激光生物检材发现仪

新华社华盛顿12月26日电 美国每日科学网站日前报道说，美国普林斯顿大学的一个研究小组不久前发现了一种用普通电子材料发射激光光束的全新方法。这一发现可能帮助科学家制造出效能更大、温度更高的激光，开辟激光在环境检测和医疗诊断方面的新用途。 　　研究项目负责人克莱尔格马赫尔说：“这一发现使我们对激光的物理特性有了新的深入了解。”科学家是在一种名叫“量子级联激光器”的装置上发现这一现象的。量子级联激光器通过让一股电流穿过某种特殊物质来制造激光光束。 　　格马赫尔的研究小组发现，他们制作的量子级联激光器除发出一条主激光光束外，还发射出一条副光束。副光束的特性非常特别，相比传统的激光光束，这种激光只需要较少的电能。格马赫尔说：“我们如果能放弃传统(激光)光束，就能最终得到一种更好的激光，这种新激光可以更加高效地利用电能。” 　　新型激光具有一些有趣的特性。比如，对利用低动量电子产生激光的传统激光器而言，电子常常会把发射出去的光子重新吸收回来，这就降低了激光器的整体能效。但对新型激光而言，这种吸收率降低了90%。这就有可能使激光器得以在更弱的电流条件下工作，而且更不容易受到温度变化的影响。

美国每日科学网站日前报道说，美国普林斯顿大学的一个研究小组不久前发现了一种用普通电子材料发射激光光束的全新方法。这一发现可能帮助科学家制造出效能更大、温度更高的激光，开辟激光在环境检测和医疗诊断方面的新用途。 　　研究项目负责人克莱尔格马赫尔说：“这一发现使我们对激光的物理特性有了新的深入了解。”科学家是在一种名叫“量子级联激光器”的装置上发现这一现象的。量子级联激光器通过让一股电流穿过某种特殊物质来制造激光光束。 　　格马赫尔的研究小组发现，他们制作的量子级联激光器除发出一条主激光光束外，还发射出一条副光束。副光束的特性非常特别，相比传统的激光光束，这种激光只需要较少的电能。格马赫尔说：“我们如果能放弃传统(激光)光束，就能最终得到一种更好的激光，这种新激光可以更加高效地利用电能。” 　　新型激光具有一些有趣的特性。比如，对利用低动量电子产生激光的传统激光器而言，电子常常会把发射出去的光子重新吸收回来，这就降低了激光器的整体能效。但对新型激光而言，这种吸收率降低了90%。这就有可能使激光器得以在更弱的电流条件下工作，而且更不容易受到温度变化的影响。

经过五年的努力，亚利桑那州立大学的研究人员已经实现了构建紧凑型 X 射线自由电子激光器的第一个目标——创造最终将产生超短 X 射线脉冲的最重要的电子。ASU Physica 教授、应用结构发现生物设计中心研究员 William Graves 教授说：“这是一种灵光乍现的时刻，当我们打开所有这些复杂系统的所有东西时，我们看到了第一个电子的产生。”研究人员打算使用电子束的纳米图案，通过电子衍射，将他们杂乱无章的电子包转换成原子大小的“箱”，提高功率并产生完全相干的 X 射线。完全可操作的紧凑型 X 射线光源 (CXLS) 长约 10 m，可产生超短 X 射线脉冲以拍摄化学反应和分子活动的“高速电影”。紧凑型 X 射线光源紧凑型 X 射线光源将极短的紫外激光脉冲聚焦到铜表面上来产生电子包。然后，这些电子将被 1 m 长的直线加速器和具有兆瓦峰值功率的强微波频率电磁场加速到接近光速。接下来，电子将通过一系列精确对准的磁铁形成定向束。产生的电子束将被强烈的短脉冲激光发射，使电子产生起伏运动，从而产生强烈且可预测的X 射线发射。使用光学激光场作为波荡器从电子产生 X 射线，而不是一英里长的自由电子激光设施中常见的磁铁，如直线加速器相干光源，减少了电子波荡器的长度和加速器的数量级。至关重要的是，减少规模和成本意味着更多的研究机构可以建立类似的资源，投入更多的精力来研究光合作用和药物相互作用等现象。事实上，一旦产生，X 射线将用于揭示生物分子和新材料的原子结构和功能。一个关键应用就是阿秒物理学，它研究分子如何相互连接以及化学反应和催化的动力学。阿秒动力学是自然界中最快的过程，对工业也具有重要意义。同时，可以研究量子材料和时间分辨生物化学——涉及生物和化学过程之间微妙的相互作用。ASU 紧凑型 X 射线自由电子激光器 (CXFEL) 计划“我们不仅要捕捉静态结构，还要捕捉它的工作原理，”格雷夫斯说。“不同分子的功能是什么？我们真的能看到正在发生的反应吗？我们想制作一种关于化学键形成和断裂的定格电影。”“通过这样做，我们可以更深入地了解化学和分子的工作原理，”他补充道。“例如，药物如何影响病毒……或研究高温超导体如何彻底改变能源生产。我们还不了解它的物理原理。”如果没有Annette 和 Leo Beus 为创建 Beus Compact X 射线自由电子激光实验室提供了 1000 万美元的慷慨捐助，该计划就不可能实现。在过去的几年中，该计划引起了该领域科学家的极大期待和兴奋，并吸引了数十名科学家来到亚利桑那州立大学。从创新的 CXLS 过渡到设想的未来紧凑型 X 射线自由电子激光器 (CXFEL)，需要进一步的突破。2019 年，美国国家科学基金会宣布支持下一阶段的 CXFEL 项目，拨款 470 万美元，用于资助新设备的综合设计研究。尽管 Covid-19 大流行仍在持续，但来自ASU 和其他机构的大约 100 名研究人员和学生参与了该项目，CXLS 的设计工作和建设仍在快速进行。文章来源：MicroscopyX-Ray Analysis（编译：符斌 北京中实国金国际实验室能力验证研究中心研究员）

