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创伤性颅脑损伤仪

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创伤性颅脑损伤仪相关的资讯

  • 硫化物的分解代谢可改善缺氧性脑损伤
    硫化物的分解代谢可改善缺氧性脑损伤个硫化物的分解代谢可改善缺氧性脑损伤 -哺乳动物的大脑极易遭受缺氧影响- 大脑对缺氧敏感的机制尚不完全清楚。H2S是一种抑制线粒体呼吸的气体,缺氧可以诱导H2S的积累。Eizo Marutani等人研究发现,在小鼠、大鼠和自然耐缺氧的地松鼠中,大脑对缺氧的的敏感性与SQOR的水平及分解硫化物的能力成反比。硫醌氧化还原酶(sulfide: quinone oxidoreductase , SQOR)是一种谷胱甘肽还原酶家族的膜结合黄素蛋白,为硫化物氧化解毒的一种关键酶。沉默的SQOR增加了大脑对缺氧的敏感性,而神经元特异性的SQOR表达则阻止了缺氧诱导的硫化物积累、生物能量衰竭和缺血性脑损伤。降低线粒体中SQOR的表达,不仅增加了大脑对缺氧的敏感性,也增加了心脏和肝脏对缺氧的敏感性。硫化物的药理清除维持了缺氧神经元的线粒体呼吸,并使小鼠能够抵抗缺氧。相关研究于2021年5月发表在Nature子刊Nature communications上,题为《Sulfide catabolism ameliorates hypoxic brain injury》,该研究由美国马萨诸塞州总医院以及哈佛医学院共同完成。该研究团队一开始的研究方向并不是寻找可以治疗脑卒中的靶点,他们的研究方向是「人体冬眠」,就像以往科幻电影里的那种,得了某种不治之症,然后进行冷冻或者其他技术的冬眠,等待科技进步以后,再次复苏。一开始,他们是要寻找可以对小鼠进行催眠的物质,锁定在了H2S。期初,吸入H2S的小鼠进入了一种「冬眠」状态,体温下降,无法动弹。但是,令人惊讶的是,小鼠很快就对吸入H2S的影响产生了耐受性。到了第五天,他们行动正常,不再受到H2S的影响。更有趣的现象是,研究团队发现,对H2S耐受的小鼠,对缺氧也能非常好的耐受。因而研究团队提出了SQOR基因在耐缺氧中起发挥重要作用的假设。实验方法描述所有小鼠都被饲养在12小时的昼/夜循环中,温度在20-25°C之间,湿度在40%-60%之间。 -间歇性H2S吸入- 小鼠暴露于80 ppmH2S的空气中连续5天,每天4小时。实验过程中实时监测H2S浓度和FiO2。每天在H2S吸入前后测量直肠温度,以检查H2S对体温的影响。 -CO2产生量的测量- 最后一次的吸入空气或H2S24小时后,在对照组或硫化物预处理小鼠中测量二氧化碳的产生。将小鼠放置在全身体积描记系统内,并测量二氧化碳的产量。 -小鼠的缺氧和缺氧耐受性- 为了测量缺氧耐受性,在最后一次空气或H2S吸入24小时后,将小鼠放入透明的塑料室中。然后,用低氧气体混合物以1 L/min连续冲洗腔室,以达到所需的FiO2。在缺氧暴露期间连续观察小鼠最多60 min,当小鼠出现严重痛苦迹象(扭动或发作、呼吸频率低于6/分钟和尿失禁)时,将其取出,用5%异氟烷安乐死并视为死亡。 -组织采集- 将小鼠采用异氟醚麻醉,呼吸机机械通气。用空气或缺氧气体混合物通气3 min后,将小鼠进行安乐死,开始取材。实验数据a:对照组和硫化物预处理组(SPC)小鼠的体温b:二氧化碳产生率(VCO2) c:血浆中硫化物的浓度d:血浆中的硫代硫酸盐、脑组织中的硫化物浓度f:脑组织中的硫代硫酸盐、 g:存活率h:小鼠在5% O2低氧下的VCO2i:常氧和5%低氧下,脑组织中的硫化物j:per sulfide,k NADH/NAD+比l:乳酸水平。m脑组织中的SQOR相对表达量,n、o:脑组织和心脏组织中 SQOR蛋白水平p、q:离体脑线粒体的氧气消耗速率 (OCR)r:计算得到的 ATP转换率。地松鼠的缺氧耐受性和硫胺分解代谢增强研究团队用RNA沉默SQOR,发现可增加大脑对缺氧的敏感性,而神经元特异性SQOR的表达可阻止缺氧诱导的硫化物积聚、生物能衰竭和缺血性脑损伤。SQOR可改善神经元细胞的线粒体功能降低线粒体的SQOR基因的表达,不只是大脑,而且心脏、肝脏对缺氧的敏感性都增加了。硫化物清除剂的作用通过药物清除硫化物,可维持缺氧神经元的线粒体呼吸过程,使小鼠耐受缺氧。该研究阐明了硫化物分解代谢在缺氧时能量平衡中的关键作用,并确定了缺血性脑损伤的治疗靶点。 在自然界中很多强有力的证据可以证明该研究的结论。例如,已知雌性哺乳动物比雄性哺乳动物更能抵抗缺氧,而前者的SQOR水平更高。当女性的SQOR水平被人为降低时,她们就更容易缺氧(雌激素可能是观察到的SQOR增加的原因),例如更年期。此外,一些冬眠动物,如地松鼠,对缺氧有很强的耐受性,这使得它们能够在冬季身体新陈代谢减缓的情况下生存下来。一只地松鼠的大脑比同样大小的老鼠的SQOR高出100倍。该研究的主要研究者说:“人脑的SQOR水平非常低,这意味着即使是少量的H2S积累,就可以影响神经元的健康。我们希望有一天我们研发出像SQOR一样有效的药物,这些药物可以用来治疗缺血性中风,以及心脏骤停引起的缺氧。 -塔望科技-解决方案- 全身体积描记系统小鼠放置于体积描记器内,可以实时监测呼吸,也可进行低氧干预、H2S暴露。可进行低氧耐受实验,也可监测动物的 耗氧量、CO2产生量、呼吸代谢率等。全身暴露染毒系统可以进行长期H2S暴露染毒、低氧实验等。动物能量代谢系统可以综合评估动物不同处理后的各种表型变化:进食量、进水量、进食进水模式、活动量、耗氧量、CO2产生量、呼吸代谢率等。动物低氧高氧实验系统各种常压/低压/高压下的缺氧/高氧实验。可进行恒定低氧,也可进行间歇低氧。 -相关文献- Marutani E, Morita M, Hirai S et al. "Sulfide catabolism ameliorates hypoxic brain injury".[J]. Nat Commun 12, 3108 (2021). &bull end &bull
  • 创伤弧菌的培养特性与生长环境及感染途径!
    创伤弧菌的培养特性与生长环境及感染途径! 创伤弧菌(vibrio vulnificus),或称为海洋弧菌,是一种栖息于海洋中的细菌。如果伤口暴露在含有这种细菌的海水中,创伤弧菌会在伤口上繁殖,可能引发溃烂,甚至导致组织坏死。若食用了遭污染的海鲜,也有罹患肠胃炎的可能。在2003年12月,中国台湾卫生研究院主导的基因体定序团队,完成了创伤弧菌的基因体定序与分析工作。 一、形态特性 创伤弧菌属革兰氏阴性弧菌。在液体培养基中菌体大小为0.7*2-3μm,稍弯曲。在固体培养基中呈多样性。有极端单鞭毛。 二、培养特性 营养要求一般,最适生长温度为30℃,兼性厌氧。在无NaCl及超过8%NaCl的培养基中不生长,可在0.5%NaCl及3%NaCl的蛋白胨水中生长,在含6%NaCl的蛋白胨水中生长良好。 三、流行病学 创伤弧菌广泛分布在海水中,可从牡蛎等海产品中分离得到。本菌主要通过伤口接触海水造成感染,也可经口感染。 经伤口感染时可导致蜂窝织炎及骨髓炎等多种炎症,经口感染时常迅速导致菌血症或败血症。 感染本菌后如不及时治疗,病死率很高。 四、临床表现 感染后的症状包括呕吐、发烧、腹泻、低血压、肿胀和疼痛等,需要尽快使用抗生素治疗。 若感染此弧菌,临床最常出现的两种表现为伤口感染以及原发性败血病。如果伤口接触到海水、贝壳或鱼类,便有可能感染到此弧菌。一般来说这样的感染多半很轻微,但在高风险的族群上,此类弧菌感染可以很快速的传播,并导致严重的肌炎和肌膜炎引发严重的坏疽。 五、感染途径 美国佛罗里达海滨爆发“吃人肉细菌”致死率超过30%,引起人们的极大关注。据悉,感染吃人肉细菌后,会发生呕吐、发烧、腹泻、低血压、肿胀和疼痛等症状,另外,吃没有煮熟的贝类(如牡蛎)也可能造成感染。 这种名为创伤弧菌(Vibriovulnificus)的细菌可通过人体表面伤口,或者是游泳者吞咽海水而进入人体内繁殖作乱。 虽然多数游泳者不会受上述细菌影响,可一旦感染,患者体表伤口附近的肌肉组织将被细菌“杀死和吃掉”。免疫系统功能低下的人(如肝肾功能不全者)最容易感染这种致命的细菌。另外,吃没有煮熟的贝类(如牡蛎)也可能造成感染。 其实海产品很易受副溶血型弧菌以及其他致病性弧菌的污染,根据2003年中国部分沿海地区零售海产品中副溶血性弧菌污染状况的主动监测,38.6%的海产品检出VP(副溶血性弧菌),浙江省试样的VP阳性率最高。甲壳类、贝类和鱼类试样VP阳性率分别为49.3%、37.9%和25.5%,生食海鲜尤其不推荐。 当被虾枪刺伤以后,伤口小而深,创口不容易暴露,也就不容易冲洗干净,在这个相对封闭的小环境里,海鲜上携带的创伤弧菌会趁虚而入,积累到一定数量,就会伺机入血,形成菌血症 。在免疫细胞的攻击下,细菌裂解释放出脂多糖LPS,LPS会引起免疫细胞释放细胞因子,如肿瘤坏死因子、白细胞介素6,甚至引起细胞因子风暴,导致败血症性休克。由此可能会引起重要脏器如脑干血液灌注不足,严重甚至可导致死亡。 六、生长环境 创伤弧菌和嗜水气单胞菌是海洋中最常见的弧菌科细菌,广泛分布于近岸海域的海水、海洋生物的体表和肠道中。其中,海洋弧菌是海水和许多海洋生物的正常或有益菌群成员,有许多海洋弧菌是养殖虾类和鱼类的重要病原菌。 创伤弧菌大多生长在热带及亚热带的海洋地区,且自然生存于河海交界处,需要一定盐分(0.7%~1.6%)和适宜的温度(20~40℃)才可生长。人感染创伤性海洋弧菌和海水污染无关。 所致感染多在夏秋两季,一方面夏秋季水温较高,适合海洋弧菌的生长和繁殖;另一方面,人们和海洋接触的机会增加,感染的风险增加。 北京百欧博伟生物技术有限公司的微生物菌种查询网提供微生物菌种保藏、测序、购买等服务,是中国微生物菌种保藏中心的服务平台,并且是集微生物菌种、菌种,ATCC菌种、细胞、培养基为一体的大型微生物查询类网站,自设设备及技术的微生物菌种保藏中心!欢迎广大客户来询!
