晶体学

扩展了无损衍射衬度断层扫描成像解决方案德国耶拿，2021年3月24日作为无损3D成像系统性能的引领者，蔡司发布了全新微米CT（microCT）系统Xradia CrystalCT™ ，为工业和科研实验室实现各种金属和合金、增材制造、陶瓷和药物样品等多晶材料的三维晶体学成像提供解决方案。蔡司微米CT（microCT）系统Xradia CrystalCT的研发基于传统CT而设计，旨在提供衍射衬度断层扫描（DCT）成像，也是首次在全球范围内将DCT技术商业化。它使得研究人员能够将三维晶体学信息和吸收衬度断层扫描数据有机的结合。蔡司Xradia CrystalCT是蔡司与实验室衍射成像先驱Xnovo Technology ApS合作开发，并提供DCT成像的最新Xradia平台。 蔡司Xradia CrystalCT是搭建在微米CT上的商业化实验室衍射衬度断层成像（DCT）系统。与传统的破坏性三维晶体学成像方法相比，无缝的大体积晶粒成像让实验数据量更具代表性。高级的采集模式可实现自由拼接扫描以快速准确地获取三维晶粒数据。先进的数据采集模式通过免拼接的扫描方式，可快速准确地得到三维晶粒数据。大尺寸样品的成像能力降低了实验室中的很多限制，可实现更多样品类型的分析和更少的样品准备时间，从而缩短了整体分析时间。更快地采集速度可缩短样品运行时间，从而提高实验室分析效率。对金属等材料的晶体结构进行成像并量化材料内部晶体学取向的能力有助于理解和优化材料性能。微米CT非破坏性成像的特性促进了对原位显微结构演变的理解，可控外场环境中，例如热处理，力学加工以及模拟环境对材料行为的影响。这些研究有助于评估新型、更轻巧和更坚固的先进材料的性能和耐久性，并解决诸如功能性、安全性和改进的经济性等问题。在蔡司3D X射线显微镜Xradia 620 Versa上提供的DCT成像功能的扩展模块之前，DCT成像只能在同步辐射光源上实现。蔡司Xradia CrystalCT除了作为一个DCT平台之外，它还是一个优秀的微米CT成像系统，它是建立在高度成熟稳定的蔡司Xradia Versa基础上，为一系列3D成像需求提供出色的分辨率和图像质量。利用蔡司Xradia CrystalCT对铝铜合金进行了结合衍射衬度和吸收衬度的多模块成像和分析。图片展示了使用CrystalCT对材料进行多模式成像表征。三维渲染图是衍射衬度成像和吸收衬度成像的叠加演示，其中衍射衬度成像是依据铝晶粒的晶体学取向进行着色，吸收衬度成像中铜富集的相显示高对比度颗粒和偏析浸润的晶界。 来源： M. Kobayashi, 丰桥技术科学大学, 日本Al-4wt%Cu拉伸样品的三维晶粒图像，其测试区域截面尺寸（长）为1.25 mm，（宽）为1.0 mm，（厚）为0.5 mm。使用高纵横比的黄金角螺旋扫描模式（helical phyllotaxis HART）。蔡司 X射线显微镜负责人Daniel Sims表示：借助CrystalCT，我们将Xradia Versa平台多年来的创新和优势带给更广泛的受众。迎合市场需求的CrystalCT产品提供了一系列被证实成熟可靠的3D成像性能。此外，我们的客户还可以额外享受投资保护，因为平台具有高度可扩展性和广泛的附加功能，随着业务和实验室需求的扩大，可以升级到蔡司顶级Versa机型。Xnovo公司CEO Erik Lauridsen说：“我们很自豪能够支持下一代基于实验室的衍射成像技术，现在该技术将得到更广泛的应用。借助在数据重建和分析方面成熟的专业知识，我们能够将DCT方法应用到微焦点计算断层扫描平台上。而蔡司的微米CT系统为该应用提供了理想的环境。”