据国外媒体报道，最近来自美国耶鲁大学的科研队伍发现了一种可以发生“逆转过程”的激光，该激光能够有效地吸收附近的光。 　　据悉，激光是人类发明的最为有用的科学设备之一。它可以用于开发诸多研究领域。从医学到粒子物理学的很多发明，无一不受益于激光。它的工作原理是通过在激光设备尖端凹口内部的两面上来回反弹光子来放大光的某段波长。只有特定物质可以转化成激光。它们需要满足一个非常重要的条件，即在被进入的光子撞击时能够产生另一个光子，接着就会引发一系列各种各样的连锁反应，产生越来越多的光子，直到增长曲线变成指数式的。此前很长一段时间里，人们一直认为基本粒子的来回反弹对于激光设备的运作起到至关重要的作用，然而现在看来似乎并没有那么重要。科学们已经发现了自然地产生激光的材料，它们可以无外界介入前提下任意释放光子。 　　由专家Yi Dong Chong领导的来自耶鲁大学(Yale University)物理学家研究队伍在不久前开始就“激光产生过程是否有朝不止一个方向逆转的机会”这个课题展开了研究工作。令他们惊奇的是，他们发现这个过程是可以完全逆转的。有一些材料能够完美无瑕地吸收特定波长的光子。研究队伍将这种新物质称为“凝聚完美吸收体(coherent perfect absorbers)”，并且将有关这种物质的详细资料写成报告刊登在arXiv网站上。 　　在这些物质中，凝聚光线分离成可反射和透射的部分。当光完全介入的时候，特定波长的光就会被困在其中，而多余的能量就会以热或者电子—空穴对(electron—hole pairs)的形式释放出去。但是当很多波长光同时照射在这种物质上时，吸收效果就被抵消。以可见光为例，其包含的波长跨400到750毫微米不等，有许多波长。可见光照射在这种物质上吸收作用无法突显，然而如果将特定波长光照射在“凝聚完美吸收体”上，它特定波长光就会被吸收。

p 　　美国科学家通过实验发现，用激光照射土壤可以分解其中的有机污染物，效率比传统方法更高，且成本较低。 /p p 　　美国东北大学的研究人员在美国《应用物理学杂志》新一期上报告说，他们用多孔二氧化硅材料模拟土壤，使其受到有机化合物DDE的污染，然后用高能红外激光束照射，发现DDE从土壤中消失了。 /p p 　　DDE是杀虫剂滴滴涕(DDT)的主要代谢产物之一，能损害动物的生殖系统。研究人员说，激光照射能在局部产生数千摄氏度的高温，足以破坏DDE分子的化学键，使其分解成水和二氧化碳等。 /p p 　　与现有手段相比，新方法可以就地清除土壤中的污染物，无须把被污染的土壤挖出、运走，清除污染后再运回来填埋，仅此一项就可以显著降低成本。研究人员设想，未来可以开发出车载激光设备，配备松土机械，便捷高效地净化土壤。 /p p 　　这种方法理论上适用于所有类型的污染物，调节激光频率使其与特定分子的吸收光谱吻合，可以有选择地清除土壤中的有害物质。不过研究人员说，对其他污染物的清除效果尚需进一步证实。 /p

在蔡司的产品家族里面，扫描电镜SEM无疑是一颗璀璨的明珠。Zeiss扫描电镜向我们清晰的展示了万千样品的细微特征： 而环绕在电镜周围的，则是为大家所熟知的一群“老朋友”：能谱、波谱、EBSD、阴极荧光谱仪等等。Zeiss电镜的朋友圈，随着科技的进步，向着更前沿的科研方向不断拓展延伸。在这个朋友圈中，最新闪亮登场的是WItec的激光拉曼（Raman）光谱仪。 激光拉曼光谱仪在光谱仪的家族里也算是重器。对于大多数物质而言，在分子结构的分析方面，激光拉曼的作用，无可替代。那么扫描电镜与激光拉曼相结合，究竟能给我们带来那些新的发现呢？ 首先让我们领略一下Zeiss扫描电镜与激光拉曼联用系统的风采： 图中主机为Zeiss Merlin扫描电镜，左侧为Gatan MonoCL4阴极荧光光谱仪，中间黑色部分为激光拉曼的扫描电镜适配单元，右中下俩黑色部件：上方为激光拉曼的激光器部分（Laser source），下方为单色器（Monochromator）。接下来我们与您分享一下，扫描电镜与激光拉曼联用的一篇测试结果：样品为黄铁矿（Pyrite）和石英（Quartz）的伴生物。 图一为Zeiss扫描电镜的样品拍摄结果：图一 Zeiss Merlin扫描电镜图像图二为WItec激光拉曼内置光学显微镜所拍摄的大致同一样品区域：图二 大致同一区域的光学图像 图三为WItec激光拉曼在选定区域的图像分析结果：不同的颜色代表了不同的分子构成，给出了样品所包含的三种不同物质相的信息。图三 WItec激光拉曼的图像分析结果 图四为WItec激光拉曼在选定区域的谱图分析结果： 红、蓝、绿三种颜色的谱图，与图像分析结果中相映的色彩区域一一对应，体现出三个不同相所包含物质成分及分子结构的信息。图四 WItec激光拉曼的谱图分析结果 图五为Zeiss扫描电镜与WItec激光拉曼的混合图像分析结果： 图五 扫描电镜、激光拉曼的混合图像分析结果 好了，转瞬之间我们就完成了，激光拉曼在亚微米尺度下的面扫描图像分析。这才是扫描电镜与激光拉曼联用的精华所在。扫描电镜告诉了我们：它看起来是个什么样子；而激光拉曼告诉了我们：它究竟是什么，它是如何构成的。 Zeiss来自德国，WItec同样源于德国，这是科学仪器领域再完美不过的Couple了。 最后，科学无国界，我们在此特别鸣谢韩国科学技术研究院，感谢KIST所提供的设备、测试结果及合作中的所有帮助。 韩国科学技术研究院始建于1966年，从成立之日起，KIST就一直是带领韩国科学技术复兴和发展的领导性机构之一。致力于高新工业核心技术的研发，为韩国前沿性产业升级做出了杰出的贡献。此次购买蔡司扫描电镜激光拉曼联用系统主要用于石墨烯领域的研究。 “知微行远，以科技探索世界”，欧波同将以更积极，更专业的态度，在科学仪器领域为各界工作者提供全方位的支持和帮助！ 关于欧波同有限公司欧波同有限公司，是中国领先的微纳米技术服务供应商，是一家以外资企业作为投资背景的高新技术企业，总部位于英国，分别在北京、上海、辽宁、山东、河南、陕西等地设有分公司和办事处。作为蔡司电子显微镜在中国地区最重要的战略合作伙伴，公司秉承“打造国内最具影响力的仪器销售品牌”的经营理念，与蔡司品牌强强联合，正在为数以万计的中国用户提供高品质的产品与国际尖端技术服务。未来，我们将一如既往致力于中国微纳米技术的创新与发展，与中国广大客户一起携手共同描绘中国高端微纳米科技振兴辉煌的广阔蓝图！欲了解更多信息，请浏览公司网站：http://www.opton.com.cn/

