通常不可预测且难以观察。此外，这些事件在脂滴生命周期中的发生率仍然未知。这种细胞异质性和不可预测性要求用于探测脂滴动态的成像技术不仅具有对脂滴的识别能力，更需要具有较好的空间和时间分辨率，以及长时间的的稳定成像能力。　　超分辨荧光成像可突破衍射极限实现最高可达单分子的空间分辨，但荧光团易光漂白而迅速淬灭的问题使得超分辨荧光成像一直面临着时间分辨率低和成像时间长的挑战。因此提高荧光团的光稳定性是超分辨荧光成像面临的前沿问题。　　本工作中，徐兆超团队提出了“缓冲荧光探针”（buffering fluorogenic probe，BFP）的策略来解决脂滴动态成像中光稳定性的问题。“缓冲”策略（buffer strategy）是指在成像过程中，脂滴内部光漂白的荧光探针被外部周围新的和完整的荧光探针有效取代，即荧光探针交换速率大于漂白速率时，即可确保脂滴成像的光稳定性。该策略要求探针在脂滴外部时处于荧光淬灭的状态，并且在脂滴外具有较高的浓度以保证足够的缓冲能力。LD-FG有适中的脂溶性保证了既有足够的分子对脂滴进行荧光染色，同时又有足够比例的分子在脂滴外作为缓冲池。缓冲池不仅可以快速补充脂滴中的光漂白探针，保证了长时间荧光成像的光稳定性，还可以及时染色细胞中的新生脂滴，并接收脂滴减小或消亡中释放到外部的探针。　　基于LD-FG优异的光稳定性，团队借助结构光照明显微镜对脂滴的多种动态过程进行了高时空分辨率的成像，首次发现了两种新的脂滴融合模式，包括多个脂滴的同时融合和线粒体介导的融合；揭示了细胞不同区域和不同细胞之间的异质性；提出脂肪细胞分化过程中脂滴成熟的新模型，即首先进行快速脂滴融合，接着是缓慢成熟步骤；首次在细胞中观察到融合过程中的哑铃形中间形态，证明聚结（coalescence）并不像以前知道的那样罕见，而是在细胞中无处不在的。　　作为最小的生命单元，细胞是含有细胞器、分子复合物和功能单分子的多体系、跨尺度的复杂系统，不同尺度单元又根据其位置、结构、运动、浓度以及与其他功能单元的动态相互作用，精确、有序和协调地执行复杂多样的细胞功能，这使得细胞具有个体与系统性相统一、异质性、高度动态、不确定性等多种特征。团队期望“缓冲荧光探针（BFP）”的策略可以在未来用于开发针对更多不同细胞内生物靶点的光稳定探针，最终实现细胞内生物分子全景超时空分辨动态成像。　　相关成果以“Stable Super-resolution Imaging of Lipid Droplet Dynamics through a Buffer Strategy with a Hydrogen-bond Sensitive Fluorogenic Probe”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。该工作的第一作者是大连化物所1818组博士研究生陈婕和博士后王超。该工作得到国家自然科学基金、大连化物所创新基金等项目的资助。

以下为材料科学界的知名网站AZoNetwork对TESCAN Micro-CT 产品市场总监Arno Merkle博士的专访内容。◆ Micro-CT是材料成像领域中最令人兴奋的表征手段之一，您能介绍一下它的工作原理和原因吗？Micro-CT利用X射线照射在进行360°匀速旋转的样品，获取二维的投影图像。通过对这些二维图像进行大量的计算和重构，生成样品的数字三维结构。Micro-CT和医用CT的基本原理是相同的，但是Micro-CT能够提供更高的分辨率。Micro-CT技术之所以在材料研究中如此重要，部分原因是其分析方式对样品是无损的——无需对样品进行加工或切割，人们就能够三维可视化的分析样品的内部结构；还有一部分原因是，除了对“静态”的样品内部结构进行了解之外，该技术可以对样品实现“动态”成像——也就是随时间变化（可以称之为“4D”）成像，研究人员可以了解随时间的变化样品内部的变化过程。◆ TESCAN Micro-CT专业从事动态或4D Micro-CT。什么是动态CT，与传统的Micro-CT相比有什么优势？在时间分辨领域，Micro-CT成像技术一直在发展，经历了静态、延时成像、“4D”成像等。这些技术试图对样品在一段时间内的变化进行成像，无论是间断的还是连续的过程，时间范围可以是数秒、数分钟、数小时甚至数天或数周。