X射线晶体学技术是人们了解原子世界的利器，人们通过这一技术获得了许多重要的生物学结构。在晶体学技术百年诞辰之际，Cell杂志发表了清华大学施一公教授的前沿文章。这篇综述性文章全面介绍了X射线晶体学技术和结构生物学的历史和现状，读者现在可以在Cell网站免费获取全文。 　　1914年，德国科学家Max von Laue因为发现晶体中的X射线衍射现象，获得了诺贝尔物理学奖，这一发现直接催生了X射线晶体学。从那以后，研究者们用这一衍射技术解析了大量复杂分子的晶体结构，从简单的矿物、高科技材料(如石墨烯)到病毒等生物学结构。 　　自1957年确定了肌红蛋白的结构以来，X射线晶体学技术就成为了结构生物学的重要工具，为人们不断揭示生命的奥秘。这一技术不仅增进了我们对细胞的认识，还大大推动了现代医学的发展。 　　这篇文章首先从结构生物学的角度，回顾了X射线晶体学技术的发展简史。随后，施一公教授以蛋白激酶和膜整合蛋白为例，阐述了结构生物学的发展和现状，探讨了技术发展带来的影响并对未来进行了展望。 　　作者简介： 　　施一公，世界着名的结构生物学家，美国双院外籍院士，中国科学院院士。曾是美国普林斯顿大学分子生物学系建系以来最年轻的终身教授和讲席教授。 　　2008年2月至今，受聘清华大学教授 2009年9月28日起，任清华大学生命科学学院院长。获2010年赛克勒国际生物物理学奖。2013年4月当选美国艺术与科学院外籍院士、美国科学院外籍院士。2013年12月19日，施一公当选中国科学院院士。2014年4月2日，施一公获爱明诺夫奖，成为获此奖项的第一位中国人。该奖为国际知名奖项，由瑞典国王亲自颁发。 　　主要科研领域与方向：主要运用结构生物学和生物化学的手段研究肿瘤发生和细胞凋亡的分子机制，集中于肿瘤抑制因子和细胞凋亡调节蛋白的结构和功能研究与重大疾病相关膜蛋白的结构与功能的研究 　　推荐阅读 　　英文全文下载：A Glimpse of Structural Biology throughX-Ray Crystallography

郭可信先生是我国著名的电子显微学和晶体学家，在国内率先引入高分辨电子显微镜，开始从原子尺度直接观察晶体结构的研究。郭可信先生为我国的金属材料物理研究以及电子显微学研究事业培养了大量的人才，桃李满天下。为继承郭可信先生的遗志，为中国电子显微学的持续发展做贡献，2008年由郭可信先生的学生倡导发起，国内外从事电镜研究应用的华人学者经过认真商讨，决定每年举办一次郭可信电子显微学和晶体学暑期学校，并以材料科学和生物学应用为主题轮流举行。 　　2014年7月26日-27日，&ldquo 第七届郭可信电子显微学和晶体学暑期学校&rdquo 在中国科学院上海生命科学研究院生化与细胞所/国家蛋白质科学中心&bull 上海(筹)举办。本期暑期学校为&ldquo 2014冷冻电镜(cryo-EM)三维分子成像国际研讨会&rdquo 的一个组成部分，着眼于冷冻电镜相关实验技术及计算软件的实践技术培训，旨在培养我国生物冷冻电镜高技术人才及年轻后备人才，加强我国在这一领域的科研实力。 　　根据冷冻电镜的技术特点，本期暑期学校分为了电镜操作技术培训和图像处理技术培训两个部分。邀请了来自海外的知名专家学者进行讲授培训。 　　电镜操作技术培训 　　冷冻电镜技术作为结构生物学及细胞生物学的新兴研究方法，在过去十几年里技术上取得了长足的发展，最近几年在国内也得以推广并取得极大进步，越来越多的研究小组关注这一技术的应用。 加州大学旧金山分校 程亦凡博士 　　来自加州大学旧金山分校的程亦凡博士介绍了冷冻电镜的基本原理、仪器构造、生物样品制备、三维重构的原理、以及电子晶体学、单颗粒三维重构、电子断层三维重构技术的特点与应用等内容。 布兰迪斯大学 徐晨博士 　　布兰迪斯大学的徐晨博士从冷冻电镜设施的建立、冷冻电镜样品的制备和操作，以及当前电镜操作的自动化、远程控制等先进技术。最后，徐晨还介绍了新型图像探测器&mdash 直接电子探测器的市场和应用情况。 