  • CFDA:仙灵骨葆口服制剂或致肝损伤
    p   国家食品药品监督管理总局(CFDA)日前发布了第七十二期《药品不良反应信息通报》,提示关注仙灵骨葆口服制剂引起的肝损伤不良反应。 /p p   仙灵骨葆口服制剂是一类补肾壮骨药,具有滋补肝肾、接骨续筋、强身健骨的功效,临床上用于骨质疏松和骨质疏松症、骨折、骨关节炎、骨无菌性坏死等。 /p p   国家药品不良反应监测数据分析结果显示,仙灵骨葆口服制剂可能导致肝损伤风险,临床表现包括乏力、食欲不振、厌油、恶心、上腹胀痛、尿黄、目黄、皮肤黄染等,并伴有谷丙转氨酶、谷草转氨酶、胆红素等升高,严重者可出现肝衰竭,长期连续用药、老年患者用药等可能会增加这种风险。 /p p    strong 国家食品药品监督管理总局建议内容如下: /strong /p p   (一)医务人员在使用仙灵骨葆口服制剂前应详细了解患者疾病史及用药史,避免同时使用其他可导致肝损伤的药品,对有肝病史或肝生化指标异常的患者,应避免使用仙灵骨葆口服制剂。 /p p   (二)患者用药期间应定期监测肝生化指标 若出现肝生化指标异常或全身乏力、食欲不振、厌油、恶心、上腹胀痛、尿黄、目黄、皮肤黄染等可能与肝损伤有关的临床表现时,应立即停药并到医院就诊。 /p p   (三)药品生产企业应当加强药品不良反应监测,及时修订仙灵骨葆口服制剂的药品说明书,更新相关的用药风险信息如不良反应、禁忌、注意事项等,以有效的方式将仙灵骨葆口服制剂的用药风险告知医务人员和患者,加大合理用药宣传,最大程度保障患者的用药安全。 /p p    strong 配发问答 /strong /p p   1、仙灵骨葆口服制剂的主要成份是什么?主要用于治疗什么疾病? /p p   仙灵骨葆口服制剂的成份包括淫羊藿、续断、丹参、知母、补骨脂、地黄。 /p p   该品种具有滋补肝肾,接骨续筋,强身健骨的功效,临床上用于治疗骨质疏松和骨质疏松症,骨折,骨关节炎,骨无菌性坏死等。 /p p   2、仙灵骨葆口服制剂导致的肝损伤有哪些风险因素? /p p   长期连续用药或老年患者出现肝损伤的风险有所升高。肝功能不全或合并使用其他可能导致肝损伤的药物等也可能增加仙灵骨葆口服制剂的肝损伤风险。 /p p   3、如何降低仙灵骨葆口服制剂的肝损伤风险? /p p   医务人员在使用仙灵骨葆口服制剂前应详细了解患者疾病史及用药史,避免同时使用其他可导致肝损伤的药品。有肝病史或肝生化指标异常的患者应避免使用仙灵骨葆口服制剂。 /p p   患者用药期间应定期监测肝生化指标 若出现肝生化指标异常或全身乏力、食欲不振、厌油、恶心、上腹胀痛、尿黄、目黄、皮肤黄染等可能与肝损伤有关的临床表现时,应立即停药并到医院就诊。 /p p br/ /p
  • 科学家揭示神经损伤后的自发性疼痛产生的新机制
    自发性疼痛是指在没有外界刺激的情况下发生的疼痛。它是慢性疼痛的主要症状。发生机制仍不清楚,仍然难以治疗。近期,来自约翰霍普金斯大学和辛辛那提大学的研究团队利用在体成像技术研究了同步聚集放电引起神经损伤后的自发性疼痛发生机制,证实交感神经-肾上腺素受体通路介导了同步聚集放电和自发性疼痛的产生。该研究成果发表在《Neuron》上,题为:Synchronized cluster firing, a distinct form of sensory neuron activation, drives spontaneous pain。  研究人员对背根神经节(DRG)神经元进行了在体成像,发现周围神经损伤后异常自发活动的一种独特形式:相邻的DRG神经元聚集同步、偶尔性放电。聚集放电水平与神经损伤诱发的自发性疼痛行为直接相关。研究人员进一步证明了聚集放电由交感神经的活动触发。交感神经在损伤后会传导到DRG,去甲肾上腺素是介导这种独特放电的关键神经递质。交感神经活性和去甲肾上腺素受体对于DRG神经元同步聚集放电和自发疼痛行为至关重要。  这项研究提出了阻断交感神经介导的同步聚集放电可能是治疗自发性疼痛的新手段,为在临床上靶向该通路治疗神经损伤引起的自发性疼痛提供了理论支持和研发方向。   论文链接:  https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0896627321008345?via%3Dihub
  • FDA首次为新型脑震荡血检设备开绿灯
    p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 美国食品和药物管理局(FDA)近日向一家公司开了绿灯,允许其出售用以评估轻度创伤性脑损伤或脑震荡的血液检测工具。据《科学美国人》官网报道,FDA认为这种血液检测可以加速诊断,并避免脑部过度暴露于扫描射线。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 这家名为Banyan& nbsp Biomarkers的生物技术公司来自圣地亚哥,其开发的大脑外伤指示器在不到6个月的时间内,就通过了审查和商业化授权。这种被FDA称为“突破性设备计划”审批流程,旨在通过审查可用数据,快速追踪有前途且风险较低的医疗技术进步。Banyan公司表示,新的测试将很快在医院提供。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp UCH-L1(帮助于处理大脑细胞废物的蛋白质)和GFAP(非神经细胞中发现的星形胶质细胞的结构蛋白)血浆水平是两种重要的脑创伤指标。在脑损伤后的20分钟内,可通过血检发现这两种蛋白,而医生需要很长时间才能从实验室得到结果。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 脑震荡通常借助一系列用于确定意识水平的物理测试来评估,然后对头部做计算机断层扫描(CT)。然而CT扫描很昂贵,且许多疑似脑损伤患者并未显露出可见损伤。而血液测试能提供相对快速的筛查工具,帮助确诊。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp FDA检查了来自近2000例疑似脑震荡患者血液样本的临床数据,得出的结论是,该测试在预测CT扫描中无病变的准确率为99.5%,可以让至少三分之一的患者不再进行头部CT扫描。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 然而,一些头部创伤学者认为FDA的授权太仓促,在批准这些创新工具前,还需要考察更多的研究结果。 /p
  • 大气污染对代谢异常人群急性损伤效应的定组研究
    p   流行病学及毒理学研究已经确证大气污染是心肺系统疾病的重要风险因素。近年,少量研究也指出大气污染物暴露与代谢异常疾病(例如糖尿病)的健康指标可能存在关联。 br/ /p p   北京大学环境科学与工程学院朱彤课题组就此提出了一系列科学问题:代谢异常人群是否对大气污染更易感?大气污染暴露是否会加快代谢疾病进程?其背后的生物学机制如何?哪些污染物是更重要的危险因素?等等。考虑到中国严重的空气污染现状、庞大的糖尿病人口基数及疾病负担,回答这些科学问题对于我国的公共卫生政策具有重要意义。但由于相关研究非常有限,在研究设计及方法上也存在局限性,因此这些科学问题目前还没有得到系统的证据支持。 /p p   在上述背景下,朱彤课题组于2013年起开展了前瞻性人群定组研究(SCOPE),通过与北京大学校医院合作,招募糖尿病前期人群(血糖浓度高于正常水平、但未确诊糖尿病)及健康对照人群各60名,在一年间对受试人群进行了四次重复随访测量。临床随访中完成功能性指标测量并采集呼出气、呼出气冷凝液、血清、血浆、尿样等多种生物样品,结合流式细胞仪、代谢组学等分析手段,详尽评价了每名受试者呼吸及心血管系统性炎症、血糖血脂代谢、血管内皮功能、氧化应激损伤等多条机制通路的相关生物标志物水平 同时利用北大环境观测站点以及个体采样器,发展大气污染的暴露组学研究,获得大气颗粒物全面的理化特征(各粒径段数浓度及化学组分)和个体暴露水平。 /p p   通过多项精细的生物标志物及大气污染浓度测量及暴露、代谢、基因等多种组学的综合分析,SCOPE研究有助于回答“代谢异常人群是否对大气污染更易感、大气污染暴露是否会加快代谢疾病进程”等科学问题,并可深入揭示大气污染物暴露对人群心肺及代谢系统的损伤效应及潜在生物学机制。 /p p   SCOPE人群项目的研究方法设计相关论文近日在线发表于SCIENCE CHINA Life Sciences (《中国科学:生命科学》英文版),敬请关注 ▼ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/noimg/9d3ea031-01c4-44c5-89ba-7d0b2fa1c9ad.jpg" title=" 1.jpg" width=" 597" height=" 124" style=" width: 597px height: 124px " / /p p   [该研究得到了国家自然科学基金(41421064, 21190051,41121004)、以及中国博士后基金(154248)的支持。朱彤教授为通讯作者,朱彤课题组王彦文博士和韩逸群博士后为论文共同第一作者] /p p   点击下方链接,可免费阅读该论文详细内容↙ /p p   http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SCLS/doi/10.1007/s11427-017-9074-2?slug=full%20text /p p br/ /p
  • 重组益生菌能减轻饮酒后肝脏和肠道的急性损伤!
    2023年4月11日,中国科学院大学、新乡医科大学、河北医科大学的研究人员在 Microbiology Spectrum 期刊上发表了一篇题为" Oral Probiotic Expressing Human Ethanol Dehydrogenase Attenuates Damage Caused by Acute Alcohol Consumption in Mice "的研究论文。 研究人员开发了一种解酒神器,一种表达人类ADH1B的益生菌,在小鼠模型中,可减少酒精吸收,延长酒精耐受时间,并缩短饮酒后的恢复时间。重要的是,还能减轻饮酒后肝脏和肠道的急性损伤。 众所周知,喝酒后,酒精在肝脏中被乙醇脱氢酶(ADH)和乙醛脱氢酶(ALDH)依次分解。乙醇脱氢酶会将乙醇分解成危害较小的化合物乙醛,进而由乙醛脱氢酶将乙醛分解为二氧化碳和水。 这两种酶基因变异会降低一个人对酒精的耐受性,与饮酒后面部发红有关,缺少它会降低人体分解乙醛的能力,从而导致乙醛在血液中积聚,从而引起人体对毒素的反应,即喝酒上脸。ALDH2突变在东亚人群中十分普遍。延长酒精耐受时间 在该研究中,研究人员对乳酸乳球菌进行基因改造,这是一种用于生产酪乳和奶酪的益生菌,乳酸乳球菌被设计用于产生人类 ADH1B 酶。 进一步,研究人员在小鼠身上测试了改良益生菌的解酒能力。延长酒精耐受时间 研究发现,在用表达 hADH1B 的益生菌处理的小鼠中,酒精耐受时间显著延长,即从饮酒到丧失运动能力的时间。对照组小鼠在20分钟内都失去了站立能力,而益生菌组近一半的小鼠在饮酒1小时后仍然能够移动。这表明,益生菌有效地增强了急性酒精耐受性,并增加了急性中毒的酒精摄入阈值。快速 此外,研究人员还分析了小鼠喝酒后的恢复时间。正常情况下,小鼠醉酒后需要6-10小时才能恢复。缩短饮酒后的恢复时间 研究发现,表达 hADH1B 的益生菌可以缩短饮酒后的恢复时间,用益生菌治疗的小鼠在5.5小时后恢复了运动能力,而对照组则需要6.4小时恢复。减轻酒后肝脏和肠道损伤 酒精主要在肠道中被吸收,最终被送到肝脏分解。因此,肠肝轴在调节乙醇代谢方面发挥着重要作用,肠道和肝脏也是饮酒后最直接受损的器官。 为了检测两组小鼠的急性中毒,研究人员观察了小鼠肠道的粘膜损伤。发现对照组杯状细胞更肥大,而益生菌组减轻了急性饮酒的致病作用,表明肠道对酒精的吸收减少。减轻酒后肝脏和肠道损伤 研究人员还测量了小鼠醉酒后血液中的酒精含量,发现醉酒2小时后,对照组酒精含量继续增加,而益生菌组呈显著下降趋势,且低于对照组。还发现益生菌治疗降低了血液甘油三酯浓度,同时降低了肝脏中的脂质水平。 这表明,用益生菌治疗可以减轻急性饮酒引起的肠道损伤,并降低肝脏和血液中的脂肪含量。综上,研究人员发现的重组益生菌可在肠道内直接表达hADH,可快速解酒,有效降低酒精对肝脏和肠道的损伤。这种益生菌安全且成本低,为未来治疗和预防酒精的负面影响提供了新的策略. DOI : https://doi.org/10.1128/spectrum.04294-2
