三维荧光仪

引言不同种类，不同浓度物质的三维荧光信息不同，三维荧光光谱同时表征了发射波长、激发波长、荧光强度三者的关系，信息含量丰富。天然湖泊、河水、生活用水等中含有多种可溶性有机物，在紫外区具有较强的荧光，因此使用三维荧光可以表征这些可溶性有机物的变化。 本文全面介绍了环境水的三维荧光分析步骤，包括三维荧光的采集、光谱校正、平行因子分析。1. 三维荧光采集收集自来水厂各净水工序中的水样品，用0.45μm的滤膜过滤以去除不可溶有机物，使用日立荧光分光光度计F-7100采集三维荧光光谱。图1自来水厂各净水工序在获得的各净水工序中的三维荧光光谱中，用红点标注出所有特征峰，从而直观判断激发/发射峰的变化。图2 各工序的三维荧光光谱2. 三维荧光校正三维荧光信息含量丰富，能够全面描述样品信息，但水样中的胶体等物质在激发光照射时容易产生散射光，因此需要进行三维荧光校正。日立荧光操作软件配备光谱校正功能，能够满足环境水的检测需求。荧光强度标准化样品的荧光强度会受光源亮度变化、室温变化等的影响，使用日立荧光软件FL Solutions中的“荧光强度标准化功能”可以快速进行荧光强度标准化。通过测定标准品的荧光强度，将样品的荧光强度换算为与标准品相对的荧光强度，从而校正荧光强度的时间变化和日间差变化。测定水中的腐殖质时，以硫酸奎宁为基准。本实例中选用1μg/L的硫酸奎宁作为标准品，对自来水厂各净水工序的三维荧光光谱进行荧光强度标准化。有关拉曼散射校正、内滤效应校正的详细信息请点击：https://www.instrument.com.cn/netshow/sh102446/s929202.htm 瑞利散射的去除日立多变量分析软件3D SpectAlyze具有光谱预处理功能，可以直接在光谱中去除不需要的瑞利散射。 图3 瑞利散射的去除3. 三维荧光的多变量解析各个净水处理工序中样品的三维荧光光谱经过校正后，可以通过日立多变量分析软件 3D SpectAlyze实现谱图分离、主成分分析等。使用多变量分析软件中的平行因子分析（PARAFAC）功能，谱图分离为3种成分，通过查阅相关文献，确定了三种成分是富啡酸、腐殖酸和蛋白质。图4 原水的平行因子分析对自来水厂其他净水工序的三维荧光光谱进行平行因子分析，得到每种成分在不同工序中的得分值，通过得分值计算出各成分在不同工序中的残存率。图5 不同净水工序中成分的残存率结果表明，从沉淀过滤到活性炭处理工序，富啡酸和腐殖酸残存率开始减少。从活性炭处理到净水池，蛋白质残存率开始大幅减少。 总结三维荧光技术由于灵敏度高、操作简单，在环境水检测方面得到广泛应用。日立为环境水监测用户可提供硬件和软件的系统性方案，包括三维荧光采集、校正、解析，可以大大提高用户的科研效率。拨打400-630-5821获取更多信息！

1. 前言三维荧光光谱技术可以获取样品特有的荧光光谱，采用多变量分析方法可以对多个特征荧光强度进行分析，实现样品的快速判别，从而进行合格与否判别/异物鉴别/产地溯源等。此分析手段在食品、环境、医药等领域应用广泛。本次实验采用多变量分析方法对市售营养饮料进行了分析。2. 应用数据营养饮料主要包括药物、保健品和能量饮料，实验采用F-7100分光光度计搭配微孔板附件和自动滤光器采集了两个类别保健品和能量饮料中每个样品的三维荧光光谱。图1 微孔板附件（左）和自动滤光器（右）图2 市售12种饮料的三维荧光光谱市售12种饮料的三维荧光光谱如图2所示，可以看出每种饮料的三维荧光特征信息不同，为了探究不同饮料的成分差异，使用多变量分析软件3D SpectAlyze进行平行因子分析（PARAFAC），实现成分分离。图3 两种分类饮料的平行因子分析由PARAFAC分析结果可知，该样品至少含有4种成分。根据以往报告中各成分的激发和发射波长数据，推测出两类样品含有的成分如下。①核黄素（维生素B2）②烟酸（维生素B3）③吡哆醇（维生素B6）④生育酚（维生素E）。通过选用平行因子分析中的核黄素和烟酸进行主成分分析，对12种市售饮料进行能量饮料和营养饮料的分类。 图4 载荷和得分图从图中可以看出，核黄酸（维生素B2）和烟酸（维生素B3）对分类1能量饮料的贡献大，可以判定，能量饮料中含有的核黄素（维生素B2）和烟酸（维生素B3）高。因此可以根据主成分分析的结果，确定各饮料的分类情况。3. 结论三维荧光光谱结合多变量分析可以实现多样品的快速分析。日立提供软件和硬件的一体化全面解决方案。F-7100荧光分光光度计具有60000nm/min的超高扫描速度，快速获取样品荧光数据，多变量分析软件3D SpectAlyze配备常用分析方法，操作简单，5分钟即可输出分析结果，全面助力于您的科研分析！

三维荧光光谱判别不同种类的谷物面粉 在日常生活中，面粉与我们息息相关，种类复杂多样，如小麦面粉，黑麦芽粉等，不同种类的面粉对应的等级和价格也有所不同。使用三维荧光光谱可以获得样品大量信息，因此在食品领域应用非常普遍。日立F-7100分光光度计，在同类仪器中具有最快的扫描速度和超高的灵敏度，可以快速准确获得包含多种信息的三维荧光光谱，从而鉴别样品种类。测定附件微孔板附件通常用于溶液样品多样品分析，然而之所以它能够进行固体样品的分析是因为该附件的结构能够在样品表面进行荧光测量。图1 微孔板附件测定实例样品：小麦粉，黑麦粉，玉米粉，南瓜粉，大米粉，土豆粉，糙米粉，大豆粉将8种不同的谷物面粉填充在微孔板中，每种谷物面粉的样品数为3，总共24个样品。确保样品表面平整进行三维荧光光谱的测定。详细测定信息及数据见：https://www.instrument.com.cn/netshow/sh102446/s912171.htm总结 三维荧光光谱具有指纹特征，能够快速有效判别多样品类别物质，日立集团以“高科技解决方案创造价值”这一基本理念，使用自主研发技术，在食品领域中发挥着巨大作用。

荧光光谱法具有灵敏度高、选择性强、测量便捷快速、重现性好等特点，因此广泛用于水体中溶解性有机物的研究。本实验通过测试水质三维荧光谱图，观察其不同处理阶段可溶性有机物的种类及含量的变化。F-2710荧光分光光度计分析水质的三维荧光光谱测定6种水质处理阶段的三维荧光光谱。 测量条件仪器配置 F-2710荧光分光光度计,Auto sipper自动吸样器,Auto sampler自动进样器测量结果三维荧光图谱公司介绍：日立科学仪器（北京）有限公司是世界500强日立集团旗下日立高新技术有限公司在北京设立的全资子公司。本公司秉承日立集团的使命、价值观和愿景，始终追寻“简化客户的高科技工艺”的企业理念,通过与客户的协同创新，积极为教育、科研、工业等领域的客户需求提供专业和优质的解决方案。 我们的主要产品包括：各类电子显微镜、原子力显微镜等表面科学仪器和前处理设备，以及各类色谱、光谱、电化学等分析仪器。为了更好地服务于中国广大的日立客户，公司目前在北京、上海、广州、西安、成都、武汉、沈阳等十几个主要城市设立有分公司、办事处或联络处等分支机构，直接为客户提供快速便捷的、专业优质的各类相关技术咨询、应用支持和售后技术服务，从而协助我们的客户实现其目标，共创美好未来。

市面绝大多数共聚焦显微镜采用点扫描式激光共聚焦技术，成像速度较慢，难以满足活细胞动态观测、大视野快速扫描等成像需求。长光辰英的S3000转盘共聚焦显微镜采用三条纹转盘共聚焦成像技术，配合电动Z轴快速扫描，将成像速度提高至少二十倍。同时采用LED面光源激发光线更均匀，光毒性、光漂白性大大降低，适合连续观测。作为超快荧光三维成像的革新者，长光辰英的成像产品为活细胞，细胞生物学、微生物学、发育生物学、神经生物学及植物学等领域研究提供快速三维荧光成像的有力工具。推荐产品 S3000超快三维荧光成像系统S3000 超快三维荧光成像系统 (qq.com) PRECI SCS-F荧光单细胞分选仪PRECI SCS 微生物单细胞分选仪 (qq.com) RAColony菌落原位多表型检测与挑取工作站RAcolony 菌落原位多表型检测与挑取工作站 (qq.com) SC-catcher单细胞光镊操纵与分选系统SC-catcher单细胞光镊操纵与分选系统 (qq.com)应用案例Daphnia活体内纳米塑料颗粒排出过程的动态成像Daphnia吃到肠道内的纳米塑料颗粒会产生红色荧光，用共聚焦模式进行拍摄随着Daphnia肠道蠕动，纳米塑料颗粒排出的全部过程。此动图由10min的实际时间缩时到12s。传统点扫描激光共聚焦显微镜很难对动态过程实现拍摄，S3000转盘共聚焦成像系统可以很好地捕捉活体样本的动态变化。斑马鱼活体全鱼3D荧光成像神经细胞转入GFP基因的3d日龄斑马鱼，在镜下进行长达2h的活体动态荧光扫描，整张图由8个视野，每个视野17层进行逐层扫描成像，可以在2分钟内进行斑马鱼活体全鱼的荧光扫描，实现了激光点扫描共聚焦无法达到的速度，更好的保持斑马鱼的活性，提供长时间拍摄的条件。肺组织切片的超大视野快速成像对小鼠肺叶组织切片进行共聚焦切片扫描，在其中橙色标明的气管ROI区域进行更大放大倍数的细节扫描。对常规荧光切片扫描仪难以捕捉及判断的信号进行高清成像。肠道微生物高分辨成像利用能够代谢标记肽聚糖的D型氨基酸荧光探针（FDAA）作为工具，通过使用红绿两种FDAA探针对小鼠进行序贯在体标记，随后，对肠道微生物进行取样，并使用S3000转盘共聚焦显微镜观察双色荧光在细菌上的分布，进而推测其增殖分裂模式。【文章链接：《mLife》丨基于共聚焦荧光成像的单细胞分选测序技术揭示肠道菌群中细菌的分裂模式及种属分类 (qq.com)】【拓展阅读：想知道共聚焦显微镜下的昆虫什么样子吗？(qq.com)】【拓展阅读：HOOKE S3000转盘共聚焦显微镜下的微观世界掠影 第二篇--植物系列 (qq.com)】【拓展阅读：共聚焦显微镜下掠影 第三篇《动物组织系列》 (qq.com)如果您对我们的产品和服务感兴趣，请随时联系我们

近日，珠海首次大规模入海污染通量监测分析项目已完成阶段性任务，任务包括开展70条入海河涌排洪渠、断面和31个入海排污口的入海污染通量以及水质指纹（三维荧光光谱）监测和评估，主要监测指标包括盐度、pH值、溶解氧、化学需氧量、高锰酸盐指数、总氮、无机氮、总磷、石油类、流量、三维荧光光谱等。在开展监测过程中，监测单位运用多普勒流速流量无人走航船、三维荧光光谱仪等先进仪器获取水体水文信息和水质指纹，在摸清入海污染通量的同时，建立可供海洋污染溯源的水质指纹库和溯源模型。“水中的污染物组分不同，呈现出来的三维荧光光谱就随之不同，这些特征光谱就是水质的指纹。”市西部生态环境监测中心工程师杨锡明介绍，“本项目就是基于三维荧光光谱测定结果，建立谱库分析模型，分析入海河涌、入海排污口水质指纹特征，确定其污染类型，然后追溯水中污染物的排放来源。”对于三维荧光光谱技术，今年2月，标准《在线水质荧光指纹污染预警溯源仪技术要求》正式实施，具体可查看：三维荧光光谱方法识别判定水污染排放源。该项标准即采用三维荧光光谱方法识别判定水污染排放源的技术。三维荧光光谱技术除了检测水质外，还可以检测气体，应用于大气环境防治及污染处理。在第十一届光谱网路会议（iCS2022）上，陕西科技大学陈庆彩教授将讲解“三维荧光光谱在大气污染科学研究和控制中的应用”，报告将讲述三维荧光光谱法在大气污染形成机制和来源鉴定中的应用案例和理论技术、关键技术，以及应用范围，从检测设备的设计和搭建，到数据处理和实际应用过程。》》》点击报名》》》

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三维荧光光谱检测水中的有机物前言目前水污染问题已经收到世界各国的关注，其中溶解有机物普遍存在于水体中，主要包括腐殖质，复杂的多糖，含氮有机物（如蛋白质）以及乙酸等简单有机物。因此对水体进行净化至关重要，而净化过程中对溶解有机物的追踪必不可少。荧光光谱技术灵敏度高，不破坏样品结构，选择性好，被广泛用于水体中溶解有机物的检测。日立荧光分光光度计F-7100具有超高灵敏度和最快的扫描速度，配备有荧光指纹测定系统，能够有效的监测水体净化过程。荧光指纹自动测定系统 图1 荧光指纹自动测定系统系统组成：①自动取样器 ②F-7100荧光分光光度计 使用荧光指纹自动测定系统，同时还可以选配高灵敏度流通池，EEM Assist程序，分析软件（solo）等，具有以下优点:ü 系统连接自动取样器，可轻松自动测量多个待测样品的荧光指纹。 测试时间：5 min/样品（200-600nm, 5nm间隔） 进样量：20 mL/样品（使用高灵敏度流通池时） 最多样品数量：56个ü F-7100的灵敏度是现有机型的1.5倍，同时标配使用寿命是现有机型5倍的氙灯。ü 通过自动滤光器附件可进行去除不需要的多次光的荧光指纹测定。ü 通过使用吸收流通池池架（定制品）也可自动进行吸收光谱测定。ü 将输出文件读取到分析软件Solo，进行PARAFAC分析。水质测定实验从自来水厂采集一个待测水源，经过薄膜经过孔径为 0.45μm 的 薄膜滤器过滤后 ，再进行实验。详细信息请查看：https://www.instrument.com.cn/netshow/sh102446/s912841.htm总结水中的溶解有机物大多数具有荧光性，通过荧光分光光度计可以对它们进行追踪从而判断水质的好坏。日立集团以“高科技解决方案创造价值”这一基本理念，开发的F-7100荧光分光光度计以其超高的灵敏度将极大优化水质监测过程。

