线序检测

本文转载自中科院微观磁共振重点实验室官网，有部分删减。 近日，中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室杜江峰、石发展等人与南京大学聂越峰、杨玉荣小组在反铁磁薄膜扫描磁成像的实验研究中取得进展，利用金刚石氮-空位色心（简称NV色心）扫描显微镜对反铁磁BiFeO3的自支撑薄膜进行原位应力调控下的扫描成像。该研究成果以“Observation of uniaxial strain tuned spin cycloid in a freestanding BiFeO3 film”为题发表在Advanced Functional Materials上[Adv. Funct. Mater. 2023, 2213725]。BiFeO3(BFO) 是一种由于Dzyalonshinskii-Moriya相互作用具备摆线序的反铁磁材料。BFO内摆线序与应力的相互作用机制是该领域的一个研究重点。当前的相关研究均利用外延方法调控BFO材料中的应力，这种方法难以原位和连续地对应力进行调控。这使得磁-应力相互作用中的一些重要问题，如任意取向应力下磁序的变化、磁序相变附近的演化过程等在实验上难以开展研究。本工作中，研究者用分子束外延和可溶牺牲层的工艺制备了一种自支撑的BFO薄膜，并用扫描NV显微镜对应力调控下的薄膜进行了扫描磁成像。成像结果表明，在应变达到1.5%时摆线序扭转约12.6°。第一性原理计算表明，实验观测倒的磁序扭转在相应应力下能量最低。 图1. (a)、(b) 自由状态和1.5%应变状态下BFO的实空间扫描磁成像结果。(c)、(d) 扫描成像数据的傅里叶变换结果。(e) 自由状态和1.5%应变状态下傅里叶变换结果角分布统计结果显示12.6°的扭转。这一工作首次对BFO自支撑薄膜的磁序进行研究，原位调控和高空间分辨率的扫描成像技术提供了一种新的对磁-应力相互作用进行研究的思路。这一成果对反铁磁薄膜的理论研究以及新型磁存储器件的应用均有重要价值。图2.第一性原理计算得出的能量-摆线序周期关系曲线。摆线序方向平行于晶向的计算结果用蓝色曲线表示，与晶向夹角为7°、14°、18°、27°的能量曲线分别用不同颜色表示，见图例。计算结果表明，摆线序偏离14~18°的摆线序较为稳定。中科院微观磁共振重点实验室博士后丁哲、博士生孙豫蒙以及合作组博士生郑宁冲、马兴越为此工作共同第一作者，杜江峰院士、聂越峰教授和杨玉荣教授为此工作的共同通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院和安徽省等资助。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202213725CIQTEK量子钻石原子力显微镜在论文致谢中，作者提到：NV扫描探针由国仪量子提供（The NV scanning probe was provided by CIQTEK ）。国仪量子目前已推出了商用的量子钻石原子力显微镜（扫描NV显微镜），这是一台基于NV色心自旋磁共振和AFM扫描探针技术的量子精密测量仪器，可实现样品磁学性质的定量无损成像，具有纳米级的高空间分辨以及单个自旋的超高探测灵敏度，是研究材料磁学性质的新利器，在磁畴成像、二维材料、拓扑磁结构、超导磁学、细胞成像等领域有着广泛应用。点此登记关注量子精密测量仪器