  • 文献解读丨矿化胶原骨材料修复大鼠颅骨损伤
    研究背景 颅骨除了容纳、支持和保护脑组织,在头面部外形的塑造方面也承担了一定的责任。在严重的颅脑外伤、脑出血、颅内占位等情况下,需要紧急开颅手术缓解颅内高压,术后则会遗留颅骨缺损的问题,给患者的身心造成了严重的影响。颅骨成形术对颅骨缺损的修复和脑神经功能的恢复都有重要的意义。但用于颅骨成形术的传统生物材料都有着各自的优缺点,至今没有一个理想的解决方案,特别是传统生物材料都不能降解的致命缺陷对于儿童颅骨缺损的修复尤其不利,因此设计制备一种具有成骨活性的生物可降解颅骨修复材料非常迫切。 颅骨修复与其它长骨修复有较大的差异,主要表现在以下三个方面。 首先,颅骨修复除了需要快速成骨,还需要足够的力学支撑发挥保护作用,这就使得材料的孔隙率、孔径和力学强度之间产生了很难平衡的矛盾。 其次,颅骨的发育是膜内成骨作用的过程。在膜内成骨的过程中,骨髓间充质细胞在不形成软骨的情况下就直接分化为成骨细胞,紧接着形成包括额骨、顶骨以及部分枕骨的一系列扁平骨。这样一个相对复杂的成骨方式也决定了颅骨修复较其它长骨的修复更为困难。并且在颅脑外伤、肿瘤等原因造成的颅骨缺损中,硬脑膜常被损坏而缺损,对骨修复的过程更增加了困难。 再者,颅骨除了本身容纳、保护脑组织的作用外,还兼具塑形美容的作用,且颅骨的形状较复杂,个性化要求高,而传统的的人工骨材料规格单一、不可定制。因此,研发一种新的人工骨材料满足颅骨修复的特殊要求势在必行。 方法与结果 该研究采用复合支架的形式,将仿生矿化胶原与可降解生物相容性高分子材料——聚己内酯结合起来,采用溶剂造孔的方式,制备了一系列具有不同孔径分布及孔隙率特征的可植入骨修复支架材料。采用大鼠颅骨临界骨缺损动物模型对各组材料在体内的生物相容性及成骨性能进行评价,筛选出成骨性能最佳且力学强度可以接受的材料。 图1 不同孔结构特征支架SEM形貌及孔径统计分布 其中,最为重要的评价环节为影像学评价,已确定各个实验组之间在不同时间点的成骨情况差异。该研究中采取了Micro-CT(inspeXio SMX-90CT Plus, Shimadzu,日本岛津无损检测)透视并扫描4%多聚甲醛固定24h后的样本,扫描后经三维等值画图软件重建并进行成骨体积分析测定。通过X线透视及CT扫描影像评估样品植入前后的形状、骨密度,并通过成骨体积的测量进行定量分析。 图2 岛津Micro-CT三维重构结果 图3 根据Micro-CT结构计算的相对成骨体积 术后各组大鼠典型的Micro-CT扫描三维重建结果如图2所示。术后4周,模型组大鼠仅有少量针状骨结构位于缺损区,G1、G2、G4组大鼠骨桥位于缺损边缘,G3组大鼠骨桥部分通过缺损。术后8周,空白对照组大鼠缺损区中心有较多针状骨结构,边缘存在骨桥结构。G1、G2、G4组大鼠骨桥部分通过缺损,G3组大鼠骨桥通过缺损最长点。术后12周,模型组大鼠骨桥部分通过缺损,而G1、G2、G3、G4各组大鼠骨桥均通过了缺损最长点,而G3、G4组密度更接近于周围的骨组织,尤其是G3组,95%以上区域已成骨,部分缺损边界已显示不清。 定量分析通过三维重建软件测算出各组大鼠缺损部位的成骨体积,如图3所示。各组大鼠成骨体积在4周,8周,12周时都与空白对照组有显著性差异(P0.05),并且在各个时间点,G3组(pMC 1:10)矿化胶原基颅骨修复材料较G1、G2、G4组成骨体积更多,差异有统计学意义(P0.05)。 图4 Micro-CT重构的矢状位结果 术后各组大鼠Micro-CT正中矢状位影像如图4所示。术后4周,空白对照组缺损区边缘极少量点状高密度影,各实验组缺损区密度均匀增高,颅骨内面靠近硬膜一侧密度较对侧增高更明显。术后8周,空白对照组缺损区可见少量片状密度增高影,各实验组缺损区出现较大面积条状或片状密度增高影,且密度与周围骨质相近。术后12周,空白对照组可见条状密度增高影,各实验组缺损区域密度升高影面积较前明显增加,尤其是G3、G4组,缺损区大部分已被高密度影所占据,且密度和周围正常骨质非常相似。 图5 缺损区组织HE染色 图5所示为术后各组大鼠颅骨正中矢状位石蜡切片HE染色结果,新生成骨被染成密度均匀的粉红色。可以看到4周时,缺损区仅少量点状成骨,各实验组缺损区材料内部可见较密集的斑片状新生成骨。术后8周,对照组新生成骨较少,各实验组新生成骨由斑片状连接成长条状,部分跨越缺损区,新生成骨位于颅骨内侧面硬膜外层。术后12周,对照组缺损区可见部分条状新生成骨,各实验组材料内部和边缘皆有新骨形成,可观察到明显的骨小梁结构,尤其是G3组材料几乎完全降解,大部分被新生的自体骨结构所替代,尤其是靠近硬膜一侧,新生骨结构已与周围正常骨的结构相同。 总结与讨论 本部分研究采用大鼠颅骨临界骨缺损动物模型评价了不同溶剂配比的矿化胶原颅骨修复材料在体内的成骨性能。从影像学、组织学不同角度观察了材料诱导骨长入的过程,并进行了定量分析,筛选出成骨性能和力学强度达到最佳平衡的骨材料溶剂配比,既可以保证一定的力学强度,并且诱导成骨作用最好,为进一步颅骨修复材料的研发奠定了基础。 文献题目:《Tuning pore features of mineralized collagen/PCL scaffolds for cranial bone regeneration in a rat model》使用仪器:岛津5SMX-90CTPlus-1909第一作者:王硕原文链接:https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.110186 声明 1、文章来源:Materials Science & Engineering C2、因篇幅有限,仅显示第一作者。3、本文不提供文献原文,如有需要请自行前往原文链接查看。4、所引用文献仅供读者研究和学习参考,不得用于其他营利性活动。
  • 中国首次破解三聚氰胺引发肾损伤机理
    记者22日从黑龙江省卫生厅获悉,由黑龙江省疾病控制中心专家新近完成的一项科研课题,在国内外首次系统地揭示了三聚氰胺引发动物肾损伤的发病机理、病变特点、肾脏结晶体形成的条件。研究结果为相关部门对三聚氰胺风险评估、制定食品和饲料中三聚氰胺的安全管理限量值提供了重要科学依据。该成果近日获得2009年度黑龙江省医药卫生科技进步一等奖。   因三聚氰胺并非食品添加剂,国内外对三聚氰胺毒性研究资料掌握甚少,对三聚氰胺所造成肾损伤的量效关系、结晶体与肾脏病理损伤的关键环节等问题也缺乏深入探讨。据此,黑龙江省疾病控制中心毒理所主任医师王玉燕等首次成功建立三聚氰胺在肾脏形成结晶的大鼠动物模型,重现了这一疾病的病变过程。该模型方法科学先进,有可重复性。研究结果揭示肾脏为三聚氰胺的毒作用靶器官。其发生机理是三聚氰胺在胃内由胃酸催化水解生成三聚氰酸,两者在肾脏再结合形成三聚氰胺—三聚氰酸结合晶体,晶体充满肾小管,使肾脏体积增大、重量增加,因管壁的挤压作用而使肾组织严重缺血,导致肾脏呈现出特征性土黄色沙石样的外观。   观察结果还表明,三聚氰胺结晶体还可导致肾脏炎症反应和纤维组织增生等病理改变,进一步引发肾脏代谢功能障碍,使血中尿素氮、肌酐等含量增加,最终使实验动物发生肾衰竭。王玉燕等在研究中,首次采用X射线衍射法确定肾脏中形成的结晶体为三聚氰胺—三聚氰酸的结合晶体,进而证实摄食三聚氰胺可使肾脏中形成三聚氰胺—三聚氰酸结合晶体,此手段具有明显的创新性。   专家评价指出,该课题填补了我国三聚氰胺毒理学研究空白,对基础医学、药学和临床医学有重要意义。
  • 预防热射病,FLIR红外热像仪帮助建筑业设计“可降温”的安全帽!
    热射病炎热的夏季终于要过去了,年年都有因为热射病去世的人,特别是对于建筑和其他户外相关行业。热射病 (heat stroke, HS) 是由热损伤因素作用于机体引起的严重致命性疾病, 具有很高的病死率。自2011年以来,仅在美国就有400多名工人因环境高温而死亡,每年还有数千人住院治疗。那么炎热的天气在户外工作时,该如何避免热射病的发生呢?关注工人安保设备为了保障工人的人身安全,建筑安全和服装制造商——总部位于北美的安全帽创新者STUDSON,正在寻找帮助工人在过热期间保证安全的方法,以确保其设备可以帮助建筑、能源生产、公用事业和工业加工的工人抵御高温。这项工作还包括设计冷却配件,如带颈套的冷却头盔衬垫和冷却毛巾,这些配件是专门为个人防护装备(PPE)安全头盔而设计。带颈套的冷却头盔衬垫可以帮助工人在过热的情况下保持凉爽FLIR T1040:让凉爽看得见STUDSON利用FLIR T1040高清红外热像仪记录了其冷却配件的运行情况。在上面的热图中可以看到,人员戴着安全帽,下面是带颈套的冷却头盔衬垫。明亮的颜色表示温暖的区域,而凉爽的区域则较暗。在这张照片中,头盔衬垫和颈套是紫色的,因为这种材料有助于让站在烈日下的佩戴者降温。为了进一步帮助客户对抗热射病,STUDSON还设计了SHK-1安全帽,其可以改善气流并能让身体热量消散。虽然安全帽的主要目的是预防创伤性脑损伤(TBI),但舒适度对于确保工人在任何条件下都能真正佩戴安全帽至关重要。安全帽内置的轻质材料和通风口提供了更好的气流和汗液蒸发,将头部周围的热量减少了几度。在帽子内部,SHK-1安全帽采用KOROYD材质,这是一种焊接聚合物管,其能让头部周围有更大的气流和汗液蒸发。事实上,KOROYD最近的一项热实验室研究发现:与传统的EPS内部安全帽结构相比,KOROYD制作的安全帽可将热指数降低4.5℃,从而降低了热应激的风险。FLIR高清红外热像仪:精确检测结果本次SHK-1安全帽设计过程中用来热量监测的设备就是FLIR T1040高清红外热像仪,这款热像仪配有1024x768像素的非制冷红外探测器,其热灵敏度是非制冷传感器行业标准的2倍,所生成的图像质量非常出众。搭配尖端技术——UltraMax高清图像增强技术和FLIR MSX® 多波段动态成像专利技术(专利号:201380073584.9),能生成最高达310万像素的明亮清晰的热图像。因此,在这次产品研究的过程中,可以让研究人员精准看清检测结果,看清SHK-1安全帽带来的清凉!FLIR T1040拥有为用户量身定制的创新功能与用户界面,搭配FLIR专业报告和分析软件, 用户可一键即时生成报告,用来快速分享图像和测量结果,有效简化了工作流程!研发过程中需要对温度进行严格控制FLIR T1040是您不错的工作伙伴它能精准记录实验过程中的温度变化为您提供便捷的报告
  • 宁波材料所在深海工程材料原位损伤监测方面取得进展