为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》《中华人民共和国海洋环境保护法》，规范入河入海排污口水质指纹溯源技术，提升入河入海排污口溯源调查科学化水平，9月14日，生态环境部办公厅发布关于公开征求国家生态环境标准《入河入海排污口监督管理技术指南 水质指纹溯源方法（征求意见稿）》意见的通知。　　该标准规定了入河入海排污口水质指纹溯源方法的技术流程、技术要求、结果校核与记录的具体要求。适用于对有排水的入河入海排污口开展溯源，尤其适合于排放混合污水且污染来源不明、溯源难度大的入河入海排污口。标准采用三维荧光光谱仪或者内置三维荧光光谱仪的水质指纹溯源仪进行水质指纹检测。　　入河入海排污口溯源主要包括三种方式，即资料溯源、人工排查和技术溯源。技术溯源包括管道检测法、同位素解析法、图谱比对法等。本次公布的标准采用了水质指纹溯源法。水质指纹是指水体中溶解性有机物在特定波长的激发光照射下会发出特定波长的发射光（即荧光），将水样荧光强度以等高线方式投影在以激发光波长和发射光波长为横纵坐标的平面上得到的三维荧光光谱。　　水质指纹溯源法具有高选择性、操作简便、试剂耗量少、测量精度高、检测快速等优点，目前可识别包括生活污水、城市雨水、农业面源、养殖废水、印染废水、电子废水、造纸废水和电镀制造废水等 10 余种污染类型的污水。　　针对入河入海排污口进行污染溯源，可以确定责任主体，从而落实入河入海排污口整治和管理职责，有效管控污染物入河入海。这对维护流域、海域水生态安全，推动水环境质量改善和高质量发展具有重要意义。　　以下是通知原文：关于公开征求国家生态环境标准《入河入海排污口监督管理技术指南 水质指纹溯源方法（征求意见稿）》意见的通知　　为贯彻落实《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》《中华人民共和国海洋环境保护法》等法律法规及《国务院办公厅关于加强入河入海排污口监督管理工作的实施意见》（国办函〔2022〕17号）要求，指导各地开展入河入海排污口溯源，我部组织编制了《入河入海排污口监督管理技术指南 水质指纹溯源方法（征求意见稿）》，现公开征求意见。征求意见稿及其编制说明可登录我部网站（http://www.mee.gov.cn）“意见征集”栏目检索查阅。　　各机关团体、企事业单位和个人均可提出意见和建议。有关意见建议请于2023年10月16日前通过信函或电子邮件的方式反馈我部。　　联系人：生态环境部海洋生态环境司 吴彤　　通信地址：北京市东城区东长安街12号　　邮政编码：100006　　电话：（010）65645536　　传真：（010）65645500　　电子邮箱：hysjgec@mee.gov.cn　　联系人：生态环境部华南环境科学研究所 赵庄明　　通信地址：广东省广州市黄埔区瑞和路16-18号　　邮政编码：510530　　电话：18122329667　　电子邮箱：zhaozhuangming@scies.org　　附件：　　1.征求意见单位名单1.pdf　　2.入河入海排污口监督管理技术指南 水质指纹溯源方法（征求意见稿）2.pdf　　3.《入河入海排污口监督管理技术指南 水质指纹溯源方法（征求意见稿）》编制说明3.pdf　　生态环境部办公厅　　2023年9月12日

为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》等法律法规，规范和指导在线水质荧光指纹污染预警溯源仪的生产制造和检验，由中国环境保护产业协会组织制订了标准：在线水质荧光指纹污染预警溯源仪技术要求（点击即可下载）。本标准为首次发布，规定了在线水质荧光指纹污染预警溯源仪的术语和定义、总体要求、技术要求、检验方法、检验规则及标志、包装、运输与贮存等。本标准适用于监测地表水、地下水、近岸海水和管网排水的预警溯源仪。方法原理水质荧光指纹污染预警溯源是一种采用三维荧光光谱方法识别判定水污染排放源的技术。三维荧光光谱是由激发波长—发射波长—荧光强度三维坐标所表征的矩阵光谱。荧光光谱图像形象直观，所含信息丰富。由于有机物的发光位置固定，通过测定其三维荧光光谱，可分析水体、污水等水样中有机物的组成，因此水质荧光光谱也被称为水质荧光指纹。预警溯源仪的原理是将被测水样的水质荧光指纹与已建立的污染源水质荧光指纹库中的水质荧光指纹进行一一比对，通过水质荧光指纹的相似度高低，判断污染源的组成和污染物浓度。预警溯源仪结构与组成预警溯源仪的主要组成包括自动进样单元、水质荧光指纹检测单元、总控和污染源水质荧光指纹数据库。自动进样单元：将被测水样直接送入或根据水质情况按一定比例稀释后送入水质荧光指纹检测单元进行检测。应包括采水单元、预处理单元和配水单元。水质荧光指纹检测单元：用于被测水样的水质荧光指纹检测，并将检测结果传输至总控单元进行分析。总控：包括系统控制单元、显示查询单元、存储单元、输出单元和数据处理单元。各单元功能分别为：a) 系统控制单元用于预警溯源仪硬件和自动化的控制；b) 显示查询单元用于水质荧光指纹等数据的显示与查询；c) 存储单元用于水质荧光指纹数据的存储；d) 输出单元用于数据传输；e) 数据处理单元用于数据比对、数据计算与分析。污染预警功能预警溯源仪应能根据预警峰强度的变化对被测水样的污染状况进行判断。若强度超过预警阈值上限或低于预警阈值下限，预警溯源仪应给出水质异常的提示。污染溯源功能预警溯源仪在使用前应加载已建立的当地或行业污染源水质荧光指纹数据库。污染源水质荧光指纹数据库应具有可扩展和更新的功能，污染源水质荧光指纹数据库应及时更新。预警溯源仪应能检测被测水样的水质荧光指纹，并自动将检测到的水质荧光指纹与加载的污染源水质荧光指纹数据库进行比对，以判断疑似污染源和相似度。当预警溯源仪判定水样和疑似污染源的相似度达到90%以上时，表明水样可能主要受到了该污染源的污染；相似度为60%～89%时，表明水样可能受到该疑似污染源污染，但同时还可能存在其他污染源；相似度低于60%时，表明被测水样的水质荧光指纹与污染源数据库的各污染源水质荧光指纹没有明显相关性，为未知污染。

近日，长光辰英S3000超快三维荧光成像系统，在成都四川大学生物治疗国家重点实验室装机试用，S3000凭借其快速共聚焦切片成像的核心特点，受到众多老师关注，争先申请试用。试用现场，产品经理对成像原理进行详细讲解，演示系统操作流程，并为试用过程中老师遇到的问题进行一一解答。川大重点实验室王老师：“将原来一整天的拍摄时间缩短到2个小时以内，这样的拍摄效率，要得”。S3000超快三维荧光成像系统，软件易学易用，操作简单。节省了共聚焦层扫的宝贵时间，提升实验效率及科学产出，更好地助力科研工作。S3000超快三维荧光成像系统由快速三维扫描狭缝转盘模块、高分辨率高灵敏度相机、大功率低光毒性LED荧光激发光源及自动化显微镜主机构成。超快共聚焦成像。采用结构光转盘技术,光通量比针孔式转盘提高数倍,允许LED激发光源共聚焦成像 根据相机配置、成像度可达30-50帧/秒 三种切片模式自由切换,实现快速成像和高质量成像的结合。全谱段探测。一个LED光源可应对全谱段检测应用,激发光:370-700 nm,发射光:410-750 nm 覆盖常见荧光染料的光谱范围 4位滤光块转轮,通道切换时间小于0.2s,滤光块免工具更换,可实现4+N多通道荧光拍摄。模块化设计。采用紧凑的共聚焦光路设计,仪器外形更小巧 无需庞大空间也可安装,共聚焦模块可灵活耦合在正置、倒置、体式等各种显微镜上，适应不同应用场景。高可靠性及可扩展性,兼容已有成像设备,让科学工作者从仪器维护中释放出来,把更多时间投入到科学研究本身。该仪器在四川大学生物治疗国家重点实验室试用展示一周后，还将在华西口腔医院及四川大学生命科学学院分别做试用演示。届时欢迎想了解的老师及经销商同仁莅临观摩试用。样片showtime小鼠神经突触 60X NA1.4 oil给药细胞 60X NA1.4 oil果蝇脑神经元 40X NA 0.95

三维荧光光谱仪可快速检测液体中的有机化合物(DOM)，每个样品仅需数十秒或者几分钟，即可及时识别液体中的有机物成分。具体应用如下：提供水中有机污染物的检测；自来水中微生物污染的检测；评价净水工艺及再生水对环境的危害；食品中各组成成分定量分析及农药残留检测； 应用实例：水中微生物检测研究水环境中的荧光物质和微生物的活动可为水体污染提供预警、水质污染溯源、水质净化等提供强有力的技术支持。测试过程中，瑞利散射和拉曼散射会对荧光信号进行干扰，结合相关算法进行瑞利校正和拉曼校正之后，可以得到更加准确的三维荧光光谱，使得分析更准确、高效。图：原始图谱，标注位置为瑞利和拉曼干扰区图：去除瑞利散射和拉曼散射的光谱 食品安全检测可检测食品中的成分以及各组分的含量(包括农药残留等)，为食品定级以及判定是否合格提供有力证据。 标准库中菜籽油光谱疑似菜籽油成分，可信度85% 某品牌芝麻油 白酒检测根据三维荧光光谱可进行不同白酒品牌和同一品牌不同系列白酒的鉴定，结合标准数据库和客户自建数据库，可进行真假白酒的鉴定和白酒品质的定级。 品牌一46度 品牌一56度 品牌二46度 品牌二56度三维荧光系统产品优势：1、简单易操作的软件可进行荧光光谱测量、激发光谱测量、同步荧光光谱测量、三维荧光光谱测量、三维同步荧光光谱测量。三维数据可进行大小、俯仰和旋转调节。 2、激发/发射较正功能激发校正前 激发校正后 3、三维数据提取功能可根据三维荧光光谱数据得到测试区域内的荧光光谱、激发光谱、同步荧光光谱和等高线视图。 仪器性能参数参数规范参数规范光源150W连续氙灯光源波长准确度±1nm激发单谱仪200mm焦距，CT结构，低杂散光波长重复性±0.5nm光栅1800g/mm@400nm积分时间100μs~24s激发范围200~800nm检测限5nm样品架标准石英比色皿发射范围200~800nm仪器体积620×415×300mm(L*H*W)发射带宽5nm仪器重量25Kg* 硫酸奎宁溶于0.1mol/L硫酸溶液中 创新点："1. 检测限达到0.1μ g/L 2. 全新的样品室光路设计，使得相较于普通光路信号强度提高了3倍以上 3. 优化的氙灯光源室设计，更换氙灯灯泡无需专业技能，且更换后无需调节既能达到/接近最佳效果。 4. 整体化的结构设计，使得仪器整体重量降到了25Kg，不仅可应用于实验室，也试用于工业应用。" 三维荧光光谱仪SmartFluo-Pro

三维荧光光谱法（EEM）是鉴定环境中发色团物质的重要仪器分析方法，近年来已被频频应用到大气气溶胶研究领域中。然而，因为多数情况下样品的EEM谱图具有非常相似的形貌，限制了EEM方法的广泛应用，当前EEM方法在大气领域的应用也进入瓶颈期。前不久，我们曾报道过陕西科技大学陈庆彩研究团队利用三维荧光光谱（EEM），对大气颗粒物中发色物质的种类和来源进行了分析。这项工作突破了一定的方法瓶颈，对于EEM方法在气溶胶研究领域的应用起到了关键推动作用。那么，EEM法是如何应用于大气颗粒物中发色团的化学组成、来源分析的呢？在这一研究中还有哪些技术问题亟待解决？如何突破现有EEM方法在大气领域的应用瓶颈？为解答这些疑问，5月29日，HORIBA 2020在线讲座第6课，我们邀请了陕西科技大学环境学院——陈庆彩副教授，为大家详细介绍EEM法研究大气颗粒物的具体应用案例、当前待解决的技术难点，以及他所在研究团队的新科研成果。前往微信公众号“HORIBA 科学仪器事业部”，查看历史文章即可报名！精彩内容不止一个！除了陈庆彩副教授的精彩报告外，本次讲座还将为大家介绍三维荧光光谱在食品、生化检验等领域的应用。HORIBA 资深技术顾问周磊博士，将以红酒、橄榄油、胰岛素、细胞培养基等为例，详细介绍HORIBA新稳态技术——A-TEEM技术在复杂样品定性和定量分析中的作用。 HORIBA Optical SchoolHORIBA一直致力于为用户普及光谱基础知识，旗下的JobinYvon更有着201年的光学、光谱经验，HORIBA非常乐意与大家分享这些经验，为此特创立Optical School（光谱学院）。无论是刚接触光谱的学生，还是希望有所建树的研究者，都能在这里找到适合的资料及课程。 HORIBA希望通过这种分享方式，使您对光学及光谱技术有更系统、全面的了解，不断提高仪器使用水平，解决应用中的问题，进而提升科研水平，更好地探索未知世界。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 仪器信息网讯 /strong 为了更全面的展现BCEIA上展出的光谱新产品、新技术，仪器信息网特别开设BCEIA之光谱新品大观，给大家分享光谱新产品及新技术相关信息！ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 展会期间，仪器信息网特别来到了北京卓立汉光仪器有限公司展位，其销售经理李敏详细介绍了本次展会卓立汉光带来的三维荧光光谱仪的特点，并展望了未来光谱仪的发展趋势。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 详细视频如下： /p script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=D7F84C7C451200199C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=490& playerid=5B1BAFA93D12E3DE& playertype=2" type=" text/javascript" /script p br/ /p