匹兹堡大学医学院 Peijun Zhang博士 　　匹兹堡大学医学院的Peijun Zhang博士介绍了共聚焦显微镜与冷冻电镜结合使用在活细胞检测方面的应用。 美国斯克利普斯研究所 Anchi Cheng博士 　　来自美国斯克利普斯研究所的Anchi Cheng博士介绍了其参与研发的Leginon电镜数据自动收集的软件与方法。Leginon是目前应用比较成熟的单颗粒自动化数据收集软件之一。 霍华德&bull 休斯医学研究所 Dan Shi博士 　　此外，还有来自霍华德&bull 休斯医学研究所的Dan Shi博士介绍了电子衍射数据收集的相关内容。 　　图像处理技术培训 　　虽然近年来冷冻电镜技术进入快速发展期，然而与其配套的图像处理及三维重构技术在国内发展还相对滞后，一定程度上制约了该技术在我国的应用。此次培训班专门开设了电镜数据图像处理及三维重构技术课程，帮助学员系统全面地掌握最新的冷冻电镜图像处理技术和软件。 美国Baylor医学院 Steven Ludtke博士 　　EMAN2的开发者&mdash &mdash 美国Baylor医学院的Steven Ludtke博士介绍了单颗粒冷冻电镜三维重构软件EMAN2。1999年，Steven Ludtke博士等人推出了EMAN软件的第一个版本，如今EMAN已成为世界上使用最广泛、用于高分辨率单颗粒重构的软件之一。 英国剑桥MRC分子生物学实验室 Sjors Scheres博士 　　英国剑桥MRC分子生物学实验室的Sjors Scheres博士介绍了RELION软件包，以及最大概然统计分析理论和贝叶斯理论在电镜图像分析和三维重构中的应用。在最近解析的高分辨率电镜结构中，很多应用了RELION软件包。 德国Jü lich研究中心 Gunnar Schroder博士 　　德国Jü lich研究中心的Gunnar Schroder博士介绍了DireX软件包在电镜三维密度图限制下柔性建模、分析评估方法及其软件的发展与应用。 图像处理技术培训现场 电镜操作技术培训现场 　　在整个培训期间，除了邀请专家进行授课培训外，还安排了充分的时间让学员进行实际操作培训，并由授课老师直接进行指导。接受培训的学生们表示通过此次培训对于冷冻电镜及三维重构技术有了更深入的了解和认识，对于自己日后的研究工作颇有帮助。（撰稿：秦丽娟） 　　附录：郭可信电子显微学和晶体学暑期学校的由来 　　郭可信先生是我国著名的电子显微学和晶体学家，在国内率先引入高分辨电子显微镜，开始从原子尺度直接观察晶体结构的研究。郭可信先生与钱临照、柯俊先生等科学家发起创建了中国电子显微镜学会，并亲任理事长。同时郭先生在国际科学界具有重要影响，曾任亚太地区电子显微学会联合会主席等，并且郭可信先生为我国的金属材料物理研究以及电子显微学研究事业培养了大量的人才，桃李满天下。 　　为继承郭可信先生的遗志，为中国电子显微学的持续发展做贡献，2008年由郭可信先生的学生倡导发起，国内外从事电镜研究应用的华人学者经过认真商讨，决定每年举办一次郭可信电子显微学和晶体学暑期学校，并以材料科学和生物学应用为主题轮流举行。每年的暑期学校都电镜学习培训班和学术研讨会相结合的形式，一方面培养大家的电镜基础知识和操作技术，另一方面能够更好的了解国内外电镜应用的最新研究进展。 　　首届郭可信电子显微学和晶体学暑期学校在清华大学举行，并举办&ldquo 冷冻电镜三维分子成像国际研讨会&rdquo 。此后，为了有系统持续性地推动冷冻电镜研究领域的交流与发展，加强我国科研的国际交流合作，使青年学者有机会与该领域权威科学家面对面交流，并得到高层次的培训，在中国每两年举办一次生物领域的&ldquo 郭可信电子显微学与晶体学暑期学校&rdquo 及&ldquo 冷冻电镜三维分子成像国际研讨会&rdquo ，第二届会议2010年在中科院生物物理所举办 第三届会议2012年在中国科技大学举办。