    深海资源丰富,战略价值巨大,深海开发对先进海洋装备需求巨大,然而在深海极高压力、低溶解氧、强电解质、复杂微生物等强耦合作用下,金属结构长期服役时面临腐蚀缺陷带来的力学结构失稳等致命性风险。目前国内针对深海极端环境关键材料超长期服役过程表界面环境、结构演替等的原位监测技术薄弱、数据匮乏,难以对深海工程材料数年以上的力学-电化学-微生物等强耦合损伤开展快速评价及寿命预测。中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋新材料与应用技术重点实验室王立平研究员和毛飞雄研究员带领的研究小组在成功研发海洋工程材料原位立体监测装置的基础上,与中国科学院深海科学与工程研究所深海探测团队紧密合作,在深海工程材料原位腐蚀损伤监测方面取得了新进展。联合团队突破了传感器高精度、低能耗技术及深海耐高压设计,开发出国内首套6000米级原位腐蚀损伤监测实验舱,该实验舱可实现深海环境因子及材料损伤状态数据多维实时采集、高效融合处理,并可结合深度神经网络与电化学模型最优化拟合,快速分析材料损伤演变过程,为深海材料服役状态监测及损伤快速评价提供创新解决方案,为深海长驻型装备选材设计、安全服役、运维保障提供重要依据。实验舱于近日搭载于深海基站成功完成功能验证实海试验,未来将进一步开展长周期深海原位试验工作。   研究团队长期针对我国海洋新材料跨海域环境适应性考核数据匮乏、新材料服役性能与实验模拟数据严重不匹配等关键技术难题,率先建成了“国家海洋局海洋工程材料服役评估评价平台”,先后布局了东海、南海等跨海域海洋材料试验台站,累积了超过8年的环境考核数据。本次实海试验意味着团队在针对深海领域的海洋材料试验台站建设方面迈出了重要一步,对完善我国在东海、南海以及深海等苛刻海洋环境下材料强耦合损伤失效数据体系,借助物联监测和AI辅助大数据技术支撑深海材料与装备服役寿命的可靠评估等具有重要意义。实验舱搭载于深海基站深海原位腐蚀损伤监测实验舱成功海试海洋工程材料原位立体监测装置与跨海域服役大数据平台
  • 中科院生态环境中心DNA损伤研究取得系列进展
    中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室汪海林课题组在DNA损伤研究方面取得了一系列重要进展。   DNA损伤是诱发基因突变、癌症发生和发育畸形的关键因素。由于缺少快速、高通量、广谱的筛选与鉴定手段,数目众多的化学品缺乏DNA损伤的毒性数据。研究人员利用敲除特定抗氧化基因的大肠杆菌增强对DNA损伤的敏感性,发展出一种广谱的细菌传感器,可快速、灵敏地筛选与鉴定过去难以检测的DNA损伤试剂如丙烯醛、卤代苯醌等,显著地拓展了检测范围。该项工作发表在美国化学会期刊Anal. Chem.上(2011, DOI/10.1021/ac200426x)。   近年来,他们发展了一种新颖的DNA缠绕分析方法,在此基础上,进一步揭示了修复酶可识别多种化学结构不同的损伤的机制,从而在DNA修复机制方面取得重要突破,有助于发展有效的癌症预防和治疗措施。该项成果发表在国际著名的综合性期刊Proc. Natl. Acad. Sci. USA( 2009, 106,12849)上。   在DNA加合物分析方面,他们发展的苯并(a)芘加合物分析新方法检测灵敏度可达6.6 × 10-21mol,比经典的32P放射性后标记方法提高了5400倍(Anal. Chem., 2009, 81, 10285)。这一方法的发展有望解决长期缺乏测定人体痕量加合物的高灵敏分析技术的难题。另外,研究人员还发展了新颖的DNA甲基化分析(Anal. Chem. 2009, 81, 7885)、金属调节-核酸电泳分离分析(Anal. Chem., 2010, 82, 487)以及荧光粒子计数免疫法(Anal. Chem., 2010, 82, 9901)。   这些前沿性的工作是在他们独立研制的先进的毛细管电泳-激光诱导荧光偏振检测装置上开展的。现已形成一个较为系统的DNA修饰评价体系,预期在环境与健康、癌症诊断与治疗等领域具有重要的研究和实际应用价值。   这一系列工作得到国家自然科学基金、中科院“百人计划”择优项目、中科院重大装备研制项目及环境化学与生态毒理学国家重点实验室基金等的支持。   图1 独立研制的毛细管电泳-激光诱导荧光偏振检测装置   图2 DNA缠绕-局部解链模型
  • 美开发出DNA损伤快速检测新方法
    华盛顿5月3日电(记者 毛黎)美国麻省理工学院科学家3日表示,他们开发出了对脱氧核糖核酸(DNA)损伤进行快速分析的新方法。此方法将有助于试验潜在的抗癌药物和了解环境毒素的影响。   在麻省理工学院生物工程系副教授贝文恩格尔沃德与电子工程和计算机科学系教授桑吉塔巴蒂亚的领导下,研究人员将已有30年历史的彗星化验(comet assay)改造成一项全新的分析技术,它将可对DNA损伤进行分析的彗星化验与新型高产平台相结合,不仅能加快DNA损伤分析进程,还能应用于流行病学和药物筛选等。   彗星化验基于凝胶电泳技术。后者是常见的实验室化验方法,它是将带有DNA的聚合物凝胶置放在电场中,由于受损DNA在凝胶上比无损DNA运动更快,结果在凝胶上产生了由DNA形成的“彗星”状DNA图形。   彗星化验既灵敏又多能,但是却费力和繁琐。对每种实验条件,它需要至少1个显微镜载片,这意味着即使只做少量的实验条件,也需要变换数十块显微镜载片。此外,彗星化验采用人工读数,因而研究人员不得不花费数小时盯着显微镜,选择需要进行分析的细胞。   充分利用彗星化验的长处同时克服其在生产量和耗费劳力方面的不足,是研究小组的工作目标。利用巴蒂亚等人开发的微“井”技术,研究小组将由众多微小尺寸“井”组成的网格压印在DNA电泳凝胶上,每个网格为单细胞大小,并被逐一编址,便于全自动读取。研究人员同时将显微单元阵列制作成96口“井”的板,这样就可同时化验多种细胞类型和药物等。   采用上述设计,人们能够在一块显微镜载片上化验数十种实验条件,并采用专门开发的图像软件自动分析每块载片。   对于流行病学家而言,此技术有望为他们了解有害的环境提供新途径 对临床医生而言,有望为他们提供更好的癌症治疗方法 对研究人员而言,有望帮助制药业鉴定新药物并筛选出有害药物。
  • 半导体情报,科学家揭秘高性能无损伤柔性器件转移新技术!
    【科学背景】随着软电子学和可拉伸设备领域的迅速发展,高性能电子器件在实现柔性和可拉伸性方面取得了显著进展。这些技术的推动不仅革新了传统电子学和光电子学,还在生物电子学和能源设备等多个研究领域展示了巨大潜力。然而,现有的制造技术面临着诸多挑战,例如有毒化学品的使用安全问题、昂贵的设备要求、转移过程中薄膜损伤的风险以及高温处理对设备可用性的限制。转移印刷技术允许将在刚性基板上制造的高质量材料转移到柔性或可拉伸的目标基板上。这种方法极大地推动了柔性电子器件的发展,使得可以制造出具有超薄、轻量、机械可变形性和高性能的设备,包括皮肤可穿戴设备、植入式医疗设备以及各种三维形状或可变形的电子器件。然而,传统的转移印刷过程存在一些严重问题。主要问题包括对薄膜材料可能造成化学损伤的湿法蚀刻步骤,以及在微图案化薄膜情况下可能导致的薄膜机械断裂。此外,许多方法虽然被提出来解决这些问题,但仍然面临着实际应用中的限制,如设备复杂性、成本高昂和操作复杂性。为解决上述问题,韩国浦项基础科学研究所Dae-Hyeong Kim & Sangkyu Lee以及釜山大学Ji Hoon Kim等教授携手提出了一种创新的干式转移印刷策略,基于应力控制的方法。他们通过直流磁控溅射技术,在沉积金属双层薄膜时精确控制应力的生成和分布。随后,通过施加机械弯曲变形,额外的拉伸应力被引入到薄膜中,使得薄膜能够可靠地从母基板上释放。这一过程中,薄膜的应变能释放速率被精确控制,超过了薄膜与基板之间的界面韧性,从而有效实现了薄膜的无损干式转移。【科学亮点】(1)实验首次提出了一种无损伤干式转移印刷策略,基于应力控制的金属双层薄膜沉积技术。通过直流磁控溅射技术,在沉积过程中控制金属双层薄膜的应力分布,从而实现了高质量薄膜的制备和转移。(2)实验通过调节溅射参数和施加机械弯曲,成功控制了薄膜内部的应力分布,使得薄膜在施加外向弯曲变形后能够可靠地从母基板上剥离。这一过程中,通过增加总应力,成功实现了薄膜与基板之间的可靠分离,避免了传统湿法蚀刻过程中可能导致的化学损伤和薄膜损伤问题。(3)实验结果表明,这种干式转移印刷策略不仅可以将金属薄膜成功转移至柔性或可拉伸的基板上,还可以应用于高温处理的氧化物薄膜。这为制造二维柔性电子器件和三维多功能体系结构(如流量传感器、离子浓度传感器、温度传感器和薄膜电池)提供了有效的方法和技术支持。【科学图文】图1:基于应力工程,无损伤干式转印的概念。图2. 铂Pt薄膜的应力工程。图3. 各种2D Pt薄膜的转移及其向3D结构的转换。图 4. 具有2D/3D混合结构的集成传感器阵列演示。图 5. 具有转移LiCoO2薄膜的柔性薄膜电池TFB制造。【科学结论】以上文章展示了一种基于应力工程的创新干式转移印刷技术,为制备高质量薄膜提供了重要价值。通过精确调控直流磁控溅射参数,实现了双层结构中的应力水平和梯度的控制,进而在转移印刷过程中应用外向弯曲变形,使得薄膜能够有效剥离而不损伤。这一方法不仅成功地解决了传统湿法蚀刻可能引起的化学损伤和机械损伤问题,还克服了高温处理条件下的挑战,为柔性和可拉伸基板上的高性能电子器件制造提供了新的技术途径。科学启迪的关键在于通过物理机制的精细控制,如应力管理和能量释放率的优化,实现了薄膜与基板之间可靠的分离,从而推动了转移印刷技术的进步。此外,这种技术的应用前景广泛,不仅限于二维柔性/可拉伸设备,还包括复杂的三维多功能体系结构,涵盖了电子学、光电子学、生物电子学和能源收集等多个领域。因此,该研究不仅为实现新型电子器件的制造提供了实用性解决方案,还为未来柔性电子技术的发展奠定了坚实的基础。原文详情:Shin, Y., Hong, S., Hur, Y.C. et al. Damage-free dry transfer method using stress engineering for high-performance flexible two- and three-dimensional electronics. Nat. Mater. (2024). https://doi.org/10.1038/s41563-024-01931-y
  • 文献解读丨奥曲肽口服制剂抗胃粘膜损伤的药代动力学和药效学证据
    本论文发表在药理学专业期刊Acta Pharmacologica Sinica (2018)39:1373-1385,介绍了中国药科大学天然药物国家重点实验室药物代谢与药代动力学重点实验室团队在奥曲肽口服制剂抗胃粘膜损伤的研究中获得的药代动力学和药效学证据。 在生长抑素类似物中,奥曲肽(octreotide,OCT)是临床上常用的静脉或皮下注射药物,用于治疗生长激素、胃泌素或胰岛素分泌增加引起的各种疾病。为了评价OCT口服制剂开发的可行性,我们在几种动物模型上对OCT进行了系统的药动学和药效学分析。大鼠体内药代动力学研究表明,OCT灌胃给药的生物利用度极低(测得的大鼠OCT的平均血浆浓度-时间曲线;(B)口服剂量为30 mg/kg的OCT后大鼠各组织中的OCT浓度 使用仪器:岛津iMScope图2. OCT在小鼠胃内的空间分布及消除静脉注射OCT 0.1mg/kg ,给药后10min(a1,b1)、20min(a2,b2)、40min(a3,b3)、60min(a4,b4)和120min(a5,b5)OCT的空间分布(a1~a5:小鼠胃放大图;b1~b5:奥曲肽MS成像分析) 综上所述,灌胃给药后的组织特异性分布和良好的抗GMI保护作用使OCT的口服制剂成为可能,SSTR2在胃肠道的高表达有助于OCT的组织特异性分布和达到治疗效果。鉴于SSTR2介导的OCT的组织特异性分布特点和SSTR2在多种肿瘤细胞上的过度表达,口服OCT也可用于其他临床适应症,包括胃肠胰神经内分泌肿瘤和垂体腺瘤。本研究不仅为奥曲肽的进一步开发和临床应用提供了支持,而且为其他多肽类药物口服制剂的开发提供了新的途径。 文献题目《Pharmacokinetic and pharmacodynamic evidence for developing an oral formulation of octreotide against gastric mucosal injury》 使用仪器岛津LCMS-8050、iMScope 作者Xi-nuo LI, Tai RA0, Yang-fan XU, Kang-rui HU, Zhang-pei ZHU, Hao-feng LI, Dian KANG, Yu-hao SHAO, Bo-yu SHEN,Xiao-xi YIN, Lin XIE, Guang-ji WANG, Yan LIANGKey Lab of Drug Metabolism & Pharmacokinetics, State Key Laboratory of Natural Medicines, China Pharmaceutical University,Nanjing 210009, China