“动态”CT是时间分辨X射线成像最高级别的应用，要求能够追踪样品的变化，并需要不断对其进行成像。我们可以将“延时成像”看作是定格动画，图像有间断，是不连续的，而“动态成像”是平滑的运动图像。动态CT的优势在于能够进行真实的、不间断的原位实验。到目前为止，大多数基于实验室系统的4D研究仅使用间断的“延时”方法进行，而速度更快、不间断的动态CT一般需要用到同步加速器才能实现。TESCAN致力于为实验室提供动态CT分析能力，我们开发了新的硬件和软件，可以更轻松地促进此类与时间相关的研究，从而扩大了可以在实验室中进行的动态实验的范围。 我们最近发表了一篇论文《Innovations in laboratory‐based dynamic micro‐CT to accelerate in situ research》，DEWANCKELE，J.（2020年），Journal of Microscopy，277:197209.doi:10.1111/jmi.12879），重点介绍了动态CT的方法，感兴趣的读者可以查看。◆ 新系统的哪些功能保证了可以进行这些动态或延时研究？为了优化“动态”CT的工作流程，需要大量的开发工作，包括硬件、软件，还有应用程序工作流程，并需要将它们融为一体。在硬件方面，优先考虑提升数据通量，为此就需要开发高功率X射线源和高效的检测器。此外，必须实现连续的、不停顿的360°连续扫描功能——我们开发了两种方案，一种是集成电源、数据接口的专用旋转样品台；另一种是独特的DynaTOM，我们开发了类似于龙门架结构的成像系统，实现样品固定不动，X-射线源和检测器围绕样品旋转。这种结构可以让研究人员不必再担心电缆、流体管线或传感器的在实验过程中出现缠结或实验系统的复杂性过高，专心原位实验设计，而通常这些问题是传统原位实验的主要障碍。硬件部分仅仅是实现“动态”CT的一部分，我们还在软件和应用程序工作流程方面的开发进行了多种尝试，主要集中在对扫描系统的优化以实现能够连续采集、重建，并让用户可以更便捷、更直观地完成可视化处理。而且，为了能够应对最复杂的实验，在各方面我们都保留了高度的灵活性。我们在动态影像应用开发领域拥有多年丰富的应用经验，可以为我们的客户提供世界一流的培训和咨询团队。◆ 针对系统的动态性能进行优化，这是否意味着不得不牺牲空间分辨率？在速度、信噪比和分辨率方面始终存在取舍——每个测量或成像系统都是如此。在专注于优化动态CT的能力的同时，我们在这些需求之间取得了很好的平衡。市场上有一些CT具有更高的空间分辨率，但是它们是用于满足不同的需求的，无法实现动态CT所需的高速、高保真度的采集。我们认为所有这些CT之间彼此是高度互补的，就像SEM、FIB-SEM和TEM在电子显微镜领域中相互补充一样。◆ 在材料科学中动态CT有许多很好的潜在应用，您能举一些例子吗？原位实验的类型确实是无穷无尽的，在过去的几年中，我们在材料科学的许多应用中都看到了动态CT的应用需求。例如，结构材料（例如金属、3D打印的零件或复合材料）的机械性能研究领域就是一个明显的例子，我们需要通过成像和分析研究载荷下的故障与裂纹、空隙，以及其它缺陷的相关性。在这里，我们需要样品在压缩、弯曲或拉伸状态下成像，并尝试将变形事件与力-位移测量值相关联。在破坏或变形的时候，我们会使用Micro-CT或其它技术（例如SEM或等离子体FIB-SEM）对感兴趣位置进行深入研究，这样能够更精细地观测微观结构细节的变化。其它应用领域：包括研究多孔和轻质结构的变形，例如泡沫金属或聚合物；食品科学中例如面包在烘烤中的空隙变化或啤酒泡沫的塌陷；包括消费品在内的各种材料中的水合、过滤或吸收过程；电池的腐蚀和充电循环代表了另外两个非常普遍的应用，尽管时间跨度会稍长。最近，我们致力于研究液体中的颗粒悬浮液并探索相关的流动行为。最重要的是，我们的动态CT有能力适应各种感兴趣的时间范围，从最快的时间分辨率小于10秒的快速反应过程，一直到间断的、延时的缓慢移动的过程——其实验时间可能需要持续几周或几个月。◆ 地球科学是从该技术中受益的其中一门学科，您能提供一些他们感兴趣的应用示例吗？无论是在环境地质，工程地质，自然资源，石油工程还是地球动力学等子领域，我们都遇到了许多利用动态CT的有趣应用案例。例如，岩石在压缩载荷下的断裂动力学，多孔岩石中的两相和三相流，沉积物中的压实以及矿化/溶解过程，最令人兴奋的是能够可视化和分析不稳定多相流中的变化。