瑞典皇家理工学院的研究人员最近发表的研究表明，利用新的荧光显微镜技术，生成了世界上第一个完整的活细胞中分子的纳米级三维图像，显示了脑海马神经元中蛋白质的近分子尺度图像。这种技术被称为3-D pRESOLFT，可以在比电子显微镜更大的范围内观察蛋白质，可以在不杀死细胞和破坏切片的情况下实现它。在以往的荧光显微镜中，可见光照射到用荧光染料染色的细胞和组织，但该方法仅限于制作二维图像，通常分辨率较低。3-D pRESOLFT通过使用包含可切换的荧光染料的干涉图案的组合，可以像光开关那样一边切换接通和断开一边记录大量的平行图像。 整个样品暴露在少光下，防止样品褪色。研究人员发现，观察精度缩小到50纳米，比人类头发小20000倍，用这种正确的方法在三维空间观察活细胞的能力可以研究蛋白质是如何重要但鲜为人知的生理过程。

仪器信息网讯 2011年3月7日至14日，中国科学院安徽光学精密机械研究所研制的AGHJ-LIF-I水质有机污染三维荧光监测仪、TEMO大气颗粒物分析仪亮相国家“十一五”重大科技成就展。 AGHJ-LIF-I水质有机污染三维荧光监测仪 TEMO大气颗粒物分析仪 　　关于中国科学院安徽光学精密机械研究所： 　　中国科学院安徽光学精密机械研究所成立于1970年12月。位于安徽省合肥市西郊，占地面积约600余亩。现设大气光学研究中心、环境光学研究中心、应用激光技术研究中心和光学工程技术中心以及一批高科技公司。安徽光机所具有光机电技术研究开发综合优势和配套的生产制造能力，并已获得了GB/T19001-2000和GJB9001A-2001质量体系认证证书。 安徽光机所在激光大气传输和激光大气探测、激光光谱学、环境光学和环境监测技术、遥感和辐射定标与校正、新型激光器和晶体材料、医学光电子学和激光医疗仪器、光电子学和光电工程等学科领域，承担着国家重点科技攻关、国家"八六三"计划、国家自然科学基金、国家部委预研、中科院重大以及地方攻关等项目。在和企业合作研发环境监测技术、工业和医用激光技术、激光晶体材料等方面已开发出一系列高技术产品。研制成功的空气质量长程差分吸收监测系统、便携式大气探测激光雷达和测污激光雷达设备，已在我国环境污染监测中发挥着重要作用。

仪器信息网讯 2011年10月12-15日，第十四届北京分析测试学术报告会及展览会(BCEIA 2011)在北京展览馆隆重举行。为让广大网友及仪器用户深入了解BCEIA 2011仪器新品动态，仪器信息网特别开展了以“盘点行业新品 聚焦最新技术”为主题大型视频采访活动，力争将科学仪器行业最新创新产品、最新技术进展及最具有代表性应用解决方案直观地呈现给业内人士。以下是仪器信息网编辑采访HORIBA JY元素分析部销售经理Jerome Barraque先生、ICP销售经理吴明祥先生、荧光部总经理Ishai Nir先生的视频。 　　经过60余年的稳健发展，HORIBA集团目前在全球22个国家拥有43家分公司，其业务涉及汽车测试、科学仪器、过程和环境仪器、医疗诊断和半导体仪器等。集团全球雇员产国5000人，年销售额大13亿美元。 　　Jerome Barraque先生和吴明祥先生向我们介绍了HORIBA集团最新推出的3D金属光谱仪的技术和应用特点，“这款产品预计会在2012年1月1日在中国上市，可用于金属的成分分析，其目标客户主要在金属行业。针对金属行业的细分领域，我们会有不同的解决方案。” 　　此外，HORIBA JY荧光部总经理Ishai Nir先生介绍了X荧光新产品AquaLog水质分析三维荧光光谱仪的特点以及在检测水中有色溶解有机质的应用情况，“Aqualog是HORIBA集团在Pittcon 2011期间推出的，这是首次在中国展出，在这半年当中，世界各地的科学家已经运用该仪器发布了多篇论文。该产品是专门用于检测水中的有色溶解有机质(CDOM)的。Aqualog 荧光光谱仪只用90秒就能完成一个样品的检测，而以前的方法需要一个半小时，其检测速度增加了100倍。”

近日，交通运输部科技司在北京召开了“水上溢油事故应急处理技术”课题验收鉴定会。鉴定委员会认为，该课题研究成果总体达到国际先进水平，在经溢油分散剂处理的油品鉴别技术、混合溢油源鉴别技术方面，已跻身于国际领先行列。 　　“水上溢油事故应急处理技术”由交通运输部水运科学研究院承担，并组织7家不同行业的单位共同完成。该课题创新性强，取得了丰硕的成果，完成原创性成果6项，取得发明专利两项，制定行业标准(草案)1项，起草规范性文件(草案)1项，开发软件或数据库7项。主要创新点如下： 　　一是建立了三维荧光光谱法和气相色谱/质谱法相结合的方法进行溢油源快速鉴别，满足了海事执法的快速准确要求 首次建立了针对船载货油、燃料油的数字化自动比对系统 研发的“滚动式水面油膜采样装置”，攻克了传统采样装置薄油膜采样效率低、受风浪等环境影响大的技术难题，便于推广使用 　　二是在国内外首次建立了混合溢油源鉴别技术及经溢油分散剂处理的油品鉴别技术，解决了上述鉴别技术的世界性难题 　　三是首次创建了船舶溢油事故污染损害总评估指标体系，构建了清污、渔业、环境等各类损害的评估指标体系、程序、方法和软件，开发了不同油品对应不同海洋生物的毒性效应数据库和海上溢油事故渔业损失评估管理系统软件，研发出海洋溢油生物毒性快速检测方法。 　　四是从恢复措施角度出发，首创了国内溢油环境损害评估模型和软件。

ModelLab Specman3D® 是由科迈恩科技与化学生物传感与计量学国家重点实验室（湖南大学）联合开发行业领先的新一代三维荧光智能工作站软件。该系统采用由湖南大学国家重点实验室独家授权的ATLD交替三线性因子分解化学计量学算法，并结合高性能定性与定量机器学习模型，为高维光谱的智能建模和快检分析提供行业领先的检测平台和科学研究工具。三维荧光光谱结合ATLD高性能因子分解算法，可获得每个被解析化合物的精确定量信息，实现通过“数学分离”代替或增强“化学或物理分离”。二者结合的优点： 样本前处理简便，绿色环保 检测速度极快（秒级EEM采集） 荧光法检测灵敏度极高（可达10-6~10-9mg/L） 因子解析速度极快，可用于实时在线检测场景 组分数不敏感，不受未知干扰物影响 支持精确定量分析，以及非靶向的指纹图谱鉴别分析【行业应用】一、药品质量控制 多组分同时含量测定 / 非法添加 / 有毒有害物质筛查 / 中药材真伪鉴别 / 指纹图谱分析 / 产地溯源二、环境与水质分析水中总有机碳TOC / 多环芳烃 / 藻类分析/废水、污水厂原水及尾水分析 / 溢油溯源鉴别 / 污染物溯源分析三、石油化工与勘探轻重质油、润滑油、生物柴油的油品分析 / 水中油鉴别 / 录井勘探 / 真实性判别与性能预测四、食品、快消品与农产品分析农兽药残留快检 / 真菌毒素 / 非法添加鉴别 / 地理标志产区及年份溯源 / 分类分级 / 一致性评价 【产品界面展示】图1 Specman3D三维荧光解决方案样品管理界面 图2 Specman3D三维荧光解决方案组分因子分解界面 图3 Specman3D三维荧光解决方案各组分因子分解预览界面 图4 Specman3D三维荧光解决方案多组分同时含量测定界面 图5 Specman3D三维荧光解决方案AI模式识别界面关于化学生物传感与计量学国家重点实验室（湖南大学）实验室由中国化学计量学奠基人、湖南大学原校长、中国科学院俞汝勤院士创建。实验室定位于探索和发展化学生物传感的新原理，推动分析化学原始创新，为解决国家重大需求和科学前沿问题提供技术支撑；探索发展分子识别与探针、纳米生物学、化学生物传感、生化分析仪器、化学计量学等方向的新方法。实验室2003年以来获国家自然科学奖二等奖5项，国家科技进步奖二等奖1项，国家技术发明奖二等奖2项。现任学术委员会主任为中国科学院江桂斌院士，实验室主任为中国科学院谭蔚泓院士。关于科迈恩科技科迈恩科技秉持“让AI为创新分析技术赋能”的愿景，致力于让广大用户受益于大数据和人工智能技术对于检测能力的创新和提高。目前科迈恩科技已在智能化仪器数据分析、快检技术、新药研发、精准医疗、感官评价等工业级AI建模等领域拥有系列化产品或解决方案，涵盖色谱、质谱、光谱、核磁共振等多维分析大数据的融合。所服务的客户覆盖制药、快消品、农产品、临床、石化、环保、交通、汽车制造等诸多领域。关注“科迈恩科技”公众号，了解更多分析检测行业的解决方案如您对科迈恩科技有更多想了解，可通过仪器信息网和我们取得联系！400-860-5168转3905

大气发色团是气溶胶中可以吸收太阳光的一类有机物质，可能对全球气候产生影响。大气发色团也可能通过形成三线态进而催化产生活性氧物质，因此对大气气溶胶的老化过程也具有重要潜在贡献。充分的了解大气发色团的理化性质和来源是掌握它们对环境的影响的本质要求。三维荧光光谱法（EEM）是鉴定环境中发色团物质的重要仪器分析方法，近年来已被频频的应用到大气气溶胶研究领域中。然而，当前EEM方法应用于大气领域进入了瓶颈时期。随着EEM方法广泛应用和深入研究，研究者们开始怀疑EEM方法是否具有区别气溶胶来源和物质种类的能力，因为多数情况下发现样品的EEM谱图具有非常相似的形貌。这样就限制了EEM方法更加广泛的应用于研究大气发色团来源、形成和消去过程。可喜的是，近日陕西科技大学陈庆彩研究团队，利用三维荧光光谱（EEM）研究，对大气颗粒物化学结构和来源进行了分析。在该项工作中，陈庆彩等人演示了EEM方法是有能力分辨大气颗粒物中不同类型发色团以及来源的，并构建了大气发色团与其来源、化学种类的对应关系。这项工作突破了一定的方法瓶颈，对于EEM方法在气溶胶研究领域的应用起到了关键推动的作用，或将促进大气发色团来源和大气化学过程的研究。研究过程1. EMM助力大气颗粒物来源和组成的初步分析研究团队分别采集了城市、一次燃烧源和二次气溶胶样品，利用EMM方法和 PARAFAC模型调查了不同发色团在不同种类气溶胶样品中的含量，讨论了EEM方法在分辨发色团类型以及样品来源的能力。通过对实际大气颗粒物样品进行分析，从整体轮廓分析，确实发现实际样品具有相似的EEM光谱外貌特征。这个结果也是当前研究者们担心的事情：到底EEM方法是否可以区分不同来源和组成的大气颗粒物样品？图1（a）为大气颗粒物萃取样品WSM和MSM的平均EEM光谱图以及它们的差光谱 （b）和（c）表示样品EEM光谱之间相关系数的四分位图和频率分布图针对这个值得怀疑的问题，团队人员研究了不同来源大气颗粒物样品，包括各种燃烧源样品（生物质燃烧、煤炭燃烧、汽车排放和做饭排放样品）和二次气溶胶样品。研究发现，不同种类样品的荧光性能是不同的，其中：生物质燃烧和煤炭燃烧样品的荧光效率是大的而汽车尾气样品和二次气溶胶样品相对较小另外发现，鉴定出的不同种类发色团，在不同来源样品中的相对含量也是不同的这些结果直接解答了上述疑问，确认：EEM方法可以用来区别不同气溶胶来源。图2 依据不同发色团（C1-C8）在不同污染物上的相对载荷鉴定出发色团来源，以及不同来源发色团在WSM和MSM样品中的相对含量2. PARAFAC 模型：一种系统的来源和成份分析图谱进一步，研究人员基于改进的PARAFAC 模型对大气气溶胶中发色团的来源和化合物的种类归属进行了研究。在这一步骤，该团队开创性的将大气颗粒物化学组分融合进EEM图谱的PARAFAC分析，进而对各种大气发色团的来源进行了鉴定。结果显示有一半左右的发色团来源被鉴定出来了，并发现了几个有意思的结果，比如：发现发色团的沙尘暴一次来源和光化学形成的二次来源，分析了季节变化中沙尘暴发生、光强度变化对发色团类型和含量的影响。该工作还利用优化的PARAFAC分析方法，把几种典型的有机化合物的EEM谱图耦合进了模型解析，进而对发色团的可能化学物质属性进行了归属。结果显示了苯酚类发色团是重要的水溶性发色团，而PAHs是水不溶性发色团的重要类型。图3 EEM区域和对应的大气发色团可能化学结构和来源图中不同彩色区域表示本研究鉴定的大气发色团来源对应区域，不同彩色数字球表示本研究鉴定的大气发色团对应化合物种类区域后研究人员总结了当前人们的认知和该项工作的主要结论，形成了一个可用于发色团化学物种和来源的依据图谱（图3），这个图谱对于今后EEM方法应用与于大气气溶胶的来源和化学转化研究提供了重要参考和研究途径。小结由上述研究可知，本研究工作提供了不同种类大气发色团对应来源以及化合物类别鉴定依据。这其中重点在于演示了不同发色团在不同气溶胶样品中的含量是不同的，从而说明EEM方法是有能力分辨不同类型发色团以及样品类型的。这项研究也构建了大气发色团与其来源、化学种类的对应关系。他们鉴定出了样品中大约一半的荧光物质所对应的来源和化合物种类，结果提供了大气发色团来源以及化合物类别鉴定依据，这将大大促进了EEM方法应用于研究大气发色团来源和大气化学过程，对于EEM方法在气溶胶研究领域应用起到了推动的作用。本研究中的三维荧光光谱法和大量光谱采集采用的是HORIBA Aqualog光谱仪完成，该仪器在EEM图谱快速获取、数据校正等方面的优势，为研究的顺利进行提供了不少便利。tips: 想了解更多荧光光谱仪的解决方案，点击阅读原文提交需求，HORIBA工程师会尽快联系您~论文原文&作者该研究以 Identification of species and sources of atmospheric chromophores by fluorescence excitation-emission matrix with parallel factor analysis 为题，发表在《Science of The Total Environment》上作者：陈庆彩通讯作者：陈庆彩、杜林通讯单位：陕西科技大学环境科学与工程学院、山东大学环境研究院Doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.137322文章链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137322 课题组介绍：陈庆彩，男，山东人，博士，副教授，博士生导师。毕业于日本名古屋大学，取得理学博士学位。陕西省“百人计划”，陕西科技大学大气污染控制团队负责人，名古屋大学特邀教员，日本大气化学学会会员。主要研究方向为气溶胶化学，包括有机气溶胶、大气棕碳（BrC）、长寿命自由基（EPFRs）等。参与和主持中国国家自然科学基金等十余项科研项目；已在ES&T等权威期刊一作/通讯发表20余篇学术论文；获得国家和软件注册权10余项。ORCID：http://orcid.org/0000-0001-7450-0073个人主页：https://hj.sust.edu.cn/info/1015/1394.htm 免责说明HORIBA Scientific公众号所发布内容（含图片）来源于文章原创作者提供或互联网转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，HORIBA Scientific 发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享，供读者自行参考及评述。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。HORIBA Scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。 HORIBA科学仪器事业部HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案，如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术，旗下Jobin Yvon光谱技术品牌创立于1819年，距今已有200年历史。如今，HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的选择，之后我们也将持续专注科研领域，致力于为全球用户提供更好的服务。