  • 力挽狂澜的RNA聚合酶——DNA损伤修复的最后关卡
    生物体在正常生命过程中会面临内/外因来源的DNA损伤,DNA损伤不仅影响基因的正确复制,也阻碍其正常转录。为避免DNA损伤带来的灾难性后果,生物体进化出一整套修复机制,以保证复制和转录的正确性、基因组的完整性和遗传的稳定性。常见的修复方式有光激活修复系统、错配修复、剪切修复、同源重组修复等。值得注意的是,基因转录过程也是独特的DNA损伤修复机制。多亚基蛋白复合体RNA聚合酶(RNA polymerase,RNAP)是完成基本生命活动的一员“大将”,保守存在于细菌、古细菌、真核生物中,负责转录合成各类RNA,其核心酶发挥主要的合成作用。细菌RNAP核心酶结构最为简单,古细菌核心酶与真核生物RNAPⅡ有显著的结构保守性。真核生物中的RNAPⅠ、RNAPⅡ、RNAPⅢ核心酶结构具有同源性,但分别发挥不同的功能,其中RNAPⅡ负责转录所有编码蛋白的基因和许多非编码RNA。转录过程中,RNAP沿模板链的行进路途并非一帆风顺,基因组DNA总是不可避免的遭受内外环境带来的损伤。转录模板链上的DNA损伤,如单链断裂、双链断裂等会阻碍RNAP在模板链上的正常前行[1]。研究发现,当转录中的DNA双链产生诱变损伤时,转录模板链的修复程度要高于编码链,模板链的修复比编码链修复更快,而编码链的修复与基因组DNA的修复节奏基本一致,这说明转录中优先修复模板链中的DNA损伤[2]。RNAP沿模板DNA转录过程中,会感知DNA损伤,并招募修复蛋白,继而修复损伤DNA[3],此过程称为RNAP监视(RNA polymerase-surveilled,RNAP-S)的DNA修复。RNAP在参与转录过程中受到阻碍RNAPⅡ在感知DNA损伤时,不与受损的碱基直接发生作用,而是感知其转录发生障碍后引起的空间位阻。RNAPⅡ结构中的桥螺旋(bridge helix,BH)负责连接RNAPⅡ的两个部分,将RNAPⅡ催化位点与下游的主、次要通道分开,模板装载中越过BH的步骤可作为RNAP变位的检验点。RNAPⅡ装载DNA模板时,DNA下游模板需要越过桥螺旋才能到达活性位点添加NTPs以进行正常转录,此跨越步骤需要模板链发生显著的构象变化。但存在大规模损伤的DNA链往往由于受损的碱基与RNAPⅡ桥螺旋结构上方相结合,而不能发生正常的构象变化,RNAPⅡ无法正常装载DNA模板链,变位步骤受到阻碍,因此发生滞留现象。RNAP监视下的修复策略单枪匹马——当遇到较小的损伤如CPD、AP、Gh时,RNAPⅡ虽然受到阻碍,但不足以被滞留。在这种状态下,RNAPⅡ缓慢的经过损伤位点,并发生不依赖于模板的AMP优先的碱基错误掺入,导致转录产物mRNA中相对损伤的位点的突变,这种易错的修复方式被称为A规则。团队协作——RNAP因DNA损伤滞留在DNA模板链上时,会被转录偶联修复因子识别,此时RNAP从模板解离、回溯变位、降解,并引发后续修复蛋白的组装和修复。例如,细菌中转录偶联因子Mfd,它可以解离模板链上较强损伤处的RNAP同时引发核苷酸切除修过程。有趣的是,它也能促进较弱损伤处RNAP的变位而跨越损伤,Mfd与非NER因子共同作用,以易错的方式修复DNA损伤。原核生物中的DskA也以类似Mfd的方式使DNA损伤处的RNAP发生解离,DNA模板上的损伤进而被修复[7]。Mfd的真核生物同源蛋白CSB同样实施RNAP-S修复,其过程受到更多因素的调控。原核生物NER系统修复因子之一的Uvrd能直接使滞留的RNAP发生回溯,暴露的损伤部分进而能被修复蛋白修复[9]。真核生物中的OGG1也可引发RNAP-S-BER修复。此外,也有研究显示,RNAPⅢ在同源重组介导的DNA双链断裂修复中发挥了关键的作用。RNAPⅡ监视下的修复策略RNAP-S偶联DNA修复的生物学意义确保基因组的稳定——RNA-S修复对基因组稳定性的维持有重要作用。RNAP在模板DNA损伤处的长期停滞会导致错误碱基掺入,从而导致RNAP-S修复的失败,而基因组不稳定将威胁细胞的存活。但在营养胁迫下发生的易错方式的修复引入的突变却提高了遗传多样性,有利于细胞逃离限制生长的条件,增强了细胞对环境的适应能力。防御疾病——RNAP-S修复影响生物体对癌症的预防。例如与RNAP-S修复缺陷相关的柯凯因氏综合征(Cockayne Syndrome,CS)、紫外线敏感综合征(UV-sensitive Syndrome,UVSS)。这两种疾病都是由于相关基因的突变导致RNAP-S-NER缺陷而引起。此外,视网膜退行性疾病、范可尼贫血症、肺癌、亨廷顿氏病症等疾病也与RNAP-S修复途径受损有关。展 望目前人们已经较深入的了解了DNA损伤修复,并揭示了多种DNA损伤修复途径。然而在RNAP监视的DNA修复中,很多机制仍有待于研究。尤其是真核细胞RNAP-S途径的很多细节尚不清楚。但相信随着分子生物学技术手段的革新,这些问题可以被回答。或许在不久的将来我们也可以靶向抑制或加强RNAP-S修复系统来治疗人类不同疾病。
  • 专家:短时摄入镉不会损伤健康
    2012年1月15日,广西河池市辖区内的宜州市的龙江河拉浪水电站内群众用网箱养的鱼,突然出现不少死鱼现象。宜州市环保部门经过调查发现,死鱼是由于龙江河宜州拉浪段镉浓度严重超标引起,龙江水体已遭受严重镉污染。   镉是重金属中的一种,饮用镉超标的水会对人的肾脏造成不良影响。龙江河突发环境事件专家组专家、国家环境保护部华南环境科学研究所副所长许振成昨天向记者介绍,镉长期累积才会造成镉损伤,短时间摄入镉,不会造成人体功能损伤。而且人体中是否摄入了过量的镉也要通过科学方法检测,如怀疑受到镉损伤,可检测尿中的镉含量,尿镉超标了,才说明体内有负荷增加,而负荷增加到损伤人体的过程要二三十年。他还说,此次龙江河的镉污染已经在科学控制中,而且影响时间不长,市民无需恐慌。   他还介绍,我国《地表水环境质量标准》要求,每升水中镉浓度要小于或等于0.005毫克,也就是一升水最多只能有5微克的镉,这个标准是按照一个人每天喝2.5升镉浓度小于或等于5毫克的水,连续喝70年,也不会有任何不良反应制订出来的。
  • 基于高光谱成像技术的青香蕉碰撞损伤检测
    香蕉是中国岭南特色水果之一,香蕉在采收和运送过程中往往处于绿硬期(青香蕉),在此过程中易受到各种碰撞损伤。不同类型碰伤均可加速香蕉果皮活性氧的积累进而导致香蕉果实的衰老腐败 青香蕉受到碰撞损伤后,微生物容易侵染损伤部位,经过催熟过程中的乙烯释放和果实软化后,造成於伤腐烂或黑斑花脸,严重影响其色泽品质和销售价格。因此,亟待寻找一种快速无损检测青香蕉碰撞损伤的方法。为探究有效检测青香蕉早期轻微碰撞损伤的方法,本文结合青香蕉的结构特点利用高光谱技术找出青香蕉关于碰撞损伤特性的特征波长段,实现碰伤程度的区分与可视化。研究为开发青香蕉表面碰伤快速无损检测系统,提高香蕉经济效益具有重要意义。1.材料与方法1.1青香蕉碰撞损伤程度分类青香蕉的品质分级标准14中,果身表面的机械类损伤面积是一个重要指标。标准规定,果身表面无碰压伤的青香蕉属于优等品;碰压伤面积小于1cm² 的属于一等品;碰压伤面积为1~2 cm² 的属于二等品;碰压伤面积大于2cm² ,属于劣等品将不进入市场。将碰伤的香蕉置于温度15℃、相对湿度88%的恒温恒湿环境中保存48 h取出切开,损伤面积如表所示。1.2 高光谱图像采集系统试验可采用彩谱科技有限公司的高光谱成像仪,主要包括高光谱相机、光源、载物台、滑轨、计算机控制硬件和软件系统。光源采用仪器自带的卤素灯,光谱仪的光谱范围为400~1000 nm,采样间隔为2.39 nm,将光谱范围分为256个频带范围。仪器扫描的具体参数设置:曝光时间20 ms,移动台前进速度1.4 cm/s,回退速度2cm/s,镜头与样本距离42 cm。本研究使用的光谱数据由256维图像组成。区别于三维的RGB图像,高光谱图像的数据信息高维且冗余,如果对每份样品的所有图像进行处理,不仅工作量庞大且后续的建模效果不佳。如图所示是同一份样品在不同波段下(500、600、700、800nm)的图像,对比可知:不同波段下的图像其呈现出的碰伤情况存在差异。因此探究青香蕉关于碰撞损伤的特征波段,利用特征波段下的图像提取碰伤部位的光谱数据,可为后续的检测模型提供可靠且精准的数据集。2结果与分析2.1 原始光谱数据预处理结果使用软件进行预处理,首先对原始光谱进行多项式平滑法处理,再采用多元散射校正法对光谱进行预处理,以降低极限漂移和散射效应。对原始样本数据集如图a先进行SG处理,将处理后的光谱曲线再进行多元散射校正法处理。处理后的效果如图b所示。可以看出,预处理后的光谱曲线修正了部分反射率为1的数据,总体曲线更加归一且平滑,噪音点减少,曲线的凹凸处变少。说明该预处理方法效果较好,后续研究所用的光谱数据皆为经过SG和MSC方法预处理后的数据。2.2基于BP神经网络的检测模型和可视化碰伤等级图像通过图像分割流程,将918张灰度图像进图像分割,提取香蕉碰伤部位的轮廓区域,同时利用图像全像素点下的反射率数据,用光谱反射率数据去表示碰伤轮廓区域的每个像素点所代表的信息。对健康样品、轻度碰撞伤样品、中度碰撞伤样品、重度碰撞伤样品的测试集的识别准确率分别为97.53%、92.59%、93.82%和96.29%,平均碰伤程度的判断准确率为95.06%。为了更好地展示分类结果,同时考虑检测的可视化,对每一个像素点用“00”代表健康,标记为黄色RGB(255,255,0) “01”代表轻度碰撞伤,标记为蓝色RGB(67,142,219) “10”代表中度碰撞伤,标记为紫色RGB(128,0,128) “11”代表重度碰撞伤,标记为红色RGB(255,0,0)的方式进行最后的输出显示。其中区域的总体识别结果若有85%以上的相同数值和颜色,那么本区域都用此数值和颜色进行归一显示,最后的可视化图像如图所示。3.结 论本文以青香蕉为研究对象,利用高光谱成像仪采集青香蕉健康表面和不同碰伤程度香蕉的光谱反射率数据和不同波段下的图像信息,结合特征变量筛选对青香蕉的碰撞损伤程度进行了研究,主要结论如下:1)采用3种类型的支持向量机算法,验证了青香蕉碰撞损伤的识别机理以及采用光谱数据和图像信息结合进行无损检测的合理性。2)对通过预处理和异常样本剔除后的数据进行特征波长提取和验证,得到9段特征波长。3)通过获取特征波长段下的图像,提取碰撞损伤区域的轮廓分布边界数据以及该区域的每个像素点对应的光谱反射率数据。将此数据作为BP神经网络的输入层进行训练,最后得到的模型对健康样品、轻度碰撞伤样品、中度碰撞伤样品、重度碰撞伤样品的测试集识别准确率为97.53%、92.59%、93.82%和96.29%。
  • “海洋中的无声刺客”创伤弧菌如何高效检测?