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p & nbsp 　激光最新发现与创新 br/ /p p 　　从电子科技大学基础与前沿研究院获悉，该院王志明教授团队与来自河南工程学院、休斯顿大学、哈佛大学等高校的合作者，发现了一种全新的光流体学机理，并成功利用脉冲激光在纯水中驱动持续高速的水流喷射。相关论文已在《科学前沿》在线发表并登上首页头条。 /p p 　　高效地利用脉冲激光直接驱动液体流动，一直是困扰国内外科学界一大难题。王志明团队在发现这种全新光流体学机理的实验中，首先在溶液中加入金纳米颗粒，利用光声效应实现激光对液体的首次驱动 随后将含有金纳米颗粒的液体替换成纯净水，再次利用脉冲激光照射后，发现其在纯水中依然可以持续、高速地驱动水流。 /p p 　　为揭开这一神奇现象，团队发现首次实验中玻璃皿内壁激光聚焦处，会产生一个附有大量金纳米颗粒的微流体腔，而这个如同“火山口”的微腔，正是溶液替换后依然能被激光驱动的关键。“这个‘火山口’连接了光声效应和声波驱动效应。”王志明说，该微腔通过激光照射后，在金纳米颗粒和腔体的共同作用下，可产生定向的高频超声波，通过声波驱动效应，驱动分散液产生高速流动可产生超声波并驱动液体流动。 /p p 　　“这种全新的光流体机理，有机地融合了光声效应和声波驱动流体效应两个基本的物理过程，最终实现激光对液体的驱动。”他说，正是在这种原理下，一旦微腔形成，将金纳米颗粒分散液替换为纯水或其他溶液后，激光依然可驱动其他液体流动。 /p p br/ /p