近期，中国科学院生物物理研究所研究员李栋课题组、牛津大学教授Marco Fritzsche课题组和伦敦大学学院博士后Emad Moeendarbary课题组合作，在Nature Communications上，同期发表题为Astigmatic traction force microscopy (aTFM)和Two-dimensional TIRF-SIM-traction force microscopy (2D TIRF-SIM-TFM)的研究论文。研究人员提出了两种新型生物力显微成像方法：像散牵引力结构光照明超分辨显微镜（aTFM-SIM）和二维全反射结构光超分辨牵引力显微镜（2D TIRF-SIM-TFM），可对细胞生命活动过程中与周围环境的相互作用力进行二维或三维、高速、长时程、超分辨率观测，并利用这两种技术研究了大鼠嗜碱细胞白血病（RBL）细胞免疫激活和哺乳动物细胞迁移等过程中的作用力，以及其与细胞内微丝骨架动态形变的关联。生物力学（mechanobiology）是研究生命活动中相关力学特性的学科。细胞的生物力学特性与生命活动的一些功能相关，如肿瘤免疫过程、器官的衰老、皮肤和伤口愈合、血管形成、淋巴功能、骨骼、神经元和眼睛活动等生命过程。这些微观力学过程通常发生在亚微米、皮牛和亚秒尺度。牵引力显微镜（traction force microscopy）是最广泛应用于生物力学研究的技术之一，其利用弹性物质表面的荧光微球探针观测细胞和弹性物质互作过程中的微观作用力。然而，传统的牵引力显微镜受限于获取微球位移的精度和速度，只能以稀疏的荧光微球作为探针进行慢速的微米尺度二维观测，应用范围受限。针对传统牵引力显微镜只能二维观测的缺点，基于李栋课题组开发的三维结构光超分辨显微镜（3D-SIM）对荧光微球探针和生物样品进行超分辨观测，高精度确定荧光微球的三维位置，李栋和Marco Fritzsche团队合作，已开发完成第一代三维牵引力显微镜（3D-SIM-TFM，Nano Letters，2019, 19(7): 4427-4434）。由于3D-SIM-TFM通过多层扫描得到微球的三维位置坐标，三维生物力测量的速度依仍受限。针对该问题，研究团队提出基于柱透镜像散的力追踪显微成像方法aTFM-SIM（图1）。aTFM-SIM无需机械扫描仅单次曝光即可高精度追踪荧光微球探针的三维位置，从而计算出细胞表面三维作用力分布。aTFM-SIM的时间分辨率和轴向力追踪精度比3D-SIM-TFM分别提高5倍和10倍。研究团队进一步利用aTFM-SIM以高时、空和力精度观测了RBL细胞的免疫反应过程（图2），以及宫颈癌细胞（HeLa）的贴壁伸展过程。aTFM-SIM可有效研究微米尺度、秒量级和几十皮牛大小微观力学互作过程，但是生命活动过程中也存在大量更快速和更微小的微观力学作用，并且使用二维成像也能观测部分生命活动过程。为了进一步提升观测的时空精度，研究人员使用全反射结构光超分辨显微镜（TIRF-SIM）和牵引力显微镜相结合的方式，开发出2D-TIRF-SIM-TFM显微成像方法；利用粒子图像测速（PIV）算法取代传统的单颗粒追踪算法分析荧光微球探针的位移，可分析更密集的荧光微球探针，微球密度提升15~20倍，最终可有效探测几十纳米尺度、亚秒量级和皮牛大小的微观力学互作。和传统牵引力显微镜相比，2D-TIRF-SIM-TFM的空间和时间分辨率分别提升2倍和10倍以上。研究人员观测发现，2D-TIRF-SIM-TFM可有效解析原代鲑鱼角质细胞迁徙过程中的类旋涡状动态互作，而传统牵引力显微镜却不能（图3）。论文1（aTFM-SIM）的共同通讯作者为Emad Moeendarbary、李栋和Marco Fritzsche，生物物理所副研究员李迪、牛津大学博士后Huw Colin-York和博士生Liliana Barbieri、伦敦大学学院博士后Yousef Javanmardi为论文的共同第一作者，生物物理所博士后郭玉婷为论文第二作者。论文2（2D-TIRF-SIM-TFM）的共同通讯作者为李栋和Marco Fritzsche，牛津大学博士生Liliana Barbieri、博士后Huw Colin-York和博士后Kseniya Korobchevskaya为论文的共同第一作者，李迪为论文第二作者。研究工作得到国家自然科学基金委、科学技术部、中科院、中国博士后科学基金的资助。　　论文链接：1、2图1.aTFM-SIM生物力测量方法示意图图2.aTFM-SIM活细胞成像观测RBL细胞免疫反应过程中的生物力，及其与微丝动态形变的关联图3.原代鲑鱼角质细胞迁徙过程中的微小位移的观测结果，2D-TIRF-SIM能清晰观测到旋涡状的作用力产生过程

2023年9月14日，生态环境部办公厅发布关于公开征求国家生态环境标准《入河入海排口监督管理技术指南 水质指纹溯源方法 (征求意见稿) 》意见的通知。为贯彻落实《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》《中华人民共和国海洋环境保护法》等法律法规及《国务院办公厅关于加强入河入海排污口监督管理工作的实施意见》（国办函〔2022〕17号）要求，指导各地开展入河入海排污口溯源，我部组织编制了《入河入海排污口监督管理技术指南 水质指纹溯源方法（征求意见稿）》，现公开征求意见。征求意见稿及其编制说明可登录生态环境部网站（http://www.mee.gov.cn）“意见征集”栏目检索查阅。标准中采用三维荧光法对水质指纹进行检测。原文提到，检测水质指纹的仪器主要是三维荧光光谱仪或者水质指纹溯源仪（其内置的设备也是三维荧光光谱仪）。此处对三维荧光光谱仪采用标准样品进行验证，以使不同三维荧光光谱仪测得的结果具有可比性。其主要是要求 0.1 mg/L 的L-色氨酸标准溶液的水指纹峰强度比值在 0.5~1.5 的范围内，此范围根据不同型号和不同使用年限的三维荧光光谱仪测试结果数据统计得出，以保证紫外区的信号强度达到使用标准。同时要求不同比例混合后的标准溶液水质指纹图谱与附录A中一致，则认为三维荧光光谱仪测试结果准确。

