定量结构

近期，老牌期刊刊载了C. Ranacher等人题为Mid-infrared absorption gas sensing using a silicon strip waveguide的文章。此研究工作的目的是发展一种能够与当代硅基电子器件方便集成的新型气体探测器，探测器的核心部分是条状硅基光波导，工作的机理是基于条状硅基波导在中红外波段的倏逝场传播特性会受到波导周围气氛的变化而发生改变这一现象。C. Ranacher等人通过有限元模拟以及时域有限差分方法，设计了合理的器件结构，并通过一系列微加工工艺获得了原型器件，后从实验上验证了这种基于条状硅基光波导的器件可以探测到浓度低至5000 ppm的二氧化碳气体，在气体探测方面具有高的可行性（如图1、图2）。 图1：硅基条型光波导结构示意图图2：气体测试平台示意图参考文章：Mid-infrared absorption gas sensing using a silicon strip waveguide值得指出的是，对于光波导来说，结构表面的粗糙程度对结构的固有损耗有大的影响，常需要结构的表面足够光滑。传统的SEM观测模式下，研究者们可以获取样品形貌的图像信息，但很难对图像信息进行量化，也就无法定量对比不同样品的粗糙度或定量分析粗糙度对器件特性的影响。本文当中，为了能够准确、快捷、方便、定量化地对光波导探测器不同部分的粗糙度进行表征，C. Ranacher等人联系到了维也纳技术大学，利用该校电镜中心拥有的扫描电镜专用原位AFM探测系统AFSEM™ （注：奥地利GETec Microscopy公司将扫描电镜专用原位AFM探测系统命名为AFSEM，并已注册专用商标AFSEM™ ），在SEM中选取了感兴趣的样品部分并进行了原位AFM形貌轮廓定量化表征，相应的结果如图3所示，其中硅表面和氮化硅表面的粗糙度均方根分别为1.26 nm和1.17 nm。有了明确的量化结果，对于不同工艺结果的对比也就有了量化的依据，从而可以作为参考，优化工艺；另一方面，对于考量由粗糙度引起的波导固有损耗问题，也有了量化的分析依据。图3：(a) Taper结构的SEM形貌图像；(b) Launchpad表面的衍射光栅结构的SEM形貌图像；(c) 原位AFM表征结果：左下图为氮化硅层的表面轮廓图像，右上图为硅基条状结构的表面轮廓图像；(d) 衍射光栅的AFM轮廓表征结果通过传统的光学显微镜、电子显微镜，研究者们可以直观地获取样品的形貌图像信息。不过，随着对样品形貌信息的定量化表征需求及三维微纳结构轮廓信息表征的需求增多，能够与传统显微手段兼容并进行原位定量化轮廓形貌表征的设备就显得愈发重要。另一方面，随着聚焦电子束（FEB，focused electron beam）、聚焦离子束（FIB，focused ion beam）技术的发展，对样品进行微区定域加工的各类工艺被越来越广泛地应用于微纳米技术领域的相关研究当中。通常，在FIB系统当中能够获得的样品微区物性信息非常有限，如果要对工艺处理之后的样品进行微区定量化的形貌表征以及力学、电学、磁学特性分析，往往需要将样品转移至其他的物性分析系统或者表征平台。然而，不少材料对空气中的氧气或水分十分敏感，往往短时间暴露在大气环境中，就会使样品的表面特性发生变化，从而无法获得样品经过FIB系统处理后的原位信息。此外，有不少学科，需要利用FIB对样品进行逐层减薄并配合AFM进行逐层的物性定量分析，在这种情况下需要反复地将样品放入FIB腔体或从FIB腔体中去除，而且还需要对微区进行定标处理，非常麻烦，并且同样存在样品转移过程当中在大气环境中的沾污及氧化问题。有鉴于此，一种能够与SEM或FIB系统快速集成、并实现AFM原位观测的模块，就显得非常有必要。GETec Microscopy公司致力于研发集成于SEM、FIB系统的原位AFM探测系统，已有超过十年的时间，并于2015年正式推出了扫描电镜专用原位AFM探测系统AFSEM™ 。AFSEM™ 基于自感应悬臂梁技术，因此不需要额外的激光器及四象限探测器，即可实现AFM的功能，从而能够方便地与市场上的各类光学显微镜、SEM、FIB设备集成，在各种狭小腔体中进行原位的AFM轮廓测试（图4、图5）。另一方面，通过选择悬臂梁的不同功能型针（图6、图7），还可以在SEM腔体中，原位对微纳结构进行磁学、力学、电学特性观测，大程度地满足研究者们对各类样品微区特性的表征需求。对于联用系统，相信很多使用者都有过不同系统安装、调试、匹配过程繁琐的经历，或是联用效果差强人意的经历。不过，对于AFSEMTM系统，您完全不必有此方面的顾虑，通过文章下方的视频，您可以看到AFSEM™ 安装到SEM系统的过程十分简单，并且可以快速的找到感兴趣的样品区域并进行AFM的成像。图4：(左)自感应悬臂梁工作示意图；（右）AFSEMTM与SEM集成实图情况 图5：AFSEMTM在SEM中原位获取骨骼组织的定量化形貌信息 图6：自感应悬臂梁与功能型针（1） 图7：自感应悬臂梁与功能型针（2）目前Quantum Design中国子公司已将GETec扫描电镜专用原位AFM探测系统AFSEM™ 引进中国市场。AFSEM技术与SEM技术的结合，使得人们对微观和纳米新探索新发现成为可能。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 病毒是一种特殊的生命形式，与人类的疾病和健康都密切相关。