近期，西湖大学理学院何睿华课题组连同研究合作者一起，发现了世界首例具有本征相干性的光阴极量子材料，其性能远超传统的光阴极材料，且无法为现有理论所解释，为光阴极研发、应用与基础理论发展打开了新的天地。3月8日，相关论文“Anomalous intense coherent secondary photoemission from a perovskite oxide”，已提前线上发表于Nature期刊。西湖大学博士研究生洪彩云、邹文俊和冉鹏旭为共同第一作者，西湖大学理学院长聘副教授何睿华为通讯作者。全部实验和理论工作都在西湖大学完成。摄影师镜头下，首例具有本征相干性的光阴极量子材料：钛酸锶。光阴极：辉煌的出身，沉寂的领域，现代科技的基石之一1887年，德国物理学家赫兹在实验中意外发现，紫外线照射到金属表面电极上会产生火花。1905年，爱因斯坦基于光的量子化猜想，提出了对该现象的理论解释。这标志着量子力学大门的正式开启，因为这个贡献，爱因斯坦于1921年被授予诺贝尔物理学奖。由此，将“光”转化为“电”的“光电效应”，以及能够产生这个效应的“光阴极”材料，正式进入了人类的视野。伴随着对光电效应理解的加深，人们后来发展出了更完善的理论，能够解释所有光阴极材料的基本性能，并成功预言了当时未知的光阴极材料。这些光阴极材料基本上都是传统金属和半导体材料，大多数在60年前被发现。它们已经成为当代粒子加速器、自由电子激光、超快电镜、高分辨电子谱仪等尖端科技装置的核心元件。这类高精尖设备除了常见于实验室，还被应用在大众生活中，如粒子加速器已被用于治疗癌症、杀灭细菌、开发包装材料、改进车辆的燃料注入等。简单说来，光阴极材料是否“好用”，直接关系着这类设备的性能。然而，这些传统的光阴极材料存在固有的性能缺陷——它们所发射的电子束“相干性”太差，也就是电子束的发射角太大，其中的电子运动速度不均一。这样的“初始“电子束要想满足尖端科技应用的要求，必须依赖一系列材料工艺和电气工程技术来增强它的相干性，而这些特殊工艺和辅助技术的引入极大地增加了“电子枪”系统的复杂度，提高了建造要求和成本。钛酸锶：量子材料之光，光阴极领域的潜在重启者尽管基于光阴极的电子枪技术最近几十年来有了长足的发展，但它已渐渐无法跟上相关科技应用发展的步伐。许多前述尖端科技的升级换代呼唤初始电子束相干性在数量级上的提升，而这已经不是一般的光阴极性能优化所能实现的了，只能寄望于在材料和理论层面上的源头创新。长期深耕材料物理性质研究的西湖大学理学院何睿华团队，意外在一个同类物理实验室中“常见”的身影——钛酸锶上实现了突破。近年来兴起的一大类新的材料——量子材料，以其复杂多变的性质和丰富多样的功能而著称。具有钙钛矿结构的钛酸锶（SrTiO3）是这类材料的重要代表之一。被誉为“钛酸锶之父”、高温超导发现人、诺贝尔物理学奖获得者K. A. Muller教授称钛酸锶为“固体物理中的果蝇”，因为很多重要的固体物理现象都是首先从该材料上发现的，其中还包括许多尚未被理解的现象。然而，以钛酸锶为首的氧化物量子材料研究，其主流是将这些材料当作硅基半导体的潜在替代材料来研究，主要关注的是它们独特的电子学相关性质。但何睿华团队却在实验中发现，这些熟悉的材料竟然同样承载着触发新奇光电效应的能力——它有着远超于现有光阴极材料的光阴极关键性能：相干性（见图1说明），从而极大地弥补了现有光阴极材料的缺憾。图1. 钛酸锶和其他材料的初始电子束能谱分析对比。前者具有更高的初始电子束相干性，具体体现为：电子发射动能能量发散度小于0.01 eV（a），发散角小于2°（b），相比普通材料的约0.5 eV和20°有了数量级上的提升。Nature论文匿名审稿人指出：“与类似实验条件下的其他现有光阴极相比，钛酸锶光阴极最重要的性质是它所发射的初始电子束所具有的相干性有了数量级上的提升。这种性能上的巨大飞跃允许（人们）完整获得具有本征相干性的电子束，而无需为了提高相干性而牺牲电子束流强度。这一发现可能会导致光阴极技术发生范式转变，该技术长期以来一直受困于（电子枪）电子束不能同时具有高相干性和高束流强度的矛盾，（这个矛盾的）根源就在于初始电子束的本征非相干性。”超快电镜专家、论文合作者、西湖大学理学院研究员郑昌喜认为，合作团队发现的重要性“不在于往钛酸锶的神奇性质列表增添了一个新的性质，而在于这个性质本身，它可能重启一个极其重要、被普遍认为已发展成熟的光阴极技术领域，改变许多早已根深蒂固的游戏规则”。角分辨光电子能谱：以子之矛，攻子之盾图片设计师：林晨科学探索常常在意外中触碰出新的火花。为什么何睿华团队能在“常见”的材料上获得新的发现？这得归功于一种强大的、但很少被应用于光阴极研究的实验手段：角分辨光电子能谱技术。以往，由于大部分具有较高性能的传统光阴极材料其表面具有多晶或非晶结构，光阴极领域的主流研究方法依赖的主要是光电流探测，这个135年前已开始使用的实验手段。这也使得一大类新近发展出来的研究单晶量子材料的实验利器无用武之地，其中包括角分辨光电子能谱技术。究其本质，角分辨光电子能谱技术这个技术的工作原理，就是光电效应。它被用于探测材料的电子结构，即了解电子如何在材料里运动。在过去的几十年里，角分辨光电子能谱技术主要用于研究跟材料的光学、电学和热学性质相关的那部分电子结构。受这种强烈的科学关注的驱使，现有大多数实验设施针对相关能量区域内的电子结构测量进行了相应的配置和优化。谁能想到，这个运用了光电效应原理的技术，竟然能“以子之矛，攻子之盾”，挖掘出光电效应中新的物理——在实验中，西湖大学何睿华团队使用了这个源自光电效应的量子材料研究利器，出乎意料地捕捉到了单晶量子材料的独特光电发射特性。通过对角分辨光电子能谱仪进行“非常规”配置，以实现对非常规能量区域内、与光电效应相关的电子结构测量，他们发现钛酸锶优越的光阴极性能来自于其独特的光电发射性质（图2），而这些性质明显不同于所有已知的光阴极材料。可以说，它们几乎在每个主要方面都超出了已有光电发射理论的预期。图2. 普通光阴极材料（a）和光阴极量子材料钛酸锶（b）所发射的初始电子束的区别。关于西湖大学团队的以上结论，角分辨光电子能谱理论权威、论文合作者、美国东北大学教授Arun Bansil进行了理论确认，他指出：“（这个发现）表明我们对光电效应相关物理过程的完整理解缺少一些很基本的东西，而这个缺失的元素可能成为开启整个光阴极量子材料家族之门的钥匙，（这些材料）具有独特的、不为现有材料所具有的光阴极性能。”展望：从理论到应用的待解之谜而发现，往往只是驶向未知浩瀚海洋的第一步。在激动人心的发现过后，何睿华实验室立刻投身于下一步的探索之中。据本成果的第一作者、西湖大学理学院2019级博士生洪彩云介绍，接下来，他们将进一步在理论和应用方面展开对钛酸锶材料的研究工作。在理论方面，既然现有理论失灵了，那就意味着需要建立新的理论，来解释观察到的钛酸锶光阴极性能。何睿华对此给出了一个非常大胆的猜想，跟Bansil组合作提出了一个全新的光电发射机制。按照这个新的理论，他们预测了一大类由此新机制主导的候选光阴极量子材料，实验团队正计划对这些材料预测进行一一验证。在应用方面，既然钛酸锶材料比已有的光阴极材料表现都要更理想，团队也计划与相关领域的团队合作，挖掘这种材料的实际应用价值。何睿华在西湖大学的个人介绍页面上，写着对这所学校的心愿：“希望西湖大学能成为一个具有独特定位，鼓励学科交叉和大胆创新的冒险家乐园”。事实上，首个光阴极量子材料钛酸锶的发现，也正开花于他带领团队进行的长达数年的沉浸式“冒险”探索之中。原本，实验室所进行的一个“小”研究项目是研究量子材料的逸出功（注：在光电效应中，电子跃出材料表面需要付出一定的能量“代价”，即逸出功）。依托物质科学平台的超高真空互联系统，以“高通量”手法批量测量各材料的逸出功时，他们偶然发现钛酸锶有些“与众不同”，并且抓住了这个“意外”，这才得以有了后面的发现。有趣的是，何睿华实验室“无心插柳柳成荫”的发现，似乎在冥冥中，也呼应了人类与光电效应意外“相遇”的起始点——1887 年，赫兹为了证明麦克斯韦的电磁波预言，进行了火花放电实验，而偶然发现了这种神奇的现象。探索前人未达之境。热爱“冒险”的西湖科学家们，将进一步挖掘光阴极材料的更多奥秘。