在不使用动态CT的情况下，研究人员只能对处于平衡状态的液体进行成像。换句话说，当不同的液体最初相互交互时，他们实际上只能看到交互的后果，而不会看这种交互的过程中到底发生了什么。◆ 在被TESCAN收购之前，XRE NV已经积累了多年的显微CT成像专业知识，构建了定制化的系统。您能否与我们介绍一些独特的设计，并分享这些设计的实际应用价值？我们开发的最受认可的系统是DynaTOM，核心是独特的基于龙门架结构的旋转系统。它是一个完全创新的设计，能够完全避免样品的旋转，并且优化了采集时间（低至◆ 从操作和分析的角度来看，用户界面和软件需要将海量数据集整合在一起，这至关重要。您的软件有哪些功能？它的灵活性如何？我们的软件平台可完全控制我们的显微CT系统进行3D和4D数据集的采集，实现重建和基本可视化。我们认为良好的用户体验是能够在同一个公共环境中体验3D和4D工作流程，并且能够将采集、重建和可视化工作有效地连接起来。例如，我们能够进行快速调查采集、快速重建和可视化，然后（通过视觉）寻找、识别感兴趣的子体积——以便以更高的分辨率或更多的细节进行后续扫描。一旦标记了这些区域，软件便可以将坐标发送回我们的采集界面，并以高度集成的方式在所需区域进行无缝采集。我们称此方法为“感兴趣扫描体积”，即“VOIS”（Volume Of Interest Scanning），并且我们已经以最直观的方式构建了此方法，这是其它商业解决方案无法比拟的。我们还提供了一些工具，可轻松设置复杂的动态采集，处理动态CT数据集并以直观的方式可视化。◆ 目前同步加速器是唯一能进行您定义的动态CT实验的解决方案。鉴于使用这些设施可能很困难，您是否将您的系统视为它的有效筛选工具？同步加速器提供了惊人的功能，并在许多领域远远超出了实验室系统可以完成的范畴。但是，由于使用这些设施受到限制，研究人员通常一年只能访问1到2次。我们坚信，研究人员通过在实验室中使用动态CT进行类似实验，可以优化实验工作流程，更好的发挥同步加速器的宝贵机时。我们预计在未来，实验室系统和同步加速器之间的这种共生关系会进一步增长。◆ 您还进行了很多的“科普性”研究，这些研究有效地展示了动态CT的适用性。您能和我们聊聊这些吗？一些“科普性”研究由于其学科的相关性而受到了一些关注。事实上，在这些领域的背后都有强大的科学基础和群体。 例如，在植物科学中，我们研究了水芹种子的早期萌发过程，如下面的视频链接所示。土壤中自由基的出现，以及叶子的发芽，只是触及了我们希望在植物科学中探索的表面:在炎热的夏天，几乎每个人都喜欢吃一份美味的卷筒冰淇淋。本着这种精神，我们在DynaTOM里放入了一个正在融化的卷筒冰淇淋进行研究，在那里可以很容易地看到其变化过程。这只是我们在食品科学中探索的众多例子中的一个，在这些例子中，质地和结构的变化对产品质量和消费者的口味体验有直接的影响。下面的视频显示了溶于水的维生素药丸，很多人都能想到，这是制药行业可以用动态CT进行给药相关研究领域的典型。研究药物与液体环境的相互作用是控制药效和优化药效的关键步骤。视频：Pharmaceutical Multi-vitamin pill dissolution◆ 在哪里可以找到有关这些独特的动态CT系统的更多信息？请访问我们的官方网站或访问TESCAN的YouTube频道，您可以在其中找到最新的动态CT并了解有关我们的显微CT产品的更多信息，您也可以联系所在地区的TESCAN人员咨询。图：安装于沙特阿卜杜拉国王科技大学ANPERC研究中心的TESCAN Micro CT

欧盟RoHS指令自2006年7月1日正式实施以来，全世界范围内掀起了一场电子电气产品绿色环保的热潮。2009年RoHS指令修订草案和豁免条款相继出台，欧盟的目的旨在收紧现行法规、提高生产商责任以及加强欧盟27国的市场监管。面对欧盟RoHS指令的最新变化，进出口机电企业应积极关注其实施动态，通过合理利用规则(如豁免指令)为自己争取更广阔的发展空间。 　　RoHS指令最新修订动态 　　2009年6月11日，RoHS指令最新修订的豁免指令闪亮登场。欧盟《官方公报》刊登第2009/443/EC号欧委会决议：为配合技术进展，修订第2002/95/EC号指令即《限制有害物质指令》中关于铅、镉及汞豁免情况的附件。