“为了更关键的可行性验证，我们需要直接在人体上采集活体成像数据。不过毕竟仪器还处于实验室里的工程样机阶段，搬去临床科室的条件尚不成熟。这时候伊丽莎白希尔曼 （Elizabeth M. C. Hillman）教授当仁不让地站出来，成为了 Medi-SCAPE 系统的第一位志愿者。”中国科学技术大学特任研究员梁文轩回忆道，“这样的成像实验我们至少做了三次，每次都持续三四个小时，全都是希尔曼 教授自己做受试。因为她坚持表示，在充分验证安全性之前，必须由她自己承担风险。”梁文轩博士（图片来源于网络）2022 年春季，他选择回国加入中国科学技术大学。在此之前，其在美国哥伦比亚大学祖克曼研究所从事博士后研究。针对临床对在体实时三维病理学显微成像的需求，他研制了小型化的扫掠共焦对准的平面激发（swept confocally-aligned planar excitation，SCAPE）原型系统，并通过实验探索了其在实时在体病理学成像领域的应用潜力。2022 年 3 月 28 日，相关论文以《高速光片显微镜用于原位获取活体组织的体积组织学图像》（High-speed light-sheet microscopy for the in-situ acquisition of volumetric histological images of living tissue ）为题发表在 Nature Biomedical Engineering 上 [1]。图丨相关论文（来源：Nature Biomedical Engineering）实时在体三维病理学成像的需求组织病理学在医院各科室的疾病诊疗中应用广泛，是包括各种癌症在内的绝大多数临床疾病的诊断金标准。常规的组织病理学检查首先需要活检取材，即通过开放式活检、内窥镜活检、穿刺活检等方式，在（疑似）病变区域切取小块组织样本，然后将该组织样本送检病理科，之后经过固定、脱水、浸蜡、包埋等一系列处理步骤制成病理切片，并将其放在光学显微镜下，观察组织的微观结构与细胞形态，从而分析和获取相关的病理学诊断信息。不过，需要说明的是，这套传统的标准流程也存在一定的局限。首先是得到病理准确结果的等待时间长，至少要十几个小时。后来临床中发展出了术中冰冻病理切片，简化了组织处理的步骤，但依然需要大概 20 分钟，所以无论是常规的组织病理还是术中冰冻病理，都不适合需要实时诊疗反馈的场景。其次，活检取材加病理学切片观察本质上是离体的观测手段，难免会切除正常组织，影响患者体验和术后恢复。此外，离体的活检组织会失去其在体时的代谢和功能动态，而这些信息却对判断活体组织的状态和病变程度来说颇具价值。因此，需要探寻一种更为理想的解决方案。比如，研发一种在体、原位的光学显微成像方法，在不切除组织的情况下，能够直接可视化活体组织的三维微观结构乃至其功能动态，给医生提供实时或者至少是即时的组织病理学级别的图像信息。这样既可以在肿瘤切除手术中为医生提供实时的诊断反馈，推动提升手术的精准度和疗愈率，也可以在诸如早癌筛查、治疗随访等临床场景中，辅助医生更准确、更快速地评估待探查组织的健康或病变状况，及时采取相应的诊疗措施，在保证检测准确率和灵敏度的前提下，尽量减少对正常组织的损伤，最终改善诊疗效率和患者体验。据介绍，临床上现有的各种手术显微镜和内窥镜，大多是基于宽场照明的反射光显微镜，只能拍摄组织表面的形态，无法可视化皮下（或黏膜下）的组织形态。因此，要想在不切片的前提下直接获取厚生物样本（即使仅有几十微米厚）的三维层析图像，也即实现对原位在体组织的三维显微成像，需要开发具有光学层析能力的三维光学显微成像方法。过去几十年来，具备光学层析能力的活体显微成像技术取得了诸多进展，诞生了多种不同的成像机制。其中，与病理学显微成像密切相关的主要有两大类。第一类是基于“点扫描光学层析”的显微成像，典型代表包括共聚焦（反射或荧光）显微镜、双光子荧光显微镜等。但其成像速度不足，易受活体组织运动的影响，难以实施大范围或者三维扫描成像。第二类是光片荧光显微镜，也被称为层状光选择照明显微镜。但由于其狭窄的样本空间，这种显微镜不适用于临床场景的活体组织成像。所以，理想的适合于实时在体病理学成像的显微成像技术应该具备以下几个方面的特征。第一，能够实现“无需切片、胜似切片”的三维成像效果的光学层析能力。第二，微米级别的空间分辨率。第三，可以兼容不同的组织形状和前视式成像架构的开放的样本空间。第四，拥有尽可能高的三维体积成像速度，以有效对抗活体组织运动的干扰，使得快速、大范围、三维全景成像成为可能，为临床诊疗提供更丰富、更全面的图像引导。探索 SCAPE 显微术于实时在体病理学成像领域的应用据介绍，基于前述的临床需求和现有成像技术的局限，在导师的指导下，他所在的团队启动了将 SCAPE 显微成像技术应用于实时在体病理学成像的探索，并将此研究项目称之为 Medi-SCAPE。作为扫描斜光片三维显微成像方法的代表，SCAPE 显微术由希尔曼 课题组于 2015 年率先提出。简单来说，其基本的工作原理是，使用单个主物镜既产生（相对于主光轴）倾斜的激发光片，又收集光片所激发的荧光，即同一个物镜以“双肩挑”的方式既用作激发物镜也用作探测物镜，从而将传统光片显微镜的正交双物镜架构简化为 SCAPE 的单物镜前视式架构。在继承正交光片显微成像的光学层析能力的基础之上，SCAPE 显微镜的第一个优势是提供了开放的样本空间。无论是线虫、斑马鱼、果蝇等模式动物，还是人体的器官和组织，只要能放置于主物镜前面，就可以实施三维成像，视野范围大约为 0.8 毫米见方 0.3 毫米深。其单物镜前视式架构与宽场手术显微镜和内窥镜一致，天然适合临床中的实时在体成像需求。不仅如此，SCAPE 显微镜还巧妙引入了远程光片扫描与去扫描机制，整机除了扫描振镜以外，没有其他的机械运动部件，可以在主物镜与样本保持相对静止的前提下完成高速三维成像，极大程度地提升了二维帧率和三维体积率的上限。在实际中，受限于科研级互补金属氧化物半导体相机的帧率，现行 SCAPE 显微镜的体积率大约在 10 体积/秒左右，相较点扫描模式而言，已经有数量级的提升，这是 SCAPE 显微镜的另一个重要优势。尤为关键的是，SCAPE 的三维体积率优势，使得在体大范围三维全景成像成为可能。医生不再需要采集规则排布的三维体数据阵列，而是可以自由地操控 SCAPE 显微探头，在待探查组织的表面随意游走。即使存在活体组织与探头之间的无规则轴向相对运动，SCAPE 的高速三维体积率仍能保证相邻的两组体数据块之间有足够的三维空间重叠，从而支持后期通过三维配准和融合算法“去抖动”，实现“漫游式”扫描三维全景成像。“这对于肿瘤边界判别、早癌筛查等临床应用尤为关键，也是我们希望将 SCAPE 显微镜推向临床应用的重要动力和信心来源。”他表示。据其介绍，SCAPE 显微成像技术问世以后，首先在生命科学领域的研究中显示了强大的潜力，在基础科学和技术创新两方面，都取得了一系列重要进展。在以往的成像实验中，样本通常是表达了荧光蛋白或钙离子指示剂的转基因培养细胞或者模式动物，其拥有相对较强的荧光信号。但在临床活体成像应用中，显然不能在人体细胞中表达荧光蛋白，而临床上获批允许用于人体的荧光染料的种类和特异性也有限。因此，该团队更希望能够借助机体的自发荧光来实施无标记成像。不过，需要说明的是，自发荧光是相对较弱的。那么，SCAPE 显微镜能否利用无标记组织的自发荧光信号，获得与标准病理学图像一致的微观组织结构，以及其成像结果能否有效反映健康组织和病变组织，在微观形态学或功能学方面的区别呢？图丨用 Medi-SCAPE 对多种新鲜小鼠组织进行无标记成像（来源：Nature Biomedical Engineering）围绕这一问题，该团队首先在小鼠上试验了肝、脾、肺、肾、胰腺等新鲜离体的器官或组织，验证了 SCAPE 显微镜能够在不破坏目标组织的前提下，有效地可视化其三维微观结构，并得到了与组织病理学切片图像高度匹配的三维图像。并且，他们也在活体小鼠肾脏上诱导了缺血和再灌注的过程，并成功追踪了肾皮质中近端和远端肾小管的荧光信号在此过程中的动态变化，验证了 SCAPE 显微镜在快速三维结构成像的同时，也能够捕捉活体组织的功能动态。图丨小鼠大脑和肾脏的体内功能成像（来源：Nature Biomedical Engineering）进一步地，他们测试了被手术切除的慢性肾脏病患者的新鲜肾脏，从 SCAPE 图像中清晰地观察到了小血管粥状硬化等血管形态方面的诊断特征，分辨毛细血管簇、鲍曼囊腔等肾小球内部结构，并能够区分出正常和出现硬化症的肾小球等。研制小型化 SCAPE 显微镜样机，实现同等效能的高速三维体积成像上述在体或新鲜离体小鼠组织的成像实验，都是在台式 SCAPE 显微镜上进行的。由于该设备的占地面积约 1 平方米，体积庞大，结构复杂，所以并不适用于术中肿瘤边界判定或皮肤病变治疗随访等临床场景。梁文轩 表示：“要在这些场景下充分发挥 SCAPE 显微技术的潜能，就需要一台小型化、轻便化的 SCAPE 显微成像探头。能否小型化或微型化，以及能小型化到什么程度，这是 Medi-SCAPE 项目需要回答的第二个关键问题，也是我当时主力承担的课题任务。”他和导师经过仔细分析，决定在第一代样机设计中不追求极致微型化，而是尽量采用市面上可以买到的元件，以完成初步的可行性验证为重点。基于此，梁文轩 通过深入思考，提出了模组化的创新架构。首先将光片生成透镜与荧光探测物镜整合为远端收发模组，简化掉了台式 SCAPE 设计的二向色镜和分叉光路；然后优化折叠了从第二物镜到主物镜的近端级联 4f 光路，使得前端模组更加紧凑。由此配合选用尺寸小得多的光学元件，他成功研制了一台小型化 SCAPE 显微镜样机，使整机面积缩小至台式 SCAPE 的 20%，并取得了同等水平的荧光收集效率和三维分辨率（约 0.81.12.1 微米），能够以约 10 体积/秒的体积率扫描成像约 400×700×160 微米长宽深的三维视场，且同样能够利用内源性自体荧光进行高速三维体成像。小鼠新鲜无标记组织的成像实验表明，该样机能够清晰解析肝、肾、肠粘膜等多种器官的细胞级精细结构。“虽然该样机的前端探头部分与科学级互补金属氧化物半导体相机装配在一起，并没有完全做到轻便灵活的手持式探头形态，但其全面采用了尺寸更小的光学元件，依然为 SCAPE 显微镜的小型化提供了有力的可行性验证。”他补充说。图丨 Medi-SCAPE 系统设计（来源：Nature Biomedical Engineering）此外，在台式和小型化 Medi-SCAPE 平台上，该团队还利用健康志愿者的舌头，模拟了大范围漫游采集模式。实验中由志愿者随意地“舔过”主物镜来模拟漫游模式，然后从所得的高速“体数据流”中可以准确估计和恢复相邻体数据块之间的三维错位，进而通过配准与融合算法生成涵盖若干毫米范围的三维全景图像。拼接后的全景图像呈现不规则的边界，这说明在应用 SCAPE 进行全景三维成像时，并不需要仔细地控制漫游轨迹，这也是 SCAPE 显微术独特的优势所在。“等到将来研制出更加便携的手持式 Medi-SCAPE 探头时，医生可以灵活地操控该探头在各种组织表面自由地游走以及调整探头的倾角，无需担心这些操作对三维全景拼接的影响，大大提升探头的临床实用性。”他说。图丨人体口腔的活体成像（来源：Nature Biomedical Engineering）致力于为基础科学和临床应用提供切实有益的解决方案据梁文轩介绍，他本科和硕士就读于清华大学生物医学工程系，以医学影像为主要研究领域。在硕士阶段，其研发了基于数字信号处理器芯片（Digital Signal Processor，DSP）的高性能三维锥束 CT 重建算法，通过深入底层汇编语言的流水线并行算法，大幅刷新了 DSP 平台上的算法性能记录。硕士毕业后，他来到美国约翰斯霍普金斯大学生物医学工程系攻读博士学位，将研究目光转向生物医学光学与光子学领域。在博士阶段，他主导研发了两代基于光纤扫描的微型双光子显微内窥镜，在直径仅 2.2 毫米、重量不足 1 克的超微型内窥探头中集成了双光子激发、焦点扫描和荧光收集等全部功能。博士毕业后，其在约翰斯霍普金斯大学从事了半年多的博士后研究，后入职哥伦比亚大学祖克曼研究所，跟随 SCAPE 显微技术的发明人开展博士后研究。除了如前所述的小型化Medi-SCAPE 样机研发，他还提出了基于纤维光锥的跨介质中间图像耦合机制，解决了制约介尺度 SCAPE 显微镜的信号效率瓶颈，并据此研发了具备 440.4 毫米长宽深超大视场的 meso-SCAPE 系统。目前，他在中科大担任特任研究员，在合肥本部物理学院和苏州高等研究院生物医学工程学院同时开展教学与科研工作。关于该项研究，他表示会有两个方面的后续计划。一方面是进一步推进 Medi-SCAPE 的微型化，朝着 10 毫米直径的细长硬管形手持式 Medi-SCAPE 探头，以及直径 3 毫米以下的柔性光纤微型 SCAPE 探头等目标前进。另一方面是与临床专家紧密合作，深入理解不同科室的特点和对在体病理学成像技术的需求，从而定制化开发台式、手持式或内窥式架构的 Medi-SCAPE 成像设备，并联合开展成像实验和临床测试等。此外，他所带领的课题组，未来仍会围绕活体三维显微成像开展方法学创新与应用研究，探寻成像原理、采集策略、架构设计等方面的方法学创新，为基础生命科学研究和临床诊疗应用创制切实有益的前沿技术和解决方案。“欢迎具有交叉学科背景或是希望获得交叉学科训练、有志于推动自主知识产权国产高端科研和医疗仪器研发的同学加入课题组，也诚挚希望能与怀有同样愿景的学术界和产业界同仁取得联系，深入磋商，共同努力。”梁文轩 最后说。参考资料：1. Patel, K.B., Liang, W., Casper, M.J.et al. High-speed light-sheet microscopy for the in-situ acquisition of volumetric histological images of living tissue. Nature Biomedical Engineering 6, 569–583 (2022). https://doi.org/10.1038/s41551-022-00849-72.Voleti, V., Patel, K.B., Li, W. et al. Real-time volumetric microscopy of in vivo dynamics and large-scale samples with SCAPE 2.0. Nature Methods 16, 1054–1062 (2019). https://doi.org/10.1038/s41592-019-0579-4本文作者：路雨晴

政策 更新置换先进科研技术设备日前，国务院印发《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》（以下简称《行动方案》）。《行动方案》提出到2027年，工业、农业、建筑、交通、教育、文旅、医疗等领域设备投资规模较2023年增长25%以上；明确实施设备更新行动中需提升教育文旅医疗设备水平，推动符合条件的高校、职业院校（含技工院校）更新置换先进教学及科研技术设备，提升教学科研水平。 据教育部高教司内部人士透露，未来有可能准备照国家要求储备一些政府投资项目且对相关设备提出要求，以高水平、大件仪器设备优先，务必优先国产设备。 解决方案 沃亿生物跨尺度三维成像沃亿生物fMOST相关设备是基于骆清铭院士MOST团队发明的荧光显微光学切片断层成像技术研发而成，该设备将超薄切片与显微成像相结合，使用时间延时积分(TDI)成像方法，实现对厘米级尺寸大样品组织的稳定高分辨率三维成像，是一种有别于传统成像技术的全脑光学成像设备，它打破传统显微成像技术在组织中的成像深度限制，全组织任意位置的轴向分辨率达1微米，能全自动化地高分辨率获取全脑神经结构、全器官/组织血管网络等三维数据集，极大提高相关研究的工作效率，能够应用于神经科学研究、心脑血管病研究、药物评价研究学科/领域，在大组织三维成像方面具有先进性。 该设备在脑疾病、脑网络发育、神经计算药物研究和病理研究等领域具有重要用途，不仅能获取小鼠全脑范围内的神经元、毛细血管、树突、轴突定性和定量信息，还适用于小鼠全脑连接图谱的获取、神经环路的全脑精准定位研究以及神经元的长程投射追踪。具体应用包括果蝇、斑马鱼、小鼠、大鼠、灵长类等模式动物在正常、疾病及发育过程中神经和血管网络的变化，以及各种组织、器官的在正常情况下以及疾病模型下的三维精细成像及重构。 2013年，通过教育部直属高校科研成果公开 挂牌交易转让的方式，沃亿生物购买了MOST系列技术的zhuan利。至此，沃亿生物组织力量开始消化技术，不断打磨细节、积累经验、调整方案，历经十余年的精细打磨，实现从原理机到高端科研仪器的转变。先后推出了适用于Golgi、Nissl、HE等传统组织染色方法的BioMapping1000以及适用于荧光全脑成像的BioMapping5000、BioMapping9000与BioMapping9500系列产品。该系列仪器稳定性高、鲁棒性强，具有长时间不间断的三维数据采集能力，特别适用于自动获取全脑内神经环路投射路径及其细胞构筑信息。 科研设备换新，fMOST相关设备作为国产的高端科研仪器无疑是最佳之选！ BioMapping 5000 荧光显微光学切片断层成像系统 01 产品简介BioMapping5000采用时间延迟积分（TDI）成像方式，通过对样本的多次曝光和信号累积，在保证高速成像的同时可实现高信噪比的成像，并结合创新性的化学成像样品处理方法可获得高轴向分辨率，实现对全脑树突棘分布的精细成像。 02 技术参数 成像模式 高速线性扫描荧光成像适用标记技术 Dylight594,mCherry,PI,GFP, YFP体素分辨率 0.35μm*0.35μm*1μm连续切削厚度 1-4μm最大样本体积 5㎝*5㎝*2.5㎝ 03 应用实例 △10100个海马神经元单细胞分辨率全脑投射图谱 BioMapping9000 荧光显微光学切片断层成像系统 01 产品简介BioMapping9000是基于fMOST技术的荧光三维成像仪器，基于斜光片成像与振动切片结合实现单细胞分辨率的全脑三维快速荧光成像仪器，与前述其他产品相比，具有成像速度更快的优势，能快速获取与分析全脑荧光数据，适合对批量样本进行高效筛选。 02 技术参数 成像模式 斜光片照明荧光成像适用标记技术 Dylight594,mCherry,PI,GFP, YFP体素分辨率 1.3μm*1.3μm*0.92μm连续切削厚度 20-200μm最大样本体积 5㎝*5㎝*2.5㎝ 03 应用实例 △小鼠c-fos全脑表达三维展示及定量胞体统计 BioMapping9500 荧光显微光学切片断层成像系统01 产品简介Biomapping 9500 是基于fMOST技术的多功能荧光三维成像仪器。具备高精度或高通量两种成像模式。搭载切片回收系统，便于后续实验。一站式高效成像平台，适用于多种应用场景。 02 技术参数 成像模式 线性扫描荧光成像适用标记技术 Dylight594,mCherry,PI,GFP, YFP体素分辨率 0.35μm*0.35μm*1μm连续切削厚度 1-200μm最大样本体积 5㎝*5㎝*3㎝ 03 应用实例 △基于琼脂糖包埋的振动切片与切片的全自动回收△272张切片 50μm厚度 11小时 △272张切片 50μm厚度 DAPI染色 7天