在一些情况下，某些病毒会侵染人体，导致一系列的疾病，甚至危及生命。对病毒的防控，我们可以通过了解病毒的特点与传播规律，阻止病毒传播；也可以通过研发相应的疫苗来提前预防病毒的感染，而这些工作都需要对病毒有深入的认识和了解。SCIEX面向全球提供不同类型的高端质谱平台和多组学研究方案，能够在基础研究、临床诊疗和药物研发的领域助力对于病毒相关的研究与防控。 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 基于iTRAQ试剂的定量蛋白质组学揭示相似病毒的结构和功能差异 /strong /span /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong /strong /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/dec9490a-bd41-4d1e-9bd3-67dc8f2d04d3.jpg" title=" 11111.jpg" alt=" 11111.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em text-align: center " span style=" text-align: justify text-indent: 2em " 图1：iTRAQ试剂结合定量蛋白质组学能够揭示病毒不同状态下的蛋白丰度差异（来源Zhihong Hu，JVI， 2012） /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " EV71（肠道病毒71型）是导致幼儿手足口病的主要病原体之一，其表达两种EV71病毒，包涵体衍生型病毒（occlusion-derived virus，ODV）和出芽型病毒（budded virus，BV）。ODV主要侵染肠，而BV则有可能侵染其他易感组织。如果能够对这两种病毒蛋白层面的差异进行分析，那么就能够掌握病毒颗粒侵染偏向的线索。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 基于iTRAQ试剂的定量蛋白质组学能够很好的完成相似样品在蛋白层面的差异比较。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 在本研究中，研究人员使用不同的iTRAQ试剂（116和117）来标记不同两种不同的肽段样品，等量混合后，使用SCIEX高分辨质谱仪进行数据采集。数据分析软件通过采集到的二级谱图，不仅可以进行肽段序列的鉴定，还能够通过报告离子116和117的相对强度来对该肽段在两个样品中的相对丰度进行定量。通过SCIEX 高分辨质谱系统对EV71两种不同状态下的病毒颗粒中的51个蛋白质进行定量蛋白质组学分析，揭示了EV71在不同状态下高表达的蛋白质，其中有12个BV特异表达的蛋白，有21个ODV特异表达的蛋白，这其中的差异很有可能就是病毒颗粒侵染偏向的原因，这为我们后续的研究提供了重要的线索。 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em line-height: 1.75em " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 基于SWATH采集技术的定量蛋白质组学绘制全面的病毒蛋白表达及功能谱图 /span /strong /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " /span /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/d6902936-0d92-4585-aa4e-308c18e939cc.jpg" title=" 2222.jpg" alt=" 2222.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em text-align: center " span style=" text-align: justify text-indent: 2em " 图2：使用SWATH采集技术结合定量蛋白质组学方法来得到病毒不同蛋白在侵染过程中不同时间点的表达情况（来源：MCP, Anthony，2015） /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 为了预防和控制急性病毒感染在全球流行，对病毒的基础研究是战略性的。病毒的基础研究中，病毒蛋白的功能，及其在宿主细胞中的动力学是重要的环节，能够让我们更加透彻的了解病毒。SWATH（sequential windowed acquisition of all theoretical fragment ions）采集技术结合定量蛋白质组学策略作为一种数据非依赖采集策略，基于超快速扫描的高分辨质谱TripleTOF系统，能够全面的采集到样品中所有肽段的信息，为我们完整的展现病毒所有蛋白的变化水平。在这个研究中，科研人员使用牛痘病毒为模式病毒，基于TripleTOF系统的SWATH采集模式，为我们展示了病毒蛋白在体内动力学变化的研究流程。