    黄金周,海鲜季!作为这个季节大家最喜欢吃的食物之一“海鲜”登上主场,螃蟹、大虾、海蛎子那是万万不能少的。享受美味的同时也要谨防其携带的致病菌引发的风险,尤其是被称为“海洋中的无声sha手”的创伤弧菌。何为“创伤弧菌”?创伤弧菌又称海洋弧菌,被称为“海洋中的无声刺客”,属致病性弧菌。适宜生长的温度为20~30℃,当温度低于13℃ 时,创伤弧菌会进入一种可存活但停止生长的状态。创伤弧菌感染的高峰期在每年的3~11月份,因为该时期的海水温度处在上升期,适宜创伤弧菌的增殖。常寄生于海产生物内部,如生蚝、海鱼、牡蛎、螃蟹等生物查查这些年创伤弧菌的“案底”1、在美国与海产品相关的死亡案例中,创伤弧菌感染占95%以上,并且创伤弧菌脓毒症的平均病死率超过 50%。(据央视新闻客户端援引《国会山报》当地时间9月5日报道,美国疾病控制与预防中心(CDC)发出警告,提醒医生需密切关注致命性食肉菌,这种细菌可能存在于美国墨西哥湾和东海岸水域。美疾控中心表示,由热浪、洪水和风暴等极端天气事件引起的海面温度上升可能增加这种细菌的感染风险,并导致感染范围扩大。此前,美国纽约州、康涅狄格州和北卡罗来纳州均报告过与该细菌感染相关的致死案例。)2、我国大陆地区文献报道的创伤弧菌感染案例较少,卢中秋等报道的1995年至2008年间的34例创伤弧菌感染患者中,有16例死亡,病死率为47.1% 。3、Chao等报道的1998年至2011年间的121例创伤弧菌感染患者中,即使所有患者都接受了抗生素治疗和外科干预,病死率也高达28.9% 。创伤弧菌主要感染哪些食品?食用被创伤弧菌污染的水产品,如牡蛎、生蚝等贝类,或开放性伤口暴露于有创伤弧菌的海水中,可能会导致严重的感染,包括急性胃肠炎、 脓毒症、坏死性筋膜炎等。如果由创伤弧菌感染引起败血症,发病急、致死快,常在1~2天内患者就会死亡,死亡率高达60%以上。生食动物性水产品中副溶血性弧菌&创伤弧菌污染杨舒然等对生食动物性水产品中副溶血性弧菌和创伤弧菌污染状况分析,结果显示:1、生食动物性水产品中副溶血性弧菌检出率为 14. 7%(437/2 980) ,污染水平>100 MPN/g 的样品比例为 2. 9%( 83/2 909) 创伤弧菌检出率为 3. 5%(104/2980) 。2、采样于批发市场的样品中副溶血性弧菌检出率、污染水平>100 MPN/g 的样品比例和创伤弧菌检出率均高于餐饮店和零售店。3、第三季度副溶血性弧菌检出率、污染水平>100 MPN/g 的样品比例和创伤弧菌检出率最高。造成污染的主要原因包括原产地污染,储存不当及加工过程交叉污染。所以,生食动物性水产品中存在副溶血性弧菌和创伤弧菌的污染,其健康风险应引起关注。欧盟于2003年要求从我国进口的鱼虾等海产品必须进行创伤弧菌检测。目前我国关于创伤弧菌检验标准的汇总GB 4789.44-2020 食品安全国家标准 食品微生物学检验 创伤弧菌检验(PCR法已进入标准)SN/T 2754.13-2011 出口食品中致病菌环介导恒温扩增(LAMP)检测方法 第13部分:创伤弧菌SN/T 5364.4-2021 出口食品中致病菌检测方法 微滴式数字PCR法 第4部分:创伤弧菌;SN/T 5228.5-2019 出口食品中病原微生物快速筛选方法 MALDI-TOF MS法 第5部分:创伤弧菌SN/T 5516.16-2023 出口食品中致病菌荧光重组酶介导链替换核酸扩增(RAA)检测方法 第16部分:创伤弧菌美正为弧菌检测提供有效解决方案弧菌菌种鉴定试剂盒(PCR-探针法)采用实时荧光PCR技术,针对弧菌特异性基因设计引物和探针。PCR扩增过程中,与模板结合的探针被Taq酶分解产生荧光信号,荧光定量PCR仪根据检测到的荧光信号绘制出实时扩增曲线,从而实现弧菌在核酸水平上的菌株鉴定。本产品可鉴定副溶血性弧菌、霍乱弧菌、创伤弧菌、拟态弧菌、溶藻弧菌、河弧菌等菌株;同时还可以鉴定副溶血性弧菌的毒力基因(TDH、TRH1和TRH2),以及霍乱弧菌的血清型O1和O139。
  • 中医药防治雾霾所致肺损伤进展可喜
    p   每逢雾霾天气,很多人会感觉不适,患有慢阻肺、哮喘、肺心病等呼吸系统疾病的患者尤其如此。雾霾对人体健康有何损害?如何防治雾霾可能造成的不良后果?这些都是市民普遍关心的问题,学术界也一直在为此努力开展研究工作。近日,有好消息传来,中日友好医院张洪春教授等专家团队进行的PM2.5致肺损伤研究取得了一定进展。 /p p    strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 雾霾易导致呼吸系统疾病症状加重 /span /strong /p p   雾霾对人体产生的不良影响是如何产生的?具体表现又如何呢? /p p   中日友好医院张洪春教授表示,雾霾影响人体健康主要是因为雾霾本身的毒性以及雾霾表面黏附的有毒物质,由于雾霾中有许多微小的有害颗粒物,它们可以随呼吸进入人体,这些有毒颗粒是进入到呼吸道,有些更小的颗粒物可以进入到肺泡,甚至可以透过肺泡进入血液。颗粒物可使机体氧化-抗氧化系统失衡,进而引起肺组织损伤 也可启动氧化应激反应,使机体局部释放大量炎性介质导致炎性损伤。因此,雾霾最容易损害的就是人体的呼吸系统。相关调查表明:近年来,我国呼吸系统疾病的特点也由原来的以流感、肺部感染、肺结核等感染性疾病为主,逐渐向非感染性疾病转变,尤其是以支气管哮喘、慢阻肺等慢性肺系病为主。因此也可以说,呼吸系统疾病和雾霾等环境问题关系密切。 /p p   在雾霾对呼吸系统疾病影响的表现方面,张洪春教授表示,由于呼吸系统疾病通常都是日积月累渐进的结果,因此雾霾对呼吸系统的影响也是一个缓慢的过程,通常表现为使原发疾病症状加重,或导致原发疾病的急性发作。 /p p    strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 防治PM2.5所致肺损伤可从中医药角度切入 /span /strong /p p   如何从医疗角度有效减少雾霾侵害,一直是学术界争相研究的课题,中日友好医院张洪春教授也从中医角度进行了这一课题的研究。张洪春教授表示,中医治疗最大的优势是未病先治、既病防变,在防治PM2.5所致肺损伤方面,中医采用扶正祛邪的治疗原则,一是要扶助正气,增强机体免疫力,二是要祛邪,抵御外邪、驱邪外出,提高人体免疫力以及适应能力,防止疾病的发生及进一步加重。 /p p   同时,张洪春教授还表示,我们开展了固本止咳中药对COPD模型小鼠气道功能及局部黏膜状态影响研究,发现固本止咳中药可降低分泌性免疫球蛋白(sIgA)的分泌,改善小鼠气道的炎性反应。考虑固本止咳类中药可调整呼吸道黏粘膜免疫状态,控制局部气道炎性反应,进而减轻气道壁的损伤和修复过程,起到改善气道通气功能障碍的作用。 /p
  • Cell |清华大学研究团队开发新型双光子显微成像术,实现深层活体时空跨尺度观测
    双光子显微镜是对深层散射组织进行活体观测不可或缺的仪器,以其远超单光子显微成像的穿透深度而受到生命科学和医学研究的广泛关注。然而,传统双光子显微成像的点扫描成像模式从根本上限制了其成像通量与三维感知速度,极易受复杂活体成像环境干扰,同时激发点巨大的瞬时光强会对活体生物样本造成持续性的非线性光损伤,导致高速三维成像时长严重受限,极大地制约了病理学、免疫学和脑科学的发展。2023年5月12日,清华大学戴琼海、吴嘉敏、祁海作为共同通讯作者在 Cell 期刊发表了题为:Two-photon synthetic aperture microscopy for minimally invasive fast 3D imaging of native subcellular behaviors in deep tissue 的研究论文。该研究首次提出了基于空间约束的多角度衍射编码,实现非相干光孔径合成;建立了双光子合成孔径显微术(Two-photon synthetic aperture microscopy,2pSAM),“化点为针”,通过多角度针状光束的扫描在实现高速三维感知的同时,将双光子成像光毒性降低了1000倍以上;融合了戴琼海院士团队2021年同样在 Cell 上所提出的数字自适应光学架构,具备高速多区域像差矫正能力,即使在恶劣复杂活体环境下依然保持近衍射极限的空间分辨率,并进一步提升了传统双光子成像的穿透深度。基于此,2pSAM能够在哺乳动物深层散射组织中非侵入式地观测大范围亚细胞级动态变化,将毫秒级三维连续观测时长从数分钟提高到数十小时,为系统性地研究大规模细胞在不同生理与病理状态下的交互作用打开了大门。交叉研究团队利用2pSAM在小鼠活体观测到了一系列新现象,包括急性脑损伤后脑组织内周的多细胞互作,神经元在超长时程连续观测下展现出对视觉刺激的表征稳定性与功能多样性,以及首次完整高速记录下了小鼠免疫反应过程中淋巴结生发中心的形成过程,为病理学、脑科学和免疫学的研究打开了新窗口。传统双光子显微镜使用“点扫描”的方案对三维样本进行扫描,类似于共聚焦荧光显微镜,由于双光子成像的非线性效应使其能够获得数倍于单光子成像的穿透深度。例如,双光子显微镜在小鼠大脑皮层的最大穿透深度可以达到1 mm。然而,这种点扫描方式严重限制了双光子显微镜的三维成像速度与数据通量,并且由于在聚焦点位置极大的瞬时光强带来了非常严重的非线性光损伤隐患。2pSAM采用了轴向景深拓展的“针扫描”方案,通过改变针状光束的不同倾角实现样本三维信息的多角度投影,类似CT一样实现快速三维成像;同时,受到雷达成像中合成孔径方法的启发,通过在像面处引入针孔所带来的空间衍射编码约束,实现了非相干光的孔径合成,将多角度信息融合为大数值孔径对应的高空间分辨率;进一步利用样本的时空连续性先验,有效避免了视角扫描带来的时间分辨率损失。这样一种全新的计算双光子成像架构,在保留双光子本身深层组织穿透能力的同时,将有效成像通量提升了三个数量级以上。图1. 双光子合成孔径显微术(2pSAM)系统图除此之外,样本引起的光学像差给显微成像带来的分辨率与信噪比损失十分严重,随着成像深度的增加这种降质尤为明显。目前双光子成像中的硬件自适应光学技术主要面临着以下一些问题:1、成像系统复杂、成本高昂;2、有效校正视场有限,大视场多区域校正速度缓慢。2pSAM通过激发光编码获得了超精细的四维空间角度光场数据,能够使用数字自适应光学架构(DAO),无需在光学系统中增加额外的波前传感器或者空间调制器,就能实现信号采集与自适应像差校正的解耦,在后处理端完成大范围多区域自适应光学,显著提升在复杂成像环境中的空间分辨率与信噪比。图2. 双光子合成孔径显微术(2pSAM)结合数字自适应光学(DAO)与传统双光子显微镜(TPM)面对复杂成像条件下的结果对比。从左至右依次为:正常条件下拍摄,物镜校正环不匹配情况下拍摄,物镜为水镜且缺乏浸润水的情况下拍摄,物镜与样本之间增加散射胶带后进行拍摄长时间的激光照射会对活体样本产生严重的光毒性。研究团队发现,传统双光子显微成像由于使用飞秒激光激发与高NA会聚,在样本局部会产生巨大的瞬时光强,由此所产生的非线性光毒性在以往被极大地低估了,而一旦在长时程成像过程中,就会不断积累损伤从而影响细胞正常状态。与之对比,2pSAM化点为针,通过轴向景深拓展,在保持同样荧光激发效率的前提下,将瞬时峰值功率降低了1000倍,从而有效解决了非线性光损伤的问题。一方面能显著减少荧光探针的光漂白,对于同一类易淬灭染料,在同样激发光强下,传统双光子仅能拍摄几十个三维体,而2pSAM能够连续拍摄几十万个三维体而没有明显的信号衰减。除此之外,团队还对小鼠脑皮层中的小胶质细胞与脑损伤过程中的中性粒细胞进行了连续成像测试,发现即使使用较弱的光强,传统双光子显微成像在连续拍摄半小时以上时仍会导致大量细胞凋亡,而在2pSAM成像过程中细胞保持了正常的表型,并且相比于对照组结果无明显差异。团队通过一系列在体与离体实验充分证明了2pSAM能够将传统双光子成像的光毒性下降三个数量级以上,为长时程高速活体组织成像打开了新窗口。图3. 小鼠大脑急性开窗损伤后的皮层免疫细胞成像,TPM(左)与2pSAM(右)光漂白对比(GIF图)图4. 离体B细胞(GFP,蓝色通道)连续拍摄实验:使用PI标记细胞凋亡(红色通道),对比TPM(左)与2pSAM(右)的光毒性(GIF图)生发中心(Germinal center,GC)是次级淋巴器官中的动态组织区域,是被抗原激活后的B细胞在趋化作用引导下聚集形成的结构,也是产生高亲和力抗体及形成长期免疫记忆关键场所。但是由于GC形成的随机性和免疫细胞本身对光损伤的敏感性,完整的GC形成过程从未被高速长时间的清晰记录过。借助2pSAM,得以首次完整清晰地观测到了免疫反应下GC形成的全部过程。研究人员将带有荧光标记的抗原特异性B细胞回输到小鼠体内,随后将抗原接种到腹股沟附近以诱导引流淋巴结中生发中心的形成,并于免疫后90到110个小时内(生发中心未形成期),在大视场下持续地对淋巴结中抗原特异性B细胞的动态行为进行追踪,成功揭示了GC形成过程中B细胞的分裂增殖是GC形成的主因,辅助以周围活化B细胞的聚集。由于拍摄时长达十余小时,淋巴结本身会产生剧烈的形变,2pSAM通过多视角信息能够进行实时轴向聚焦位置反馈,实现自动对焦,有效避免了长时程拍摄过程中的样本漂移。 图5. 小鼠腹股沟淋巴结免疫反应后生发中心形成过程的完整观测和记录(GIF图)研究人员进一步借助2pSAM在患有创伤性大脑损伤(Traumatic brain injury,TBI)的小鼠和正在接受视觉条纹刺激的GCaMP转基因小鼠进行脑皮层组织的细胞动态观测。在TBI小鼠受伤区域磨薄颅骨后观测到了外周免疫细胞中性粒细胞在浸润后与内周星形胶质细胞的相互作用,如通过直接接触定向产生迁移体(migrasome)来传递物质和信息。对GCaMP转基因小鼠开颅恢复2周后进行视觉上的条纹刺激,进一步证实了长达数小时内小鼠视觉皮层神经元钙信号对不同方向条纹选择性表达的持续性和稳定性,同时也通过长时程功能数据挖掘出了多种单细胞水平的神经响应类型,体现了神经元的功能多样性。这些现象对于传统双光子显微镜而言都极具挑战,特别是会由于光毒性本身导致会导致细胞异常表现,比如会导致神经元在长时程拍摄过程中响应强度不断下降。