近日，中国科学院深圳先进技术研究院研究员郑炜团队提出一种基于激发光梯度编码的快速三维成像技术，可使双光子体成像速度比传统技术提升5至10倍。　　双光子显微镜具有亚微米级的成像分辨率和毫米级的成像深度，被广泛应用在神经结构和功能成像以及其他活体成像研究中。传统的双光子三维成像是将双光子激发的焦点在样品中进行逐层的二维扫描来实现的，这种三维成像方法不仅速度受限且增加了样品暴露在高能激光中的时间，对生物组织造成光损伤和光漂白，不利于活体组织的长时间成像。　　该研究提出的新型梯度光场双光子显微成像技术只需要进行两次二维扫描即可获得样品的三维信息，极大降低了激光对样品的损害。　　在生活中，可利用编码来确定位置。与此类似，梯度光场技术设计了一对轴向拉长并且强度梯度变化的焦点，利用这对焦点的强度变化来编码并解析出物体的位置：横向扫描第一个梯度焦点得到的图像中，位置较浅处的样品荧光强度强，位置较深处的样品荧光强度弱，第二个焦点对应的图像则正好相反。两幅图像的和反映了样品的真实三维荧光强度，图像的比值则反映了荧光的深度信息。该方法可一次分辨深度12微米内三维信息，荧光点轴向定位精度为0.63微米。梯度光场双光子显微镜非常适合活体细胞的三维成像，在观测巨噬细胞吞噬荧光小球的实验中，能够快速捕捉荧光小球在巨噬细胞内外的三维运动轨迹，并精确定量出巨噬细胞运载小球的速度。　　相关成果以Axial gradient excitation accelerates volumetric imaging of two-photon microscopy为题，发表在Photonics Research上。研究得到国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、重大研究计划以及广东省重点实验室等支持。 　　论文链接 （a）：梯度光场双光子显微成像原理、（b）：巨噬细胞吞噬小球过程、（c）：小球的运动轨迹、（d）：小球运动轨迹的量化与评估

组织透明化和光片显微镜诞生的必要性生物组织的三维特性使得生命科学的研究都需基于3D空间信息而进行分析，如脑部神经投射、血管分布以及肿瘤微环境等。传统组织学检测包括对冰冻或者石蜡包埋的组织样本进行切片，从而产生微米级别的切片，研究者可以对该切片进行免疫组化染色从而获得细胞层面信息。生物学家早就认识到组织薄切片比厚组织观察起来更加容易，显微切片机将组织切割成微米厚度的二维切片，通过二维切片我们可以获得单细胞层面的信息(Richardson & Lichtman, 2015)。但是三维组织结构可以让人们全面理解器官在正常功能和病理状态下的关键信息，例如神经系统就迫切需要进行三维结构的成像，因为大多数单个神经元向许多方向延伸，它们的真实性质和功能无法通过二维切片来确定；此外，发育生物学需要在三维结构上才能更好的认识器官甚至整个动物的形态发生(Chung et al., 2013)。因此获取完整生物组织在单细胞分辨率尺度上的三维结构一直是生命科学领域的重要目标之一。怎样才能获得组织的三维层面信息？一种方法是通过将一系列连续的切片输入电脑进行三维结构重建，但是这种方法在技术上具有挑战性，因为组织在此过程会被撕裂、折叠、压缩或拉伸从而导致组织某个部分的损失或变形，由于剖面不完整，最终的体积重建可能无法还原最原始的三维结构(Oh et al., 2014)。还有一种方法是使用光学切片技术进行整体成像，比如激光共聚焦、双光子显微镜和转盘显微镜等成像显微镜的使用，这些成像显微镜可以对小组织进行三维结构成像，但是这些现代的显微技术没办法解决组织太厚带来的严重速度滞后问题，以及强激光造成的光漂白、光毒性等问题。光学成像与细胞荧光标记相结合，因其具有良好的空间分辨率和高信噪比，是收集器官或组织单细胞分辨率信息的实用方法之一。然而，组织不透明是全组织和全器官光学成像的主要障碍之一，因此要进行光学成像就要进行组织透明化。那么是什么原因导致组织不够透明？在组织中，生物物质如水、脂类、蛋白质和矿物质通常以不均匀的混合物存在，它们的不均匀分布导致光发生强烈的横向散射，此外，生物物质有时会在细胞内外形成不均匀的结构，包括脂质颗粒和细胞器（如线粒体）、大的蛋白质簇（如胶原纤维）、甚至全细胞体积（如红细胞），当光被分子、膜、细胞器和组织中的细胞反射时，本来应该以直线传播的光线会发生多次偏移，因此光不能直接穿过组织从而形成光的散射(Tuchin, 2015 Wen, Tuchin, Luo, & Zhu, 2009)。组织不透明的另一个原因是光的吸收，血红蛋白、肌红蛋白和黑色素是生物组织中吸收可见光的主要分子，血红蛋白存在于所有脊椎动物（除了鳄鱼、冰鱼）和许多无脊椎动物中，样品内的光吸收可以限制激发光进入组织和荧光发射返回到探测器(Richardson & Lichtman, 2015)。正是由于光的散射和光的吸收，导致光的分布加宽、光的强度衰减，特别是在组织的深层区域，最终导致组织不透明，无法进行全组织三维结构光学成像。因此，组织透明化的目的主要是减少光的散射和吸收，以获得更好的光学成像效果（图1）(Gracie Vargas, 2001)。图1 实现组织透明化的关键步骤 (Susaki & Ueda, 2016)当光穿过组织时，由于脂质、色素的存在，导致光发生散射和吸收，从而组织不透明；组织透明化最主要的目的是通过脱脂、脱色等步骤从而减少光的吸收和光的散射。三种组织透明化方法类型：有机溶剂型、水溶剂型、水凝胶型经科学家的不断研究和突破，多种组织透明化方法相继被提出和优化。组织透明步骤包括：①样本固定；②样本透化（依据组织特性选择脱脂、脱钙、脱色、脱水或水化）；③折射率匹配。有机溶剂型透明化方法还涉及到组织脱水过程，根据组织成像需要还要涉及到样本免疫标记(图2)(Almagro, Messal, Zaw Thin, van Rheenen, & Behrens, 2021)；为了避免组织发生形变以及检测目标丢失，在透明化之前必须进行样本固定，但是固定程度需要控制，如果固定太弱，组织会软榻，如果固定过头，会阻碍免疫标记；一般使用多聚甲醛（PFA）、戊二醛（GA）进行组织固定，PFA可以均匀的固定大于500微米直径的样品，GA比PFA固定效果好，但是速度慢（分子较大，扩散速度慢），SWITCH方法通过改变pH提高GA效率，GA一般适合固定脆弱以及蛋白表达较弱的组织；在组织切片中我们通过抗原修复减少醛固定时造成的抗原表位封闭（二硫键），在水性透明化方法SHIELD采用聚甘油-3-聚缩水甘油醚（P3PE）既能固定组织又能保存蛋白质；透化过程中用到的试剂主要有三种类型：①有机溶剂；②高水化试剂；③脱脂试剂；随后用高折射率的物质替换组织液体进行折射率匹配，实现组织透明。(Park et al., 2018)。图2 组织透明化基本流程(Almagro et al., 2021)(a) 不同来源样本获取。(b) 用不同方式（去垢剂、醇类化学试剂、电泳）增加组织通透性。(c) 组织标记（抗体、染料、凝集素）以及透明化（有机溶剂型透明化方法、水溶剂型透明化方法）。(d) 组织成像（三维数据、定量分析）。依据各透明化方法中使用的溶剂及其作用原理将现有的组织透明化方法主要分为三类：有机溶剂型、水溶剂型、水凝胶型（图3）(Matryba et al., 2020 Ueda et al., 2020b)。基于有机溶剂的组织透明化方法通过使用高折射率（RI）的有机溶剂将不同成分的RI均质，从而获得极好的组织透明度。BABB组织透明化方法可以完全透明胚胎和幼鼠大脑(Dodt et al., 2007)，但该方法中乙醇脱水作用会导致内源性GFP信号淬灭，无法透明有髓组织。通过引入四氢呋喃（THF）和二苄醚（DBE）, 3DISCO能够实现大多数成年啮齿动物器官的良好透明度，并将FPs保存几天，虽然DBE能有效保护内源荧光信号，但是DBE降解产物如过氧化氢、醛类物质会对荧光蛋白产生有害干扰(Erturk et al., 2012)。与3DISCO相比，uDISCO能够实现全身透明化和成像，并在数月内保持内源性FPs(Pan et al., 2016)。a-uDISCO是uDISCO的改良版本，通过调节pH条件提高荧光强度和稳定性(Li, Xu, Wan, Yu, & Zhu, 2018)。然而，uDISCO和a-uDISCO都不能有效的透明化高度着色的器官和硬组织。为了解决这些限制，赵瑚团队开发了聚乙二醇(PEG)相关溶剂系统(PEGASOS)，该系统可以透明所有类型的组织，同时保留内源性荧光(Jing et al., 2018)。朱丹教授团队通过温度和pH值调节开发了一种基于3DISCO，称为FDISCO，FDISCO有效的保存了FPs和化学荧光示踪剂，并允许在几个月内重复拍摄样品(Qi et al., 2019)。最近开发的sDISCO通过添加抗氧化剂稳定DBE，进一步保留了荧光信号。蛋白质也可以通过免疫标记来观察。由Renier等人开发的iDISCO可以对小鼠胚胎和成年器官进行全贴装免疫标记和体积成像(Renier et al., 2014)。vDISCO是一种基于纳米体的全身免疫标记技术。该技术将FPs的信号强度增强了100倍以上，并揭示了Thy1-GFP-M小鼠的全身神经元投射(Cai et al., 2019)。虽然有机溶剂方法表现出出色的透明性能，并实现了亚细胞分辨率的全身成像，但也存在一些不足，例如样品的大幅收缩、大多数有机溶剂的毒性和荧光蛋白的猝灭。由于油性透明化方法存在诸多缺点，水性透明化方法诞生，水性与油性透明化方法最大区别在于水性试剂具有强亲水性，更有利于荧光信号的保存，适用于自带荧光的组织样本进行透明化。水性透明化试剂主要包括：单纯浸泡透明化和高水化脱脂透明。ClearT是基于甲酰胺的浸泡型透明化方法，速度快，但是会导致组织膨胀且荧光信号会淬灭。PEG可以稳定蛋白质构象，继而发展了可保留荧光蛋白的ClearT2透明化技术，但该方法透明度比ClearT低。SeeDB技术以果糖和硫代甘油为主要成分，可以在几天内将组织透明化，但果糖粘度过高导致组织内渗透性低，在此基础上衍生出FRUIT透明化方法，尿素的使用降低了果糖粘度，提高试剂流动性和渗透性。浸泡型透明化方法不能去除脂质，因此样本透明度有限。SDS、Triton X-100可以有效去除脂质，水化法通过在透明化过程中去除脂质，利用水化作用降低样本折射率进而实现组织透明化。Scale技术利用尿素水化作用进行透明化，可保留荧光信号，但该方法操作时间较长，易导致组织破碎。CUBIC在Scale基础上添加了胺基醇，可以去除血红素使组织脱色,也可以保留荧光信号(Tian, Yang, & Li, 2021)。水凝胶解决了高浓度去垢剂导致样本形变的问题，水凝胶与样本中蛋白质和核酸分子形成共价连接便可以固定和保护细胞结构。水凝胶型组织透明化方法是一种基于水凝胶的组织透明化方法，利用丙烯酰胺凝胶将生物分子固定在它本来的位置，用水凝胶来替换组织中的脂类，让溶液中的单体进入组织，然后对其稍微加热，上述单体开始凝聚为长分子链，在组织中形成高分子网络，这一网络能够固定组织的所有结构，但不会结合脂类，随后快速将脂类抽出，便获得了完整透明的立体组织，如脑组织中的神经元、轴突、树突、突触、蛋白、核酸等都完好的维持在原位。这种独特的组织脱脂方法能够最小化结构破坏和生物分子损失。该方法的脱脂方式主要有两种：电泳和简单被动脱脂，均能有效去除脂质，从而大大提高了水凝胶组织的光学透明度和大分子通透性(Chung et al., 2013 Treweek et al., 2015)。CLARITY透明化方法利用凝胶包埋样本，并利用电场力去除脂质使样本快速透明；SHIELD通过环氧化物P3PE固定组织实现蛋白的保护，之后使用SDS进行被动或主动脱脂。水性透明化方法虽然可以部分解决荧光蛋白易淬灭的问题，但是也存在透明时间长，透明能力低的缺点，一般适用于小样本组织透明化。水凝胶透明化方法操作过程复杂，且需要一定的设备。图3 组织透明化方法的主要类型 (Ueda et al., 2020b)(A) 有机溶剂型透明化方法通过使用有机溶剂依次将组织进行脱水、脱脂、折射率匹配，在短时间内可使组织完全透明。然而，有机溶剂会快速漂白荧光蛋白的信号并且使组织皱缩。(B) 水溶剂型透明化方法以水溶性试剂对组织依次进行脱色、脱脂、折射率匹配，从而使组织完全透明。该方法具有更高的生物安全性和兼容性。(C) 水凝胶型透明化方法通过凝胶将生物分子固定在原来的位置，随后对组织进行脱色、脱脂、折射率匹配操作，从而使组织透明。基于水凝胶的方法可以保留足够的RNA用于分析，如荧光原位杂交；由于水凝胶网会固定组织，因此会使组织体积扩大几倍。组织透明化方法的选择（对于不同检测目标、不同组织、含有特定化学成分的组织选择的组织透明化方法以及试剂不同）组织透明化从2014年兴起以来，前期主要在神经科学领域广泛应用，随着透明化方法的不断改进，目前在发育生物学、免疫学、肿瘤学研究中也被广泛应用。检测目标不同，透明化方法中的试剂选择不同，水凝胶适用于不稳定分子如RNA的保存，CLARITY方法中用到的化学试剂单丙烯酰胺或双丙烯酰胺对细胞内部结构进行很好的固定，使得在后期脱脂等处理后组织内部结构依然保持；常用的样本固定试剂是甲醇，在使用过程中可以较好的固定蛋白质（表1）(Almagro et al., 2021)。表1 不同试剂适用于不同检测目标(Almagro et al., 2021)水性试剂蔗糖和尿素对内源性荧光试剂、脂类试剂比较友好；而有机溶剂苄醇-苯甲酸苄酯(BABB)会造成脂质洗脱和蛋白质荧光基团淬灭，所以不能用于脂肪组织的检测；聚乙二醇(PEG)是有机溶剂型透明化方法PEGASOS中用到的试剂，可以有效保护内源性荧光；此外在有机溶剂型透明化方法中可以通过调节pH、温度达到保护荧光的效果，如FDISCO在四氢呋喃(THF)中，维持碱性pH和低温下，EGFP荧光信号可以维持数月（表2）。此外，免疫标记中使用的小分子染料（如细胞核染料DAPI、碘化丙啶、RedDot和SYTO）、凝集素、抗体对目标进行标记，其中抗体被动扩散速度非常慢，免疫染色可以通过优化抗体浓度、温度、孵育时间等提高染色效率；我们也可以通过减小样品体积、用小分子荧光染料代替抗体增强染色效果。也可以通过改变荧光标记的亲和属性如SWITICH方法，让它们在组织中自由扩散再进行结合；通过电泳的方式也可以提高染色效率(Almagro et al., 2021)。 表2不同试剂对于荧光信号的保留(Almagro et al., 2021)此外，某些组织中含有较难去除的成分如色素、脂肪，其中血红素是组织中较难去除的色素，仅仅通过灌注PBS不足以去除肾脏、心脏、肌肉、肝脏中的血红素，可以选择含有漂白剂成分的试剂进行脱色如双氧水，并且能去除自发荧光，但是过氧化物处理会损伤目标荧光蛋白，所以荧光标记一般在漂白之后进行；前列腺和乳腺富含脂肪，会阻碍抗体进入、光线穿透，可以选择含有去垢剂成分的组合如TritonX-100、SDS、CHAPS等进行脱脂，去污剂可以破坏脂质双层使组织形成可以运输出组织的胶束，SHANEL方法中的CHAPS能生成较小的胶束，能更快的从组织中析出，具有有效的去脂效果。当组织较大时，被动去脂速度就比较慢，这时可以通过电泳的方式加快进程；电泳组织透明设备（ETC）和随机电子迁移（使用旋转电场或在单向电场内旋转样品）可以加速去脂。其它类型组织如硬组织骨骼，其中含有的钙化矿物质阻碍光的穿透，50%-70%的骨骼由遍布蛋白基质的钙化羟基磷灰石（HAP）晶体组成，这时可以选择含有钙螯合剂组合的方法如乙二胺四乙酸（EDTA）中性缓冲液，进行脱钙处理（表3）(Almagro et al., 2021)。表3不同试剂对于细胞组分去除(Almagro et al.,2021)组织透明化方法的应用范围不同组织在透明化方法的选择上都有所不同，根据组织成分、检测目标、组织类型选择不同的透明化方法，下表是不同透明化方法在不同健康以及肿瘤组织上的应用实例，对于组织在选择方法的时候可以借鉴这些实例，从而更好的避开长时间的摸索（表4）。表4 不同透明化方法应用到不同肿瘤组织举例(Almagro et al., 2021)此外，利用组织透明化方法可以实现人类器官三维成像（图4）(Ueda et al., 2020a)。图4 人类胚胎组织以及器官透明化三维结构图(Ueda et al., 2020a)(a) 胚胎周围神经三维图像。(b) 泌尿系统中的肾脏和Wolffian管。(c) 胚胎背部、手臂、头部肌肉。(d)手部脉管系统。(e)手部三种感觉神经。(f)肺上皮小管。参考文献Almagro, J., Messal, H. A., Zaw Thin, M., van Rheenen, J., & Behrens, A. (2021). Tissue clearing to examine tumour complexity in three dimensions. Nat Rev Cancer, 21(11), 718-730. doi:10.1038/s41568-021-00382-wCai, R., Pan, C., Ghasemigharagoz, A., Todorov, M. I., Forstera, B., Zhao, S., . . . Erturk, A. (2019). Panoptic imaging of transparent mice reveals whole-body neuronal projections and skull-meninges connections. Nat Neurosci, 22(2), 317-327. doi:10.1038/s41593-018-0301-3Chung, K., Wallace, J., Kim, S. Y., Kalyanasundaram, S., Andalman, A. S., Davidson, T. J., . . . Deisseroth, K. (2013). Structural and molecular interrogation of intact biological systems. Nature, 497(7449), 332-+.Dodt, H. U., Leischner, U., Schierloh, A., Jahrling, N., Mauch, C. P., Deininger, K., . . . Becker, K. (2007). Ultramicroscopy: three-dimensional visualization of neuronal networks in the whole mouse brain. Nat Methods, 4(4), 331-336. doi:10.1038/nmeth1036Erturk, A., Becker, K., Jahrling, N., Mauch, C. P., Hojer, C. D., Egen, J. G., . . . Dodt, H. U. (2012). Three-dimensional imaging of solvent-cleared organs using 3DISCO. Nat Protoc, 7(11), 1983-1995. doi:10.1038/nprot.2012.119Gracie Vargas, M., Kin F. Chan, PhD, Sharon L. Thomsen, MD, and A.J. Welch, PhD. (2001). Use of Osmotically Active Agents to Alter Optical Properties of Tissue: Effects on the Detected Fluorescence Signal Measured Through Skin.Jing, D., Zhang, S., Luo, W., Gao, X., Men, Y., Ma, C., . . . Zhao, H. (2018). Tissue clearing of both hard and soft tissue organs with the PEGASOS method. Cell Res, 28(8), 803-818. doi:10.1038/s41422-018-0049-zLi, Y., Xu, J., Wan, P., Yu, T., & Zhu, D. (2018). Optimization of GFP Fluorescence Preservation by a Modified uDISCO Clearing Protocol. Front Neuroanat, 12, 67. doi:10.3389/fnana.2018.00067Matryba, P., Sosnowska, A., Wolny, A., Bozycki, L., Greig, A., Grzybowski, J., . . . Golab, J. (2020). Systematic Evaluation of Chemically Distinct Tissue Optical Clearing Techniques in Murine Lymph Nodes. 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扫描电子显微镜，作为实验室必备工具，其功能如同照相机一样，让我们清晰的观察到材料的微观形貌，放大的尺度可以达到微米级甚至是纳米级别。扫描电子显微镜原理图一 扫描电子显微镜图片（左）和EDX图片（右）扫描电子显微镜的原理是利用电子束轰击样品产生二次电子、背散射电子、特征X射线、阴极荧光等信号，这些信号会被不同功能的探头分别接收，成像得到相对应的图片。比如二次电子信号获得的图片是材料的微观形貌，这个图像是灰度图，如图一（左）。特征X射线的图片则反应了材料的成分表征，但这个图片相比于二次电子形貌图，它是一张彩色图片，如图一（右）。由于扫描显微图片是二维的，是无法直观的获得Z方向的高度值。但样品表面的实际形貌是三维的，或许获得一个三维图像，可以更加准确的得到真实形貌。我们测试一个铝合金的断口，利用Hitachi Map 3D和SU5000的五分割BSE探头的外环四象限，分别获取图片并最终形成一张三维图片，再获取EDX的成分表征结果，两者叠加，可以得到一张彩色的三维形貌成分图，如图二所示。不仅可以在X，Y，Z方向准确的观察样品材料，同时获得三维成分信息分布的情况。图二 3D形貌EDX图片日立多功能自动化热场扫描电子显微镜SU5000，不仅配置有多个高性能探头，还可以对其增加多种扩展附件及软件，如EDS，EBSD，拉伸台，压缩台，加热台，制冷台，冷冻传输，真空转移，纳米操作手等，也可以进行光镜与电镜联用，原子力显微镜联用，拉曼联用， 3view超薄切片等，甚至可以多附件的联合使用，真正实现了一机多能。图三 SU5000及5分割BSE探头公司介绍：日立科学仪器（北京）有限公司是世界500强日立集团旗下日立高新技术有限公司在北京设立的全资子公司。本公司秉承日立集团的使命、价值观和愿景，始终追寻“简化客户的高科技工艺”的企业理念,通过与客户的协同创新，积极为教育、科研、工业等领域的客户需求提供专业和优质的解决方案。 我们的主要产品包括：各类电子显微镜、原子力显微镜等表面科学仪器和前处理设备，以及各类色谱、光谱、电化学等分析仪器。为了更好地服务于中国广大的日立客户，公司目前在北京、上海、广州、西安、成都、武汉、沈阳等十几个主要城市设立有分公司、办事处或联络处等分支机构，直接为客户提供快速便捷的、专业优质的各类相关技术咨询、应用支持和售后技术服务，从而协助我们的客户实现其目标，共创美好未来。