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " 研究者将不同侵染阶段的样品分别进行蛋白提取及酶解，无需额外的同位素标记及其他后续工作，直接使用SCIEX特有的SWATH采集模式对不同的样品进行采集。之后借助数据分析软件，导入数据库后，就可以直接得到病毒各种蛋白在不同侵染阶段的表达曲线。基于这些信息，我们能够很清楚的了解病毒的不同蛋白各自在何时被表达及执行功能，能够帮助我们绘制出病毒不同蛋白的表达及功能谱图，是病毒基础研究重要的一环。 /p p style=" text-align: center text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 基于差异比较蛋白质组学进行SARS冠状病毒炎症机制研究 /strong /span /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong /strong /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/8fe2a6d0-6c5e-40b7-87b2-4a5543e1715e.jpg" title=" 3333.jpg" alt=" 3333.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em line-height: 1.75em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong /strong /span br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 2em line-height: 1.75em " 图3：定量蛋白质组学策略揭示SARS病毒的PLpro蛋白对宿主细胞免疫相关信号通路的影响（来源：Proteomcis，Cheng-Wen Lin，2012） /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em " SARS（重症急性呼吸综合征）冠状病毒的PLpro蛋白具有去泛素化酶活性，能够让干扰素调节因子3(Interferon regulatory Factor 3)和NF-kB失活，抑制I型干扰素信号通路，从而降低干扰素（IFN）的表达。在这个研究中，作者使用SCIEX高分辨质谱系统对PLpro过表达的人源幼单核细胞系的蛋白质组学和细胞因子水平进行了分析。发现PLpro过表达后，细胞内炎症因子TGF-b1相关的蛋白呈现显著的上调趋势，与此相关的信号通路为p38 MAPK及 ERK1/2信号通路。这份研究能够为我们在临床抑制SARS冠状病毒介导的炎症提供机制依据。 /p p br/ /p

近日，清华大学化学系瑕瑜教授课题组采用Waters Cyclic IMS高分辨质谱仪，开发了一种基于离子淌度-质谱、Paternò-Büchi反应-MS/MS的鸟枪法分析流程，实现了对皮脂组超过900种脂质C=C异构体的快速及灵敏分析。 极致淌度分辨率和多种且可灵活组合的碎裂模式 实现对皮脂组在精细结构层级上的定性定量 首先，利用Cyclic IMS可灵活组合的三个CID碎裂池的多种碎裂模式，使用电荷标签PB试剂和光催化剂对脂质C=C的PB反应进行评估。以单不饱和蜡酯WE 18:0/18:1(Δ9)（见图1）为例，其经电荷标签PB反应后，离子化效率可提升约1,000倍。PB产物的MS2 CID产生了指向n-端C=C位置的诊断离子，进一步的pseudo-MS3 CID分析能够识别出Δ-端位置，从而实现WE中FA链上C=C位置的特异性鉴定。研究者们还对WE 18:1(Δ9)/18:0进行了PB-MS/MS分析。无论C=C双键是位于FA链还是FOH链，PB-MS/MS均能实现链特异性的C=C位置鉴定。此外，研究者还对SQ的C=C进行了PB-MS1和PB-MS2 CID分析，成功鉴定了SQ中各个C=C双键的位置。 图1. 蜡酯WE 18:0/18:1(Δ9)的PB-MS/MS分析。 在鸟枪法分析皮脂时，采用高分辨率环形离子淌度谱（Cyclic IMS）出色的离子淌度分辨率，对来自含多一个不饱和度脂质的同位素峰（[M+2Da]）进行分离（见图2）。研究表明，经过10圈Cyclic IMS分离（分辨率约260），WE 36:2/WE 36:1 (5:1)的PB产物中，[M+2Da]干扰由60%显著降至4%。此方法相较于反相色谱法（干扰6%），干扰更少，分离速度也更快（ 图3. 皮脂的分析工作流程。 论文作者 论文第一作者是清华大学博士研究生施恒学，通讯作者是清华大学化学系瑕瑜教授。点击此处查看文献原文。 图4.清华大学博士研究生施恒学。 Waters Cyclic IMS助力深度前沿科学研究 环形离子淌度质谱，自横空出世以来，就吸引着各领域研究者们的目光。经过近两三年的孵化测试，环形离子淌度质谱仪SELECT SERIES Cyclic IMS，已被成功应用于生物、医疗、化工、制药、食品及环境等前沿科学研究领域，特别是在蛋白结构、糖结构、金属配合物、中药天然产物、未知物化合物或结构类似物表征方面，都有着非常强大的用途。 更多Cyclic IMS已发表文献，请点击此处下载。