p 　　国家明年重点研发计划经费分配清单正日渐明晰。《经济参考报》记者从科技部获悉，截至目前，国家重点研发计划2018年申报指南已公布过半，共计26个专项，375个小项。涉及高技术研究、农业科技和基础研究三大领域，经费预算累计89亿元。 /p p 　　其中，新能源汽车、增材制造与激光制造经费预算分列前两位，成优先布局行业。另外，高技术研究投资现分化，轨道交通、高性能计算等领域在多年高投入之后，正逐步进入“消化期”。 /p p 　　在已公布的26个专项中，大部分专项投资力度呈现逐年下降态势。例如，先进轨道交通、战略性先进电子材料、高性能计算、七大农作物四个专项2018年度的经费预算仅占各自2016至2018三年总预算的10%。降幅比例最大的当属先进轨道交通，从2016年的12.26亿元降低到2018年的1.125亿元，降幅高达90%。而经费绝对数降低最大的是七大农作物专项，从2016年的15.62亿元降低到2018年的1.834亿元，减少了13.8亿元。 /p p 　　“这与各行业科学研究的周期特点和国家对行业的优先布局有关。例如，农作物育种是一个长周期的过程，必须早投入，但云计算和大数据近年来发展迅速，是新科技浪潮下的新生事物，正逐步得到国家和社会的关注。”中国农业大学科学技术发展研究院李红军博士向《经济参考报》记者表示。 /p p 　　需要指出的是，同属于高技术领域的增材制造与激光制造、云计算和大数据两个专项拟立项项目数和经费数均稳步上升，成为目前已公布专项的“最大赢家”。数据显示，两者2018年的项目数和经费占2016年-2018年总数的40%。其中，增材制造与激光制造在2016年-2018年立项数目78项，是高新技术领域各专项立项数目最多的 而且2018年的经费预算7亿元，在首批11个专项中排名第二，占15.9%。而另一个国家研发投资的“常青树”则当属新能源汽车产业。2018年该专项拟立项24项、拟资助9亿元，在11个专项中分别排名第二和第一。 /p p 　　李红军认为，尽管属于传统的科技，但它是高端制造业的基础，与国家安全有着密切联系，只有研制增材制造相关重点工艺装备，研发高可靠长寿命激光器核心功能部件，才能确保到2020年，基本形成我国增材制造与激光制造的技术创新体系与产业体系互动发展的良好局面，促进传统制造业转型升级，支撑我国高端制造业发展。“至于新能源汽车的高投入，这和空气污染有关。目前新能源汽车还存在诸如电池寿命较短、续航能力不足、充电时间太长等问题，所以加大研发投资，以便到2020年建立起完善的新能源汽车科技创新体系，支撑大规模产业化发展。”李红军直言。 /p p 　　而在北汽新能源公司副总经理王可峰看来，作为汽车公司，如果自己不做新能源就是在给别人机会。他坦言，北汽储备下一代新能源汽车的技术研发投入占其全部研发投入的30%以上，“不仅布局了无人驾驶汽车的研发，也在与国外科学家合作探索新的科研项目”。 /p p 　　记者梳理申报指南目录发现，在基础研究领域中，目前立项41项，占本年度基础研究领域117项的三分之一。而上述三大领域中，2016年至2018年基础研究领域共立项161项，占三年度基础研究领域548项的30%。干细胞及转化研究是以我国多发重大疾病治疗为需求开展的生命科学研究，对延长居民寿命和提升生命质量有着巨大贡献，因此该专项三年经费19.6亿元，是基础研究领域7个专项最多的。 /p p 　　随着国家科技体制改革红利逐渐释放，激光制造、云计算和大数据、新能源汽车等领域，在中央财政的扶持下逐步显示迅猛发展态势。但是，要让有限的科研经费花在刀刃上，逐步完善经费管理制度也十分必要。在业界看来，国家重点研发计划实现了包括预申报、预评审、答辩、上报等各个环节全流程痕迹管理以及公示制度，避免了暗箱操作。不过，管理制度仍有待完善。 /p p 　　“国家应在完善科研项目间接费管理上下工夫，使支出做到透明且有法可依。另外，也应严格控制新增设备，提高仪器使用效率，避免资源浪费。”有业内人士直言。 /p p 　　为了规范国家重点研发计划项目预算申报工作，使科研单位和科研人员能够更好地理解项目预算申报要求，避免政策在执行过程中走样变形，科技部近日制定了《国家重点研发计划项目预算编报指南》(以下简称《预算编报指南》)。 /p p 　　“相较于以前的预算编报，《预算编报指南》在经费使用要求方面有了明显的变化。它进一步简化了预算编报要求，减轻预算编制负担 进一步明确了项目(课题)的实施主体，首次要求对关联关系予以披露 进一步明确了不同来源资金的管理要求，预算科目编制更有针对性。”一位科研人员表示。 /p p & nbsp /p