显微仪器是科学研究中常用的一种仪器，专门用于观察微观事物，但是科学研究经常是既要观测微观，又要了解全貌。清华大学团队日前发布的新型智能光场显微仪器就突破了传统显微仪器的能力“瓶颈”，做到了既能观测微观，又能观测全貌，同时还可以在动物活体时实现对其细胞的高精度三维观测，这是我国在高端仪器领域研发和产业化方面又一个突破。在清华大学成像与智能技术实验室，同学们正在使用由中国工程院院士、清华大学信息科学技术学院院长戴琼海团队开发的新型智能光场显微仪器，对小鼠的大脑神经元活动进行观测研究。屏幕上可以看到小鼠脑部影像，实时展示小鼠脑神经对图像、音乐等刺激做出的不同响应过程。据介绍，新型智能光场显微仪器借鉴了果蝇的复眼结构，通过几百万个微小镜头捕捉细胞所发出的微弱荧光，同时研发团队独创了数字自适应光学架构，首次在显微仪器上实现了既“看得宽”又“分得清”的效果，不仅能清楚显示细胞及细胞器层面的微观场景，传统显微仪器无法做到的整体观测、三维观测、长时程高速观测也能够一一实现，将可应用于生命科学和医学等多领域研究。解放军总医院耳鼻咽喉头颈外科学术主任 戴朴：它给我们带来的革命性变化，首先是宽视场，一个非常大的空间范围，甚至它有一定的深度，形成了一个立体3D的观察。耳蜗接收到信号以后，它在大脑有一个非常复杂的传递过程，要涉及各级的神经元，通过长时程和宽视场的仪器观测，就有可能能够揭示出听觉活动的规律。

对于生物医学研究，著名物理学家理查德费曼有句名言：“...很多基础生物学的问题是很容易被回答的；你只是需要看到它们就够了”。这句话一定程度上说明了直接观察的光学显微镜对于细胞生物学、发育生物学、免疫学、病理药理学等生物医学研究的重要性。但是受衍射极限的限制，传统光学显微镜的分辨率理论上只能达到光波长的一半。近20年来，超分辨荧光显微成像技术的出现有效打破了光学衍射极限的束缚。基于单分子定位技术的超分辨显微镜（SMLM）和受激发射损耗显微镜（STED）以及结构光照明超分辨显微镜（SIM）等技术在众多课题组的努力下都得到了长足发展，尤其是结构光照明显微镜由于成像速度快、光毒性小、无需特殊荧光标记等优势，已成为生命科学领域尤其是活细胞成像中最受欢迎的技术手段。近期，苏州医工所李辉课题组围绕着结构光照明超分辨显微成像方法、高保真SIM重构算法、以及国产化的SIM显微镜研制等方面取得了一系列重要进展。 　　三维成像方法因可以获取到更多的生物样品信息而备受关注。但是现有的三维成像不可避免的带来离焦模糊和时间分辨率差的问题，很难用于对样品的快速三维动态成像。为了实现对厚样品的快速三维成像，李辉课题组发展了基于数字微镜阵列器件(DMD)和液体变焦透镜（ETL）的结构光照明层切显微技术，并开发了基于两张原始图像的层切成像算法。该方法将传统的三维层切成像的速度提高了数倍以上，课题组利用该技术对斑马鱼和大脑血管的心血管系统进行了高速动态成像，清晰地显示了心脏跳动期的收缩-舒张过程以及腹部血管的蠕动特性。相关成果以“Four-dimensional visualization of zebrafish cardiovascular and vessel dynamics by a structured illumination microscope with electrically tunable lens”为题发表在Biomedical Optical Express（2020）上，其中博士生陈冲为论文第一作者。 　　图1 基于两张正反图像的结构光照明层切算法（左）；斑马鱼心脏跳动过程的快速三维成像（右）。 　　结构光照明超分辨成像技术在多种纳米尺度的亚细胞结构研究中已经得到广泛的应用。但是对于具有大动态范围的样本，例如聚集的细胞囊泡，样品中荧光较强的聚集性区域和亮度较弱的稀疏区域不能同时呈现。现有的SIM方法针对这种样品无法重建出高质量的图像。对此，李辉课题组提出了一种采用多重曝光采集的高动态SIM成像方法HDR-SIM，采集三组不同强度照明的SIM图像然后融合出一帧超分辨图像。用HDR-SIM，强度相差400多倍单个和聚集的荧光小球样本在同一张SIM超分辨图中可以同时观察到，并且对分辨率不会产生影响。在使用本方法观测不同尺度的细胞囊泡结构，单个小囊泡和大的囊泡聚集都可以同时获得清晰的分辨。相关成果以“High Dynamic Range Structured Illumination Microscope Based on Multiple Exposures”为题发表在Frontiers in Physics (2021)上，其中梁永为论文第一作者。 　　图2 高动态SIM成像原理（左）；“聚集-单个”的荧光小球高动态SIM成像（右）。 　　在结构光照明成像过程中，超分辨图像重建算法尤为关键。SIM重建算法的一些固有缺陷造成超分辨图像中经常出现重构伪影，使得SIM图像的保真度经常受到质疑，并且图像重建时需要完成一系列复杂的参数设定，限制着普通用户对SIM技术应用。李辉课题组开发了一种基于点频谱优化的高保真SIM重建算法。该算法有效克服了常规SIM算法极易产生重构伪影且光学层切能力差的问题，对不同质量原始数据的处理均能获得具有极少伪影和良好光学层切的高质量超分辨图像，有效提高了SIM成像的保真度。同时，该算法对OTF失配和用户自定义参数不敏感，使用生成的理论OTF和较少的参数即可重构高质量SIM图像，降低了SIM成像对实验实施和后处理重构的高要求，提升了算法对普通用户的友好度。相较于几种传统的SIM算法, HiFi-SIM算法对多种不同图像质量、不同样品复杂度、不同图像来源(商用设备/自主搭建SIM系统)的原始数据进行重建, HiFi-SIM均展现出了最少的重建伪影和最优的图像质量。相关成果以“High-fidelity structured illumination microscopy by point-spread-function engineering”为题发表在国际光学类顶级期刊Light: Science & Applications (2021) 上，其中文刚为论文第一作者。 　　图3 高保真结构光照明超分辨成像重建算法HiFi-SIM（左）；细胞结构HiFi-SIM与其他算法重建结果比较（右）。 　　李辉课题组自2014年以来一直专注SIM成像的技术创新、仪器研发和应用推广，开发了多种形式的结构光照明显微镜系统。最近，基于课题组最新的研究成果，研发了一套可集成于显微镜下层光路的结构光照明插件，具有结构紧凑、方便易用等特点。插件可配置国产倒置荧光显微镜，实现了SIM超分辨成像系统的国产化替代。首台机器已经于近期交付某大学用户进行试用。 图4 插件式结构光照明超分辨成像系统 　　以上工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金委项目的支持。