科研仪器是学科发展的重要&ldquo 引擎&rdquo 。但在中国，科研却常常苦于被仪器卡住&ldquo 脖子&rdquo 。 　　曾在美国华盛顿大学基因组研究院任教、现任山东省能源生物遗传资源重点实验室主任徐健深有体会。 　　2008年，徐健回国后便与同事组建中科院青岛生物能源与过程所公共仪器平台，但让他颇感无奈的是，研究所需要的高端生物科研仪器设备几乎全部依赖进口。 　　前不久，徐健带领的青岛生物能源与过程所功能基因组团队、英国谢菲尔德大学副教授黄巍与北京惟馨雨生物科技有限公司(以下简称惟馨雨公司)在科技部创新方法工作专项的支持下，合作开发出全球首台活体单细胞拉曼分选仪(RACS)。 　　不过，国内原创科研仪器如果想要真正占据一席之地，仍须多重考验。 　　研究始于仪器创新 　　在科研过程中，科研仪器所发挥的催化作用不言而喻。 　　在人类基因组计划开始之初，科学家预计完成测序至少需要30年。然而，毛细管电泳测序仪的问世，却将时间缩短至3年。 　　同样，对于特定功能单细胞的鉴定和分离，常用的荧光流式细胞仪(FACS)技术通常需要荧光标记预知的生物标识物，RACS则无须外源标记，而是依据细胞拉曼指纹图谱来鉴定和分选活体单细胞。 　　徐健表示，RACS突破了FACS的核心局限性，能够用于研究尚未有生物标识物的创新体系，以及针对细胞自然状态的原位研究。 　　单细胞是生命的&ldquo 功能单元&rdquo 和&ldquo 进化单位&rdquo ，在徐健看来，如果能考察与比较单个细胞层面的分子机制，就能从根本上解答生命为何丰富多彩。 　　不过，传统的基于细胞群体水平的性状测量，不能真实反映出细胞个体的性状及分布。而活体单细胞水平的性状识别和分选，能从根本上理解、调控与设计&ldquo 生命体系的异质性&rdquo 。 　　通过拉曼特征谱线，研究人员可获得单个活体细胞内化合物分子的构成和结构，包括核酸、蛋白质、糖类和脂类等信息，并在此基础上鉴定和分选特定功能的活体单细胞。 　　市场前景乐观 　　从创新仪器的第一台样机到最终产业应用，需要有一个磨合的过程。而在这一过程初期，RACS就已经进行了许多有前景的示范应用。 　　&ldquo 完成对快速固定CO2的光合细菌的特异性筛选&rdquo 是其中之一。徐健称，自然界中有99%的细胞仍尚未被培养，要想探寻地球上更多的固碳微生物，不依赖细胞培养的RACS技术则为其提供了一个非常简洁、高效且灵敏的实验手段。 　　不仅如此，RACS还能够高速筛选高产油和高产淀粉的藻种，为生物能源的开发奠定基础。RACS可定性、定量地同时监测细胞内淀粉和油的含量，不需要标记就能迅速筛选和评价指定细胞。 　　&ldquo 这两项应用已有关键实验数据的支持。&rdquo 徐健表示，目前他们还在探索利用RACS监测肿瘤细胞，以及对病菌进行快速检测。 　　总之，随着单细胞技术更多地用于解答生物问题，其商业用途的需求也会越来越多。对于RACS未来的市场前景，惟馨雨公司的宋一之博士就十分看好。 　　&ldquo 整个仪器包括拉曼信号监测、单细胞分选、自动数据分析三大系统，市面上还未出现完整具备这些性能的仪器。&rdquo 宋一之告诉《中国科学报》记者，RACS不仅填补了该领域的空白，也解决了原有技术无法解决的问题。 　　某大型跨国快速消费品公司微生物部专家李睿也对记者称，提高微生物检测效率，对于每小时生产成千上万件产品的企业来讲至关重要。如果RACS工程化样机能够做到速度快、成本低、准确度高、操作简便，那它的市场前景将非常广阔。 产业化空档 　　虽然成果样机已搭建成功，惟馨雨公司也正组建持续研发、工程化和销售的团队，但由于企业的工程化及市场经验不足，同时又迫于资金压力，RACS想要直接进入产业化面临挑战。 　　开发科研仪器如同制药，从创意到关键部件，再到搭建第一台样机，最终批量生产，不仅需要巨额投资，还需要漫长的时间周期。 　　在投资回报期较长的窘境下，作为科研仪器创新的生力军，中小企业很难获得风险投资基金的青睐。更为尴尬的是，国家的科研仪器开发经费也很少会向中小企业抛出橄榄枝。 　　实际上，近几年国家对于重大科学仪器设备的支持力度不断加大。2012年，科技部资助科研仪器开发专项66个，资助经费达22亿元 国家自然科学基金委资助重大科研仪器设备研制专项38个，资助经费10.9亿元。 　　宋一之称，基金委大多支持科研院所的原创性研究，科技部则重视大中型仪器企业的产业化项目，而在两者都照顾不到的空档，却是中小企业技术转化最为需要的。 　　&ldquo 做一台成果样机容易，但要批量生产成熟的产品却很难。