本次豁免物质共包含38个项目，其中新增六项分别为：电力变压器中直径100微米及以下细铜线所用焊料中的铅、金属陶瓷质的微调电位计中的铅、2009年12月31日前专业音频设备的光耦合器中使用的光敏电阻的镉、2010年7月1日前直流等离子显示器中阴极溅射抑制剂中的汞，其含量不得超过30毫克/显示器、以硼酸锌玻璃体为基础的高压二极管的电镀层的铅、用氧化铍连接铝制成的厚膜浆料中镉和氧化镉。 　　同年9月3日，欧盟提出了RoHS指令的最新修订草案。新草案一个重要的变化是将其适用范围扩展涵盖到所有电子电气设备，除非特别指明排除在外。其中在不适用产品名单中增加了大型固定工业工具(large-scale stationery industrial tools)和管风琴乐器(musical pipe organs)。同时，RoHS指令中明确限制电子电气设备中有害物质为铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯(PBB)及多溴二苯醚(PBDE)，此次没有加入新物质。新草案第4条规定，委员会应根据本条第7款给出的方法，对附件IV所列限用物质清单进行审议。另外，草案还对制造商、进口商和经销商的责任进行了规定。 　　作为RoHS指令的姐妹指令WEEE指令，也同期做了修订。WEEE指令修订草案制定了报废电子电气设备须达到的收集和回收目标。草案规定，成员国应鼓励生产商承担来自私人家庭电子电气废弃物收集设施的所有成本。新修订草案文本又重新插入附件IA和附件IB(电子电气设备的类别及各类别的产品清单)。新草案第2条第4款还特别补充，来自私人家庭以及非私人家庭的报废电子电气设备，一概视为来自私人家庭的报废电子电气设备。新草案同时澄清了“投放市场”指的是成员国的市场，而非欧共体市场。这对于企业履行注册责任十分重要，因为这意味着电子电气设备生产商(包括进口商)必须在其产品投放的每个市场所在国家进行注册。 　　相关企业应对策略 　　针对以上现象，检验检疫部门建议相关出口企业从以下几方面着手，积极做好应对工作： 　　一、正确应用豁免指令。企业必须正确理解RoHS的豁免条款，有效确定相应的产品是否在RoHS指令适用的豁免范围内。有时企业认为自身的产品属于豁免范围，但成员国的法律要求并不由欧盟委员会来解释，所以企业还应征得欧盟企业的认可。此外，对于成本较高的原材料，企业要争取用可豁免的非绿色环保材料来替代，这样可以减轻企业的短期负担。而当企业一旦遭遇产品退运、扣押时，切不可自乱阵脚。机电出口企业可以通过向当地检验检疫部门或行业协会咨询，看产品是否可以属于豁免清单范围内，以避免不必要的损失。总的来说，豁免条款的正确应用可以帮助企业规避新的环保指令，这对企业而言无疑是一次新的机遇和挑战。 　　二、控制加工环节和供应链，寻求替代技术。RoHS指令被称为迄今为止电子电气产品最严厉的环保法规，大多数机电出口企业都能积极应对。然而有些情况下机电出口企业深感负担较重，例如生产中部分物料(如有铅焊)本身因为含有有害物质而被淘汰，同时新的替代物(无铅焊)单价高、生产工艺不成熟、生产成本上涨。所以，企业采购部门应当严格要求供货商提供指定检测机构的RoHS检测合格报告，并要求其提供所供产品与检测产品的一致性保证。这样就能从源头上控制供应链的每一个环节。对于国际上严格禁用的有毒有害物质，机电出口企业应当尽早寻求替代技术，改进产品技术构成，提高产品的环保性能，从而促进产业升级，加快调整产业结构。 　　三、实时关注RoHS指令的动态。古人云：知己知彼，方能百战不殆。RoHS指令的豁免清单每4年更新一次，欧盟考虑到在电子电气行业中部分禁用的材料还没有适用的替代品进行评估，所以确定它们可以在一定范围内豁免。根据时代发展和环保要求，RoHS指令及WEEE指令会进行及时修订。这些技术法规、标准的动态及时收集，有助于企业尽早采取应对措施，优化自身产品结构，不断提高产品的市场竞争力。 　　随着环保意识的不断加强，我国也在积极推行绿色环保法规。虽然作为应对主体的很多企业对RoHS指令还存在观望侥幸心理，但是绿色环保是一个必然的趋势，在国内外市场上的这一普遍趋势必然引发行业洗牌。要在未来的竞争中获胜，机电出口企业应当实时关注相关标准动态，合理利用法规政策，树立绿色环保的企业形象。这才是企业的立足之根本，发展之基础。