近日，大连化物所分子反应动力学国家重点实验室、大连光源科学研究室(二十五室)袁开军研究员团队发现了一种具有多光子激发自陷态激子发光的全无机Cs2TeCl6无铅钙钛矿晶体。多光子吸收是一种非线性效应，是指材料可以同时吸收多个单色红外光子，并将电子从基态激发到激发态，然后上转换为高能光子。无铅钙钛矿作为一种“明星”材料，具有较高的稳定性和低毒性，已经成为铅基钙钛矿的替代品。但与铅基钙钛矿相比，对于无铅钙钛矿高阶多光子吸收效应的研究还比较匮乏。本工作发现了一种在800至2000nm波长范围内，具有3至6光子吸收的全无机Cs2TeCl6无铅钙钛矿晶体。稳态和瞬态光学实验结果表明，Cs2TeCl6晶体中单光子和多光子激发的宽带橙色发射归因于自陷态激子的复合。此外，研究人员通过飞秒激光激发的多光子荧光吸收饱和法，量化了Cs2TeCl6晶体的多光子吸收截面，其中六光子吸收截面为1.87×10-174cm12s5photon-5(1980 nm)。该工作为无铅钙钛矿家族在非线性光电领域的应用和发展提供了一个有潜力的候选材料。相关研究成果以“Six-Photon Excited Self-Trapped Excitons Photoluminescence in Lead-Free Halide Perovskite”为题，于近日发表在《先进光学材料》(Advanced Optical Materials)上。该工作的第一作者是大连化物所2507组博士研究生蒋举涛。该工作得到国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划等项目的资助。

近日，大连化物所分子反应动力学国家重点实验室、大连光源科学研究室（二十五室）袁开军研究员团队发现了一种具有多光子激发自陷态激子发光的全无机Cs2TeCl6无铅钙钛矿晶体。多光子吸收是一种非线性效应，是指材料可以同时吸收多个单色红外光子，并将电子从基态激发到激发态，然后上转换为高能光子。无铅钙钛矿作为一种“明星”材料，具有较高的稳定性和低毒性，已经成为铅基钙钛矿的替代品。但与铅基钙钛矿相比，对于无铅钙钛矿高阶多光子吸收效应的研究还比较匮乏。本工作发现了一种在800至2000nm波长范围内，具有3至6光子吸收的全无机Cs2TeCl6无铅钙钛矿晶体。稳态和瞬态光学实验结果表明，Cs2TeCl6晶体中单光子和多光子激发的宽带橙色发射归因于自陷态激子的复合。此外，研究人员通过飞秒激光激发的多光子荧光吸收饱和法，量化了Cs2TeCl6晶体的多光子吸收截面，其中六光子吸收截面为1.87×10-174cm12s5photon-5（1980 nm）。该工作为无铅钙钛矿家族在非线性光电领域的应用和发展提供了一个有潜力的候选材料。相关研究成果以“Six-Photon Excited Self-Trapped Excitons Photoluminescence in Lead-Free Halide Perovskite”为题，于近日发表在《先进光学材料》（Advanced Optical Materials）上。该工作的第一作者是大连化物所2507组博士研究生蒋举涛。该工作得到国家自然科学基金、辽宁省兴辽英才计划等项目的资助。

在实验中，科学家将X射线聚焦于一个直径比人类头发丝还要细30倍的小点上，在1万亿分之一秒内将金属箔加热到200万摄氏度。 　　北京时间1月30日消息，据国外媒体报道，美国国家加速器实验室近日利用世界上最强大的X射线激光器--直线加速器相干光源激光器再现恒星内部强大的压力与高温情形。这种激光器的激光能量迸发可超过一个小国家全年的发电总量。 　　在实验中，科学家将X射线聚焦于一个直径比人类头发丝还要细30倍的小点上，在1万亿分之一秒内将金属箔加热到200万摄氏度。金属在如此短的时间内被熔化，其所产生的极度高温和高压状态，通常只有在恒星内部才会出现。 　　英国牛津大学物理系科学家萨姆-文科博士等人参与了直线加速器相干光源激光器实验。文科博士表示，“如果我们要想了解现存恒星内部的情形以及我们太阳系内外巨型行星中心的情形，那么制造高温、高密度的物质非常重要。直线加速器相干光源激光器是一台神奇的机器，我们已经在多个科学领域取得了重大发现，如材料科学、生物学等。” 　　直线加速器相干光源激光器的实验成果近日发表于《自然》杂志之上。直线加速器相干光源长约2公里，可以产生密集的X射线爆发，亮度超过地球上任何光源10亿倍。在高峰时，光脉冲的能量甚至比一些小国家一年的发电总量都要多。