&rdquo 中科院上海生物工程研究中心教授李昌厚对记者称，RACS在产业化过程中，很可能遇到工艺、原器件进口、可靠性等硬件及软件方面的问题。 　　徐健也表示，虽然RACS样机是原创，但里面的部分零部件却需要进口，这也反映出国内高端科研仪器产业链的断裂。 　　期待转变 　　国外多年的技术经验让徐健觉得，我国目前迫切需要转变资金支持机制。要想解决科学问题，必须依赖创新的仪器手段。而在我国，注重科学问题的&ldquo 科学阵营&rdquo 和发展共性仪器的&ldquo 仪器阵营&rdquo ，多数情况下却各自为战。 　　在此环境下，徐健建议，国家在项目资金的扶持上应建立创新机制，形成利益驱动力，让两大阵营能紧密协调双方研究的优先级，使双方的研究重点精确匹配，这样才能促使双方实时分享各自最为先进的理念和技术，协作共赢。 　　目前，RACS样机正服务于国内外合作研究团队在能源、环境、健康、医药、海洋、食品等领域的科学探索，同时RACS研发团队还正加速第二代样机的研制。 　　徐健还认为，在项目进行的不同阶段，研发团队结构的转变也很有必要。在仪器开发初期，整个团队应该由从事科学研究的专家指导，而当样机做成之后，指导方就应转变为仪器工程领域的专家。 　　&ldquo 这种从属关系的转变，既能解决具有长远生命力的科学问题，又能在技术水平上保持国际原创性。&rdquo 徐健说。 　　李睿则提出，由于仿制国外成熟的产品专利成本较高，国内科研仪器的创新应该敏锐地抓住最新技术，争取掌握自主知识产权，并针对用户需求来开发产品。 　　在李昌厚看来，美国、欧洲及日本之所以在科学仪器产业规模及技术方面世界领先，原因在于企业重视高端设计并引导产业发展，同时还在提高效率和市场拓展方面寻求平衡，这值得国内同行学习。 　　目前，惟馨雨公司正逐步建立起工程化与产业化的能力。他们准备通过搭建RACS工程化样机，建立多样化的产品线序列，同时还将与国内外企业合作，建立起单细胞分选、测序的服务渠道和销售渠道。 　　国内原创科研仪器如果想要真正占据一席之地，仍须多重考验。

在百特，有这样一个部门，它是粒度仪器生产的首道工序，是百特仪器保障质量的首道关口，是百特人口中的“首哨”，它就是丹东百特仪器有限公司的配件制造部。配件制造部负责百特仪器制造所需要的各种电子线路板、机械零部件、电路电机模块总成、激光发射单元、探测单元，以及各种组件的生产、老化、测试和检验工作。一台测试准确、功能强大、品质优良的百特粒度仪，由成千上万个零部件构成，而仪器内部这些制作精良、稳定可靠、功能齐全的零配件和功能总成，都是在这里生产制造出来的。工欲善其事，必先利其器。百特配件部拥有先进的高温高湿老化实验室，它能在恒定高温高湿的恶劣环境下对百特激光粒度仪所用的电路板、探测器等功能部件进行7X24小时的仿真测试，经过严格筛选、高温高湿老化和精心检验后的组件为百特仪器产品质量的提升奠定了坚实基础。 器欲尽其能，必先得其法。在公司制定的各项工作规范、工艺文件和质控流程指导下，配件制造部的员工制作的各种线束，线径、线色、线序正确，端子安装牢固，线路连接畅通；他们装配的各种组件牢固紧密，连接准确无误；他们生产的激光发射单元和光束探测单元，光束平行不发散，光束探测单元无污点、无断道，准确无误。配件制造部每年所承担的国产仪器配件生产任务高达上万套，承担生产出口加工组件上千套，所涉及的质量控制点高达几百万个。面对如此繁重而精细的工作任务，配件部通过合理调配资源，研制工装卡具和充分利用各种检验检测设备等方法，极大提高了生产效率，确保了产品质量，多年来，始终保持生产计划完成率100%，配件合格率100%，出口订单合格率100%。他们在生产过程中补短板，挖亮点，动脑筋，想办法，积极优化资源配置，采取分工与合作协同、上下游质量互检的工作模式，不仅改变了人手少、时间紧、任务重的生产痛点，现在每月还能做到超额完成各项生产任务。作为百特粒度仪生产的“头道岗”和“首哨”，把好粒度仪生产的首道关是配件制造部的使命与责任。他们将继续秉持初心，与公司各部门一起为实现“打造精品仪器，争创国际品牌”的目标而奋勇前行。