光学显微镜至今已有三百多年的历史，从观察细胞的初代显微镜发展到如今打破分辨率极限的超分辨显微镜。近年来，生命科学领域蓬勃发展，对显微成像技术不断产生新的需求，光学显微镜不断向更高分辨率、快速成像、3D成像等高端技术方向发展。我国高端光学显微镜市场长期处于被国外产品垄断的局面，许多关键核心部件依赖进口。令人欣喜的是，近五年来，市场上涌现出多种国产高端光学显微镜，包括超分辨显微镜、双光子显微镜、共聚焦显微镜、光片显微镜等，逐渐打破当前市场格局。基于此，仪器信息网特别制作“破局：国产高端光学显微镜技术‘多点开花’”专题 ，并向国产光学显微镜企业广泛征稿，以了解各企业主要高端光学显微镜产品技术特点和发展进程。本篇为武汉沃亿生物有限公司（以下简称“沃亿”）供稿。自2013年起，沃亿生物先后多次购买骆清铭院士和龚辉教授带领的MOST团队（以下简称MOST团队）技术专利，推出BioMapping1000、BioMapping3000、BioMapping5000和BioMapping9000显微光学切片断层成像（MOST)技术/荧光显微光学切片断层成像（fMOST）技术的系列仪器设备，在国内外得到广泛应用。仪器信息网: 请回顾一下贵公司光学显微镜技术的发展历程。沃亿生物的光学显微镜技术是来源于骆清铭院士和龚辉教授带领的MOST团队发明的显微光学切片断层成像系列技术（MOST /fMOST)。MOST团队从2002年开始，经过近十年的努力、自主研发了拥有自主知识产权的显微光学切片断层成像技术（MOST），通过从理论、方法到仪器的系统性研究，建立了一套完整的技术体系，解决了厘米尺度样品的三维亚微米高分辨成像难题，在此基础上获得了世界上第一套小鼠全脑高分辨率图谱，相关成果发表于2010年Science杂志。为满足不同的科研需求，MOST团队进一步发展了具有不同成像特点与系统性能的fMOST系列成像技术。2013年，MOST团队建立了荧光显微光学切片断层成像（fMOST）技术，实现了单神经元水平的荧光小鼠全脑三维连续成像，并首次实现了单神经元轴突的长程追踪。2016年，MOST团队建立了一种类似全球定位系统（GPS）的全脑定位系统（BPS），实现对荧光标记的单神经元及其共定位细胞构筑信息的双色同时成像，达到在单细胞分辨的三维精准定位下获取神经元的三维完整形态，为神经元分类问题研究提供了可靠的形态学数据，相关结果发表在Nature Communications杂志上。2021年3月，MOST团队在Nature Methods杂志发表了高清晰荧光显微光学切片断层成像（HD-fMOST）技术，利用线照明调制显微成像新原理，实现了高分辨率、高通量、高清晰度、高鲁棒性的全脑三维成像，解决了神经元胞体与突起纤维信号亮度差异极大的探测难题，做到了“在太阳旁边观察星星”。2013年，通过教育部直属高校科研成果公开挂牌交易转让的方式，沃亿生物购买了MOST系列技术的专利。专利买回来后，沃亿生物组织力量开始消化技术，不断去打磨细节、积累经验、调整方案，耗时四年，历经3个重大版本更新，成功推出BioMapping1000产品，实现从原理机到高端科研仪器的转变。该产品适用于Golgi、Nissl、HE等传统组织染色方法，实现对大尺寸生物组织样品的高分辨率三维连续成像，是获取生物组织三维精细结构信息的理想工具，可用于果蝇、斑马鱼、小鼠、大鼠、灵长类等模式动物及人体组织的神经、血管等不同结构特征的成像。BioMapping 1000显微光学切片断层成像仪此后，沃亿生物经过近十年的精细打磨，又先后推出了适用于荧光全脑成像的BioMapping3000、BioMapping5000与BioMapping9000系列产品。该系列仪器稳定性高、鲁棒性强，具有长时间不间断的三维数据采集能力，特别适用于自动获取全脑内神经环路投射路径及其细胞构筑信息。仪器信息网: 当前贵公司主推的产品和技术有哪些。贵公司在高端光学显微镜方面有哪些独具优势的技术？ 沃亿生物主要产品为基于MOST系列技术的BioMapping1000、BioMapping3000、BioMapping5000、BioMapping9000，以及配套应用于MOST/fMOST成像的技术服务，包括全脑神经投射、跨尺度血管网络、三维胞体定量分析、单细胞形态学分析、空间蛋白定位、多方位三维成像。沃亿生物的光学显微镜技术最大的亮点是完全基于由我国科研团队发明的原创技术进行成果转化。BioMapping3000设备基于数字微镜阵列的结构光照明调制显微成像方法，具有宽场大容积层析成像的高通量多通道特点，结合转基因小鼠、荧光染料、腺相关病毒(AAV)示踪等荧光标记技术，实现突起级别的三维高分辨荧光成像，适用于神经元和血管的双色成像、形态分析及神经元长程投射追踪、介观神经联接图谱分析、血管网络分析等。BioMappping5000设备采用时间延迟积分（TDI）成像方式，通过对样本的多次曝光和信号累积，在保证高速成像的同时可实现高信噪比的成像，并结合创新性的化学成像样品处理方法可获得高轴向分辨率，实现对全脑树突棘分布的精细成像。BioMapping9000是基于斜光片成像与振动切片结合实现单细胞分辨率的全脑三维快速荧光成像仪器，与前述其他产品相比，具有成像速度更快的优势，能快速获取与分析全脑荧光数据，适合对批量样本进行高效筛选。仪器信息网: 请介绍一下贵公司主推的光学显微镜当前的市场现状如何？整体技术发展趋势如何？从各国脑计划的开展过程可以看到，一系列新型显微成像技术的诞生也在不断帮助生物科学家们拓宽研究场景，进行更深层次的探究。例如，超高分辨光学显微镜突破了光学衍射的极限，在FISH原位杂交等单分子成像领域展现了实力；双光子显微镜更适用于组织深层成像，实现了小型化长时程活体成像。全脑光学成像技术是近10余年新兴的技术领域，利用光学的方法以亚细胞分辨率获得全脑的三维精细结构，在助力脑介观联接图谱的绘制方面独具应用价值。MOST系列技术以高分辨率成像质量为技术特色，在这一领域处于全球领先地位。经过与国内外知名科研院所开展的广泛合作与应用，相关技术路线逐步成熟，已形成了从样本制备、三维成像到数据处理的全链条解决方案，备受合作伙伴的好评与认可，也是目前全脑介观联接图谱绘制的主流技术。基于MOST技术的沃亿生物BioMapping系列设备，也在国内外得到广泛应用，特别是在华中科技大学苏州脑空间信息研究院落地应用，已开始“以工业化的方式大规模、标准化地产生数据并绘制脑图谱，将改变神经科学已有的研究方式”。仪器信息网: 贵公司高端光学显微镜在生命科学研究中有哪些应用？沃亿生物的BioMapping系列产品可用于生物组织样品的单细胞分辨率三维精细结构及空间定位成像，特别是大尺寸样品。可应用于多物种研究，如小鼠、大鼠、树朐、雪貂、猪、猴、人等；可应用于不同器官研究，如脑、脊髓、眼球、肝脏、心脏、肠等；可应用于不同研究模型，如正常模型、疾病模型、发育模型等。MOST/fMOST系列技术已经在神经生物学、发育生物学、肿瘤生物学等领域发挥着重要作用，相关应用成果在Science、Nature等国际知名学术期刊多次发表。通过沃亿生物的BioMapping系列产品，科学家们可以结合Golgi、Nissl、HE等传统组织染色方法和转基因小鼠、免疫染色、荧光染料、腺相关病毒(AAV)示踪等荧光标记技术，以亚细胞分辨率开展大尺寸样本的三维信息获取。依靠这些技术，可以进行全脑任一脑区单细胞形态学分析、三维胞体定量分析、长程和局部神经投射分析；建立哺乳类动物全脑介观立体定位三维脑图谱，绘制脑内不同类型神经元的空间分布图谱及输入输出神经联接图谱，建立模式动物介观脑联接图谱及其数据库。此外，还可以通过对蛋白空间定位分析，绘制具有单细胞分辨率的蛋白表达空间分布图谱，助力脑科学、类器官发育和毒理学相关研究；通过跨尺度的血管网络分析、药物空间分布评估，从脑组织到全器官，从形态学研究到病理机制研究，多方位的三维成像分析，助力血管疾病相关的发病机理和药物研发等研究。还有更多潜在的应用场景，等待我们与合作伙伴一起去开发和展示。可以说，亚细胞分辨率全器官尺度的三维光学成像技术为生物学家打开了一扇窗，可以从三维立体的角度审视相关生命现象，为回答重要的生物学问题提供新的依据。仪器信息网: 从整个行业的角度，对于目前的高端光学显微技术，您比较看好哪些？还有哪些问题亟待解决？现有的高端光学显微技术，特别是全脑光学成像技术主要还是应用在小鼠、大鼠、果蝇等小型模式动物上。我们认为科学研究的最终目标还是要解析人，其中人类大脑皮层约是小鼠的1000多倍，这对技术工具提出了极大的挑战。要实现这一终极梦想，能够对大体积样品进行高分辨成像的完整器官三维光学显微成像技术是关键领域。特别适用于大尺寸生物组织成像的MOST技术，因采用机械切削的方式打破成像深度限制，扩展到人体器官尺度的三维光学成像，相较于其他无需切削的同领域技术将更有优势。当然我们也注意到从小型模式动物的全脑成像跨越到人脑或人体组织器官的三维整体成像，还是有许多技术问题有待解决。例如样本标记技术，不同于模式动物，适用于人体组织器官的标记技术相对较少，转基因、病毒示踪标记等先进的标记技术都无法直接使用，均一、高效的大体积染色技术将值得尝试与探索。扩展到人的完整器官成像，成像范围提高了几个数量级，超大体积样本的制备、成像设备的数据采集效率优化及长时程稳定性、随之而来的PB级数据存储及处理分析等，都将是亟待解决的巨大挑战。仪器信息网: 从整个行业的角度，您如何评价目前高端光学显微镜的应用情况？应用过程中还有哪些亟待解决的问题？未来光学显微镜应用将会如何发展？目前得益于生命与健康领域的蓬勃发展，高端光学显微镜得到越来越多的关注与重视，已逐渐在各大科研院所、医疗机构等普及。全脑三维光学成像技术作为其中典型代表之一，也得到了广泛的应用空间。在推广应用的过程中，我们体会到将学术成果快速转化成商业化、实用性强的设备及解决方案，还存在很多挑战。一项新的技术诞生后，如何展示出独特的应用价值，如何向生物学家快速普及相关知识，如何提高设备的易用性使之成为具有普适性的科研工具，从而广泛应用于更多的科研领域及范围，都是值得我们深入思考并积极寻求解决方案的。我们相信，未来全脑光学成像技术在提高分辨率、成像速度、成像质量、成像范围的基础上，结合体外、体内等功能研究，将广泛应用于不同组织、器官样本的整体三维精细成像，服务于生命科学、医学、农业、材料学等不同领域。 仪器信息网：您如何看待国产光学显微镜生产商和进口品牌厂商的差距？ 目前国内在高端光学显微成像技术的研发上，与国外科研单位的实力越来越接近，甚至在部分领域占据领先地位。然而，整体来说国产光学显微镜，与国外同类产品相比还有一定差距，纯国产化之路还很漫长，尚需在与进口品牌厂商合作交流过程中不断学习并加强技术创新，在软件应用特别是数据分析软件中重点投入或许可以在短时间内实现弯道超车。我们作为高端光学显微镜的国产厂商，深感责任重大，愿意为“光学显微镜中国造”贡献自己的一份力量。仪器信息网: 您认为，未来几年高端光学显微镜的热点市场需求有哪些？未来几年高端光学显微镜的热点市场需求将集中于生物医药、疾病和神经科学等细分领域的高分辨、高通量的全脑三维成像、大尺寸生物组织完整成像（小型模式动物的外周系统或完整个体的整体成像，猴、猪、人等的组织器官成像）、多维度活细胞动态成像、细胞器超分辨成像、动物活体深层成像等。除了成像设备本身，配套的样本标记技术、样本包埋技术、成像数据采集、数据分析与管理等科研服务也有着巨大的市场需求。无论是显微光学切片断层成像技术（MOST）还是荧光显微光学切片断层成像技术（fMOST），沃亿生物作为BioMapping系列设备的生产厂商，不仅进行设备销售，还提供从样本制备、数据采集到数据分析及交付的高分辨率三维结构成像全流程技术服务，相信未来一定能为更多的客户和合作伙伴们提供高质量的产品和全方位的服务。