加拿大研究人员发现，新型纳米混合物结构结合采用脉冲激光烧蚀技术可能会产生新一代的光电开关、快速光电探测器和第三代太阳能设备。其成果发表在《先进材料》上。 　　近年对半导体纳米粒子，如硫化铅(PbS)的光电特性的研究有着显著增长。硫化铅与碳纳米管相结合可以有效产生光电流，但常规的合成方法仍然有着局限性。 　　现在，INRS 能源材料通讯研究中心的科学家在使用相对简单程序来合成纳米粒子，这能够为创造其他纳米混合物的各种应用提供很大的自由度。脉冲激光烧蚀(PLA)技术能够产生更纯粹的纳米结构。 　　My Ali El Khakani教授说：“当化学合成纳米混合物时，研究人员利用配体(ligands)以防止电荷动力从纳米粒子转移到纳米管。配体可以减少光响应效率和增加反应时间–两种效应在使用脉冲烧蚀方法合成粒子时都观察不到，因为硫化铅与碳纳米管表面有着直接的原子接触。” 　　将纳米混合物材料整合到功能性光电设备可能产生比其他方法更强大的光响应。当通过激光照射时，该材料的光电流响应时间是目前使用合成粒子的1000至100,000倍。

在人类科技史上，激光和X射线都是物理学上伟大的发明和发现。激光源自物质“受激”辐射，具有亮度高、准直性和相干性好等特点，但一般处于红外线和可见光波段。而来自于高速电子强烈加速或撞击的X射线，特别是硬X射线，具有很高的能量和原子尺度的波长，其穿透力和分辨率都大大增强，但准直性和相干性远不如激光。 　　能不能将这两种高性能的光结合起来呢?近日，香山科学会议以“硬X射线自由电子激光的现状与对策”为题召开了第432次讨论会。与会专家一致认为，硬X射线自由电子激光(HXFEL)将在更广范围、更深层次并以更高的效率给结构生物学、凝聚态物理、超快化学、能源材料等领域带来革新。 　　无法比拟的优势 　　会议执行主席、中科院院士陈佳洱介绍，随着加速器技术的发展，自由电子激光在高平均功率及短波长方面取得了巨大进展。 　　而在所有波段的X射线自由电子激光(XFEL)中，能量最高的硬X射线自由电子激光受到格外关注。2009年4月，世界上第一个HXFEL装置在美国SLAC国家加速器实验室诞生，最短工作波长达到0.15纳米，标志着X光光源已经开始更新换代。 　　中科院上海应用物理研究所所长赵振堂向《中国科学报》记者介绍：“和上一代光源相比，HXFEL具有卓越的先进性能，可谓更高、更快、更强了。” 　　首先，HXFEL具有超高的峰值亮度，比上一代光源高出10亿倍左右。其次，脉冲宽度是上一代光源的万分之一，这意味着激光脉冲速度快、功率高，能达到更高的时间精度。再次，HXFEL中光子相位一致，如同一支训练有素的部队，具有极强的“战斗力”，这被物理学家称为“全相干”。激光专家、英国伦敦帝国理工学院教授约翰蒂施曾评价：“HXFEL具有其他任何光源都无法比拟的优势。” 　　期待“新科学”产生 　　纵观多年诺贝尔奖会发现，历史上已有20次诺贝尔奖颁给了和X射线研究相关的科学家，10次颁给了与激光有关的研究。当激光遇上X射线，各领域科学家们都期待革命性的“新科学”产生。 　　中科院高能物理所研究员董宇辉表示：“HXFEL是蛋白质结构解析研究人员梦寐以求的技术。”目前，解析蛋白质结构的困难之一便是生长大尺寸、高质量的单晶。HXFEL对纳米尺度的晶体开展测量会给膜蛋白、蛋白质复合物结构提供极大便利。 　　中科院院士范福海是X射线衍射分析的“忠实用户”。他向《中国科学报》记者表示：“有了HXFEL，测定膜蛋白的晶体结构就可能不用再培育所谓的‘优质大单晶’了。” 　　同时，动态X射线结构分析也受到化学家的关注。“HXFEL能以极小的原子尺度、在时间极短的飞秒时段给物质结构‘拍’一张三维‘快照’。”范福海解释。基于此，化学家有望对化学反应过程进行实时动态观测。 　　当然，HXFEL的用户们也为新工具的制造提出了条件。董宇辉指出，在解析单分子结构上，主要的问题在于目前HXFEL的脉冲强度还不够高，离原子分辨率还有一定距离。 　　尽快抢占科技制高点 　　不过，现阶段，我国还没有建设波长更短的HXFEL的计划，只在能量稍弱的紫外和软X射线波段取得进展。 　　在我国科学大装置“上海光源”项目中，上海应用物理研究所技术团队完成“高增益谐波产生自由电子激光放大饱和”实验，使我国成为继美国后世界第二个掌握这项技术的国家。最近，“上海X射线自由激光”项目获批，拟建总长为300米的XFEL装置，最短工作波长为9纳米。中科院上海应物所研究员王东对《中国科学报》记者说：“这些工作为建设HXFEL打下了坚实的基础，我国建HXFEL已没有任何技术障碍。” 　　考虑到在现有客观条件下，HXFEL的立项还将经历较长过程，国际合作成为尽快发展HXFEL的良好模式。最近，中科院与瑞士保罗谢勒研究所共同提议在“瑞士自由电子激光(SwissFEL)”装置上建设一条“中国硬X射线自由电子激光光束站”，预计中方投入经费约1.5亿元人民币。据悉，该方案我国只需用十二分之一的投资便能获得六分之一的使用机时。会议执行主席、中科院物理所研究员、北京凝聚态国家实验室首席科学家丁洪评价说：“更重要的是，这足以使我国几乎与世界同步拥有自己的硬X射线自由电子激光实验平台。” 　　与会专家呼吁，目前，我国应尽快发展HXFEL，以抢占这一领域的科技制高点。