  • 我国自主研发的质子位移损伤效应模拟试验装置建成出束
    8月9日,我国自主研发的质子位移损伤效应模拟试验装置(PREF)——60MeV质子加速器建成出束,首次成功储存、加速、慢引出质子到实验终端。质子位移损伤效应模拟试验装置(PREF)由中国科学院近代物理研究所承担建设,可提供10-60MeV能量段连续精确可调、高流强、高占空比、大扫描面积的高品质质子束流,是目前国内唯一的位移损伤效应模拟试验专用装置。质子位移损伤效应模拟试验装置——60MeV质子加速器全景图。受访者供图基于几代离子加速器设计、建造的技术和经验积累,近代物理研究所加速器团队首次在超小型质子同步加速器中采用了钛合金瓷环内衬极高真空室及全储能非谐振大功率电源新技术,研发了快上升全波形动态磁场补偿和全系统同步性实时测量技术,实现了加速器全过程数字模拟和束流的精准操控。同时,团队还通过工程全系统BIM(建筑信息模型)建模,严控工艺规范和流程,实现了工程质量大幅提升,为装置的高效运行打下了良好基础。据了解,该装置基于重大基础前沿研究需求而研发,将填补我国空间辐射效应试验能力缺项,成为承载我国空间科学、空间技术和国产宇航元器件发展的重要试验平台。同时,该装置的建成出束也将为我国应用加速器的进一步推广打下坚实基础。PREF质子同步环束流强曲线。受访者供图
  • 我国成功研发“零损伤”兆声波半导体清洗设备
    正在上海举行的中国半导体国际展上,盛美半导体设备(上海)有限公司展出了一台十二英寸单片兆声波清洗设备,这也是国内首台具有自主知识产权的“零损伤”兆声波半导体清洗设备。   当今半导体清洗技术中的最大难题,是对机械损伤和不良率的控制。随着半导体芯片体积的不断缩小,影响硅片良率的粒子也越来越小,颗粒越小则越难清洗 同时,65纳米以下芯片的门电极与电容结构越来越脆弱,在清洗中避免损伤芯片微结构的难度也在不断加大。   作为一种新兴技术,近年来兆声波清洗技术在半导体清洗设备中的应用越来越广泛。盛美半导体首席执行官王晖博士说,兆声波能量之所以可以去除颗粒,是因为兆声波会产生气穴,这些气穴能在“极表面”产生高速流体,从而推动微颗粒离开硅片表面。但这项技术的关键点在于,如何控制兆声波在硅片表面上的能量,使之既能有足够的能量产生气穴,又不会产生过多能量而破坏硅片上的微结构。   据介绍,目前全球市场上的单片兆声波清洗设备,一般只能控制兆声波能量非均匀度在10%到20%。而由盛美半导体自主研发的SAPS兆声波技术,可以精确控制兆声波的能量,将均匀率控制在2%以内。因而盛美半导体设备公司的兆声波清洗设备使用超纯净水,在不损伤微结构的条件下,颗粒去除效率可达到98.3% 如果使用特定化学清洗液,颗粒去除效率更可高达99.2%。
  • 力学所孙成奇团队在微结构和损伤演化的准原位EBSD观测研究中取得新进展
    疲劳研究的一个核心问题是疲劳裂纹萌生和损伤演化的微观过程。因此,量化和表征不同取向晶粒/晶界的变形/损伤与循环周次之间的关系,对于揭示疲劳机理、建立准确的疲劳寿命模型具有极其重要意义。然而,现有的原位扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)或原位电子背散射衍射(Electron Backscattered Diffraction, EBSD)方法,难以实现大载荷、高频率、不同应力比等条件下微结构和损伤演化研究。 力学所非线性力学国家重点实验室微结构计算力学课题组孙成奇研究员等将常规试验机(如MTS试验机)与EBSD观测技术相结合,发展了一种可以实现大载荷、高频率、不同应力比下微结构和损伤演化的准原位EBSD观测方法,并研究了深海载人潜水器耐压舱用钛合金和增材制造钛合金在(保载)疲劳载荷下的变形和损伤行为。 研究发现,α晶粒中是否能形成孪晶取决于晶粒的晶体学取向和加载条件,一定程度的保载应力促进可以发生孪生的α晶粒中孪晶的形成(图1a);观测到随着循环周次增加α晶粒中取向差增大和亚晶粒的形成(图1b),以及α晶粒中由于孪生而形成亚晶粒的过程(图1c),为循环载荷下位错滑移和孪晶的形成都可以诱导晶粒的细化提供了直接证据。 研究也表明,一定程度的最大应力保载有利于脆性微裂纹的形成,但如果保载应力高或保载时间长,保载引起的塑性变形会抑制脆性微裂纹的增长,并诱导延性破坏模式。该研究从微观尺度解释了保载应力和保载时间不同而导致的不同失效机制。     图1 a: 发生孪晶的α晶粒c轴与施加轴向应力之间夹角和柱面滑移施密特因子(Schmid Factor, SF)关系; b:α晶粒内取向差变化和亚晶粒形成;c: 孪晶增长和亚晶粒形成相关研究得到国家自然科学基金基础科学中心“非线性力学的多尺度力学研究”项目(11988102)等支持。部分研究结果与北交大合作完成,主要研究成果发表在Int. J. Fatigue 2023, 176: 107897;Int. J. Fatigue 2023, 175: 107821
  • 分子细胞卓越中心等开发出首个DNA损伤修复测序数据资源库
    近日,《核酸研究》(Nucleic Acids Research)在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心吴薇研究组与广州国家实验室完成的最新合作研究成果(DNA Damage Atlas:an atlas of DNA damage and repair)。该研究整合开发了首个DNA损伤修复高通量测序数据的数据资源库(DNA Damage Atlas,DDA)。DNA损伤在细胞正常生命代谢活动中时有发生,发生损伤后如不能及时修复或修复时发生错误,易形成体细胞突变和结构变异,引起肿瘤等重大疾病。为研究DNA损伤修复过程,科研人员开发了多项用于直接或间接检测DNA损伤和修复过程的高通量测序技术。然而,随着各种测序技术所产生数据的快速累积,如何进行统一的标准化分析并整合以供研究使用是亟需解决的问题。DDA收录了来自262个数据集的6030个样本数据,涵盖了针对不同DNA损伤类型的59种测序技术。基于对数据进行质控、回贴等标准化处理,DDA进一步鉴定了DNA损伤修复热点(hotspots),并其特征展开一系列下游分析。高度重复序列端粒和核糖体DNA(ribosomal DNA,rDNA)是DNA损伤的热点,但既往研究中,因分析困难而在测序数据分析中被忽视。因此,DDA专门构建了新的分析流程,挖掘端粒和rDNA区域的损伤修复信号。DDA作为大规模、高质量的DNA损伤修复数据库,为DNA损伤修复分子机制研究提供了资源平台,有助于剖析疾病中突变发生机理和挖掘治疗靶点。研究工作得到国家重点研发计划、上海市市级科技重大专项和广州国家实验室的支持。 DDA构建流程和功能展示
  • 实验鼠吃两年转基因谷物患肿瘤 多器官损伤
    转基因玉米饲料喂养的老鼠长了肿瘤   原标题:吃了两年转基因谷物过半实验鼠长肿瘤(图)   法国研究机构近日公布一项研究成果称,食用常见转基因谷物会使实验鼠患上肿瘤和多种器官损伤。法国农业部长勒弗尔、环境部长黛尔菲那巴多,以及社会事务部部长玛利索尔图雷纳均表示,已要求法国健康安全局对这项研究成果进行调查。法国健康安全局认为,法国政府将敦促欧盟采取一切必要措施,保护人类和动物健康。   实验两年得出研究成果   不久前,法国凯恩大学科学家公布的研究结果称,用转基因玉米NK603喂养的实验鼠患上了肿瘤。 是美国孟山都公司研制的一种转基因玉米,通过转基因技术,这种玉米对孟山都公司生产的草甘膦除草剂“Round?up”具有抗药性。因此种植这种转基因玉米的农民可以放心使用“Roundup”,既不会对作物造成影响,又能节省费用。但凯恩大学研究团队发现,用NK603 和被“Roundup”污染的饲料喂养的实验鼠,罹患肿瘤和其他内脏损伤比例非常高。   这一研究成果已刊发在《食品化学毒物学》杂志上,研究强调,这是首次在长达两年以上只吃转基因谷物的实验鼠身上得出的研究成果,而通常在白鼠身上进行的实验往往只持续90天。   雌性实验鼠伤害更严重   在实验中,200只雄性和雌性实验鼠各自被分成十组,每组十只。其中一组被作为“对比组”,喂食含有33%转基因谷物的普通饲料和白水,另外三组被喂食含有较大剂量草甘膦除草剂的饲料和水,目的是反映除草剂对食物链的影响。而另外六组则被喂食含有不同比例NK603的饲料。   经过长达两年的观察,研究人员发现NK603和草甘膦除草剂对实验鼠的健康造成了相似的危害,尤其在雌性实验鼠中,幼鼠夭折和患病的比例特别高。在实验进行到第14个月时,对照组的实验鼠没有一例发现患癌,而在被喂食含有NK603和草甘膦除草剂饲料的组别中,有10%到30%的实验鼠患上了肿瘤。   实验进行到24个月,在所有喂食含有NK603和草甘膦除草剂饲料的组别中,50%到80%的实验鼠长了肿瘤,而且平均每只长的肿瘤多达3个,而在对照组中,只有30%患病。而在接受实验的雄性实验鼠中,出现的主要健康问题包括肝脏受损、肾脏和皮肤肿瘤,以及消化系统疾病。   欧盟或禁止进口转基因谷物   研究结果公布后,孟山都公司法国总部称:“我们还需要请专家对研究结果评估,现在做出评论为时过早。此前所做的超过300多次实验都证明是安全的。”   长期以来,欧洲一些环保团体认为,转基因作物可能对人类健康和环境造成危害,但一直没有长期的大规模研究成果作为依据。在欧洲,并不种植NK603,只会进口这种转基因玉米作为饲料,这一研究报告可能导致欧盟禁止进口这种转基因谷物。只有孟山都公司研发的MON810型转基因玉米在欧洲获得了种植许可。然而在澳大利亚、保加利亚、法国、希腊、匈牙利、卢森堡和罗马尼亚,已经禁止了种植MON810型转基因玉米。
  • 韩国禁止进口带创伤弧菌的海产品
    由于在进口检验中,从泰国产速冻馄饨和饺子中检测出创伤弧菌污染,韩国食品药品管理局(KFDA)于2010年5月13日对泰国含虾馄饨实施禁令并拒绝入境。   人食用被上述病原体污染的海鲜产品(如牡蛎、蛤和螃蟹等)后,或开放伤口接触此物污染的海水后,会受到感染。如果是经食物感染的,健康的成年人会犯肠胃炎,而身体虚弱者则可能导致原发性败血症或死亡。   要确定海产品是否带有创伤弧菌,通常采用ISO/TS 21872-2: 2007和美国FDA细菌分析手册(BAM)中的鉴别和确认方法。KFDA认可这些传统检测方法。除此以外,为节约时间和劳力,一些实验室还采用快速方法,如DNA探针和实时 PCR检测方法。
  • 电子束对样品的热损伤及应对方式——安徽大学林中清33载经验谈(16)
    【作者按】在进行扫描电镜测试时,最让测试者感到头痛的往往是电子束对样品的热损伤。因为一旦产生热损伤,那么样品的表面形貌信息将彻底的消失。热损伤和荷电现象都会带来形貌像的形变,因此很多人(包括不少专业人士)都将样品的荷电做为形成样品热损伤的原因之一。其实这是个误解,样品荷电现象虽然对形貌像有改变,但是它不会对样品形成破坏,在改变测试条件克服荷电影响后,还是可以得到完整形貌像。但是热损伤就不是这样了,一旦发生热损伤,则该样品细节将不复存在,此后无论采取何种方式都无法获取这些信息。热损伤是如何形成的?那些样品容易形成热损伤?又有哪些因素是造成样品热损伤的关键因素?该采取何种方法来减轻或消除电子束对样品热损伤,获得相对完整的样品信息?一、电子束对样品热损伤的形成当高能电子束轰击样品时,高能电子束会与样品原子之间形成能量交换,形成所谓的“非弹性散射”。交换的能量中只有很少的一部分用于激发样品的特种信息,二次电子、光电子等,大部分能量都将转换成热能而驻留在样品中,使得样品局部温度上升,达到一定程度,就会对该处细节形成破坏,也就是热损伤。高能电子束轰击样品形成局部温度上升,该处升温究竟能达到多少呢?关于这一点目前都是以Castang升温公式为参考。依据Castang升温公式:V0(kV) 加速电压,i(μA) 探针电流,d(μm) 电子束直径,K 材料热导(Wcm-1k-1)其中加速电压、束流及束斑大小是造成样品升温的主要外部因素。而样品本身的热导率是形成温度上升的主要内部因素。一般观点都认为,容易形成荷电的样品,其漏电性(普遍被称为是导电性,但个人认为这个定义不准确)都较差。漏电性较差的部位,其导热性也较差,因此该部位更容易形成高温造成的热损伤。但是温度的升高与形成热损伤并不形成完整的一一对应关系,还与该处的耐热性有关。如果该处的导热性差,但其耐热性好,也一样很难形成热损伤,所以容易形成荷电的样品,即便其导热性较差,也不一定会比不易荷电的样品形成热损伤的概率要大。形成样品局部升温的外部因素,如加速电压、束流以及束斑直径,往往被认为是测试时调整样品热损伤影响的主要着力点。依据以上升温公式可知加速电压及束流越大,则同等条件下某区域的升温也就越高,对样品的热损伤也就越严重,但会受到束斑面积增大等因素的制约,最终结果取决正、负因素竞争后引起质变的主导者。这是对测试条件进行改变的依据所在,将在下一节再详细探讨。不同类型的电子枪,由于结构设计的差异,会使得同样加速电压下对电子束加速的最终电场偏压出现一定的差异,造成电子束的电子能量出现些微不同,而使得其在同等条件下对样品的热损伤也会出现差别。一般来说,冷场电子枪最终形成电子束的电子能量会略低一些,所以其对样品的热损伤在同等条件下也会略好一些。由于热发射电子枪慢慢的被淘汰,而且其常规测试条件和目前占据主流地位的场发射电子枪不在一个水平线上,所以不具备对比的意义。下面将只对热场电子枪和冷场电子枪结构进行探讨。从以上热场和冷场电子枪的结构简图可见,加速电压都做为基准的负偏压以开路的形态加载在阴极(灯丝)上,以保证阳极为零电位。这一点热场和冷场都是一致的。但是热场电子枪在第一阳极和阴极之间加了一个栅极保护极,屏蔽热电子,该电极上加载的负偏压是叠加在阴极之上,故栅偏压比阴极偏压更低。因此在第一阳极拔出电子时给电子的加速就应该以一个更负的偏压基础来计算,也就是整个电场的偏压值会有所增加,从而使电子束中电子的能量会略大一些。由于电场的叠加作用并不是简单的一加一,所以电子束中电子能量的差别也不能采用简单的加减法来进行计算。该差异在高加速电压时,相对较小,据次要地位。但随加速电压值的降低,其在电子整体能量中的占比就会增加。加速电压达到100V后,该差异的影响就不得不考虑。冷、热场也会呈现出信息深度上的差异。低于100V,加速电压值基本无法代表电子的实际能量值。电子能量真低于100eV,能充分激发最高能量为50eV的二次电子?从以上两张原子力显微镜的图片可见,湿法膜结构为骨节状骨架表面有一薄膜层。膜层应该是非常的薄,估计只有几个纳米。扫描电镜采用极低的加速电压100V来观察可见如下结果:左图某冷场发射扫描电镜图,图像骨节状信息不清晰,明显感觉有膜状物裹挟。右图某热场发射扫描电镜图,骨节状的结构清晰可见,表层薄膜信息却较为的淡薄。加速电压相同,热场观察到的信息更深一些,这说明在同样加速电压下,热场电子束的能量是要大于冷场扫描电镜。但是这个能量差在加速电压较高时,相对较小,图像差异也就不明显了。当加速电压到500V的时候,电子束中电子能量的相对差距相比100V来说要低很多,图像呈现的信息几乎一致。正是电子束的能量存在些微差距,这就会使得冷场扫描电镜在相同条件下对样品的热损伤会相对轻微一些。枝晶MOF,容易被电子束热损伤左图 热场只能观察不易受热损伤的粗枝晶而无法观察到如右图的细枝晶右图 冷场即便观察更容易被热损伤的细枝晶也不存在问题电子束在样品上扫描区域的面积越小,电子束能量转换也就越集中,形成的热量密度也越大,相对来说对样品热损伤也会增强。这就是倍率越高,样品越容易受电子束热损伤的主要原因。增大束流,对样品的热损伤会加大,但是受到束斑尺寸的制约。依据Castang公式束流的影响综合表现为束流密度对升温的影响,束流密度冷场要高于热场,但是以上的事例呈现的结果却于此相反。因此个人认为:电子能量的大小对热损伤的影响似乎更为关键。二、如何应对电子束对样品的热损伤Castang的升温公式告诉我们,引起样品表面升温的因素来自两个方面:样品自身的导热性这是内因,而外因在于加速电压、束流和束斑尺寸的大小。这些因素也是我们改善电子束对样品热损伤的切入点。增加样品热导率,降低加速电压和束流,增加束斑尺寸及束斑离散度,都会减轻电子束对样品热损伤的程度。但这些改变都会对扫描电镜的测试结果带来负面影响,因此对“度”的掌控,找寻最合理的测试条件的综合解决方案,是应对电子束对样品热损伤的最佳选择。电子显微镜冷冻操作技术的发展,为应对样品的热损伤开拓了更大的空间。显而易见,降低样品温度会减少电子束对样品的热损伤,特别在液氮降温技术被成熟运用之后,效果极为明显。但冷冻技术的操作较复杂、成本较高且会带来样品仓室污染,影响仪器的分辨能力,目前运用的并不广泛。下面仅探讨常温下的热损伤解决方案。在探讨这一综合解决方案之前,将首先对以上单一解决方案的具体操作方式给予一一的描述。2.1 应对样品热损伤的内部因素调控改善样品性能应对电子束的热损伤,必须以尽量减少对表面形貌的破坏为先决条件。对于该项工作的实际操作方式,依据个人的实践经验可总结为:合理的样品老化,以便增加样品对热损伤的耐受力;适度的蒸金以提升样品表面的导热性。采用导电胶对样品的充分固定是进行以上操作的先期必要步骤,导电胶要涂至样品表面。在样品可耐受的温度范围内,对样品整体进行烘烤老化,一般需几个小时或过夜甚至更长时间,尽可能去除样品表面附着的挥发物。需要的话,可将样品在电镜中采用低剂量的电子束(较低的加速电压和束流)在低倍率下轰击直至稳定,这期间要监控样品在电子束的轰击下是否会出现形貌的变化,如果出现形貌的改变则必须将电子源能量进一步降低。如果样品老化效果不佳,则可以采用蒸金的方式以改善样品表面的导热能力,减少电子束对样品的破坏。样品表面蒸金须考虑以下几个影响样品形貌信息的事宜:①蒸金时对样品的热损伤。②蒸金量对样品形貌信息的覆盖。③镀层的均匀性,保证在较少蒸金量的情况下有更好的导热性。要满足以上三点,控制好电流和单次蒸金时间极为关键,个人认为单次蒸金时间最好不要超过20秒。低剂量的多次、短时间蒸镀是解决问题的最佳方案。具体蒸金量可通过实际观察效果予以调整。2.2 应对样品热损伤的外部因素调控依据Castang升温公式,较低的加速电压和束流强度,较大的束斑尺寸都会使得同等条件下样品观察区域的温度上升较小,对样品细节的热损伤也会较轻或基本不会形成热损伤。但过低的加速电压和束流,以及较大的束斑尺寸会影响图像质量并限缩样品形貌信息的获取,具体探讨可参见经验谈8《加速电压和束流选择》。要获取更充分的样品形貌信息必须扩大这些测试条件的选择范围。工作距离、图像倍率以及电子束扫描速度的选择都会对样品的热损伤产生较大的影响。而在对它们做出合理的选配之后将会极大的扩大加速电压、束流以及束斑尺寸的选择余地。工作距离越小,电子束的会聚角就会增大,电子束的束流密度将会增加,从而在同等条件下对样品的热损伤也会加大。样品的热损伤常常会出现在高倍率的调整过程中(如上图红框部)。表现为高倍率调整部位的细节与周边细节极度的脱节,被热损伤的部位细节明显的收缩并加粗,这些都显现在了左图采用1.7mm工作距离所获取的形貌像中。右图采用8.7mm工作距离所获取的形貌像在相同部位则与周边细节的变化完全的匹配,未受到电子束的热损伤。但是工作距离的过度拉大,会使得电子束斑的弥散加大,不利于获取高质量的高倍率形貌像。故测试时要取、舍得当,没有舍哪来取。依据个人经验,当工作距离达到15mm以后,由于电子束弥散较大,电子束对样品的热损伤会降低的极为明显。因此,对加速电压和束流的限制会下降很多,对它们的选择空间将明显加大。扫描电镜的放大倍率越低,电子束在样品上的扫描密度就越稀松。使得电子束在样品上产生的热量较为分散,局部温度降低的较为明显,对样品的热损伤也会减弱。在常规测试时,往往会发现电子束对样品的热损伤都是出现在高倍率的仪器调整(调焦及消像散)时。当电子束在样品上快速移动时,电子束在某点停留时间的减少,也会将单次能量的转换量降下来,同样也会减缓温度的提升并随电子束的快速移动而发散开来。大量的实践经验告诉我们,对样品某点的热损伤除了升温的高低之外,关键还在于驻留时间的长短。同等条件,驻留时间越短电子束对样品的热损伤越小。因此采用快速扫描获取样品的形貌像也是克服样品热损伤的有效方法。依据本人长期测试经验,应对样品热损伤,在外部因素的调控方面,选用较大的工作距离以及快速的扫描方式获取图像,对减缓热损伤的效果要远高于在加速电压、束流及束斑尺寸方面的选择。2.3 如何应对样品的热损伤以下内容为本人数十年,特别是近十年的经验总结,仅作参考。要充分应对样品的热损伤,样品的处理极为关键。而样品处理在2.1节已有较为详细地描述,这里要强调的是,固定是最先要做的基本工作,因为样品的整体固定不但是解决图像漂移的基础(容易热损伤的样品本身就不稳定)同时也为后期的导热提供通路。样品的老化和金属化(蒸镀金属材料)要采用低剂量的叠加方式尝试着来,随时观察判断并调整极为关键,否则很容易破坏样品的细节。对测试条件的选择,加速电压和束流的选择要以获取样品信息为准,兼顾其对样品热损伤的影响。对热损伤的处理主要交给工作距离和获取形貌像时的扫描速度来解决,这样效果反而更好。大工作距离有利于获取样品的大部分表面形貌信息,同时也有利于减弱电子束对样品的热损伤。快速的扫描模式虽然会影响形貌像的图像质量,但是并不会对形貌信息产生太大的影响,而加速电压和束流选择的不同对获取样品的细节信息,影响就要大很多。电子束对样品的热损伤最容易出现在高倍率情况下的像散和焦点调整,因为此时电子束会长时间的汇聚在某一区域。电子束的长时间驻留对样品热损伤要大于温度的影响,当然这都是在一定“度”的范围内。在进行调整操作时会形成样品热损伤,不一定在拍摄形貌像时也存在热损伤,关键是你要调整好拍摄形貌像时的电子束扫描速度。所以调焦和消像散应当采取“临近点调焦”的原则,利用多个临近点的对中、调焦和消像散来减轻拍摄点的热损伤现象。三、结束语扫描电镜测试时电子束对样品的热损伤是最让测试者头痛的问题。形成样品热损伤的因素有很多,依据Castang升温公式,加速电压、束流、束斑尺寸以及样品的热导率是导致样品温度上升的主要因素,也是形成样品热损伤的主要因素。对于样品来说,热导率是内因,其他都是外部因素。而要解决样品热损伤问题,着眼点就是对这几个因素进行调整。对内因的解决方案主要是样品的固定、老化以及金属化(蒸镀金属)。而对外因的解决方案就是降低加速电压和束流,增加电子束束斑尺寸。在实际测试过程中往往发现对上所述的外部因素进行大范围调整会带来样品信息的缺损。而借助于工作距离和拍摄图像时对电子束扫描速度的选择,将有助于扩大加速电压、束流的调整范围。大工作距离测试不仅能带来样品热损伤的减轻,还能获得许多小工作距离无法获取的样品信息,这在过去的经验谈中有充分的探讨。自然辩证法的三大规律告诉我们,任何条件的改变都会带来一定程度的负面因素。要避免负面因素成为主导,任何因素的改变都不能走向极端。多种因素配合使用,互相弥补各自所存在的缺陷,才能获得较为完美的结果。对样品热损伤的处理也是一样,要把以上对减轻样品热损伤的所有方法结合起来使用,才会获得最佳的效果。 参考书籍:《扫描电镜与能谱仪分析技术》 张大同 2009年2月1日 华南理工出版社《微分析物理及其应用》 丁泽军等 2009年1月 中科大出版社《自然辩证法》 恩格斯 于光远等译 1984年10月 人民出版社 《显微传》 章效峰 2015年10月 清华大学出版社
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