在国家自然科学基金项目（批准号：12274353、11874053）等资助下，西湖大学理学院何睿华教授团队发现了首例具有本征相干性的光阴极量子材料，其性能远超目前已知的所有光阴极材料，突破了现有理论框架，为下一代光阴极的基础理论、研发与应用奠定了基础。研究成果以“一种钙钛矿氧化物的反常高强度相干二次光电子发射（Anomalous intense coherent secondary photoemission from a perovskite oxide）”为题，于2023年5月18日在《自然》（Nature）期刊正式发表。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05900-4。　　光阴极是一种能够利用光电效应将入射光子转化为出射电子的电极。它是当代粒子加速器、自由电子激光、高分辨超快电子显微镜等前沿技术的核心元件。早在六十多年前，大部分现有的光阴极材料（传统金属或半导体）已经被发现，它们的光电性能也可以被当时已建立的光电发射理论完美解释。长久以来，光阴极领域的发展缓慢，科学家们主要依靠材料工程技术来改善基于既有材料所制作的光阴极的性能。然而，这些光阴极所产生的电子束都存在着“相干性”差（电子发射的方向不一致和能量不均一）的内秉缺陷，由此要获得尖端科技应用所需的高相干性电子束，就必须牺牲光阴极的发射效率。这个限制因素极大地制约了光阴极电子源亮度的提升空间，使之日益难以满足相关前沿技术升级换代的要求。因此，找到具有高相干性的新型光阴极材料将有助于打破当前的困局。　　近年来，具有复杂多变的性质和丰富多样功能的量子材料已成为物理和材料领域的研究热点之一。然而，此前科学家们从未考虑过将这类新型材料应用于光阴极。在本工作中，何睿华教授团队突破了光阴极领域的常规研究对象（具有多晶表面的材料）和常规研究手段（光电流探测），采用角分辨光电子能谱（ARPES）技术探索了具有最简单结构的量子材料SrTiO3单晶的光阴极特性。与量子材料领域的常规ARPES测量不同，团队采用了非常规ARPES配置以测量光电子能谱中跟材料的光阴极性能相关的低动能区域。实验结果表明，具有2×1重构的SrTiO3单晶表面所发射的光电子束，其相干性远高于已知的光阴性材料。研究团队同时发现SrTiO3单晶表现出的优异光阴极性能来源于其表面奇特的光电发射机制——自发相干二次光电子发射，该特性不能被已知的光电发射理论所解释。　　本工作不仅首次发现了一种具有本征相干性的新型光阴极材料，更为重要的是，它对未来探索性能优异的光阴极材料开辟了新视角，有望推动该领域研究范式的变革。此外，该发现本身也清楚地表明在目前光电发射理论框架之外可能存在一种未知的物理过程，有望增进人们对光电发射物理的理解，进一步完善其理论框架。

激光加热的温度检测使用激光方式对金属材料进行加热是近年来发展比较快速的新技术，激光加热 具有加热温度高、加热速度快、加热目标灵活等优点，但也正是这些优点，使 得在加热过程中的温度检测存在难点，本文介绍使用RSE60H高温型在线热像仪 对激光加热的现场检测案例，特别是快速、高温的温度趋势分析功能，为此类 温度检测提供有效方案。检测案例： 某高校和某激光设备制造商合作项目，使用激光加热设备对金属材料进行加热，需要看到金属表面的温度变化情况，这对 材料加工工艺非常重要，如果温度控制不当，会造成材料报废或质量不合格。 该现场存在两个检测难点： 1、激光加热的时间非常短：通常激光加热以零点几秒或几秒为周期，且在这么短暂的加热周期中，需要看到温度瞬间的 升高和散热冷却的过程变化，所以对于热像仪的帧频有较高的要求，目前市面上普通的帧频为9Hz的红外热像仪无法追踪 这么快速的变化，而RSE60H的帧频达到25Hz，也就是说，每40毫秒采样一次，可以满足对于快速变化的温度检测需求。 2、温度高：激光加热后的金属温度会瞬间上升到1000℃-1500℃以上，普通的红外热像仪的高温量程上限为1000℃或 1200℃，这就需要特别涉及的测温至2000℃的高温型红外热像仪进行温度检测。在激光移动的过程中，在铁板某一位置处有停留（红框处），导致热量积累使铁板的温度上升到1500℃，同样，右侧 是部分温度数据的导出，红色字体为最高温度值和对应的时刻。 另外，时间轴也可以用计算机时间来标识，案例中的时间轴用开始时间标识。

展会上，每个用户都会带着形形色色的问题而来，那在短暂的交流过程中，他们的需求是否被真正发现，随后又被实现了呢？这不仅考验工程师的智慧，更需要有一个强大的光谱研发、应用团队作支持。从今天HORIBA的用户反馈来看，他们对于这里找到的答案都颇为满意。 用户1：业内某知名仪器公司——寻找光谱系统定制方案 很多用户熟知HORIBA的拉曼、荧光等光谱仪，却对定制化光谱系统知之甚少，其实，HORIBA的定制化光谱系统一直很受国内外仪器制造商的关注。今天就有一家知名的仪器公司前来询问区别于标准的定制化微型光谱仪，因为这类定制化的微型光谱系统既可以大程度地满足他们对于仪器开发的性能需求，又能防止被竞争对手轻易模仿，而且还能有效地控制成本。 如今，这些定制化的光谱仪正被大量运用于生化分析、在线烟气检测、水质监测、便携式拉曼、LED光源检测等领域。 用户2：半导体材料研究人员——分析GaN、GaAs 半导体材料科学的研究越来越受到人们的重视，今天有位研究人员提到了GaN（氮化镓）、GaAs（砷化镓），这是两种非常重要的半导体材料，前者是制造激光器、LEDs的重要材料，后者则可用于集成电路等领域。 而HORIBA此次展示的显微光致发光光谱仪MicOS非常适合此类应用，它能覆盖紫外~近红外的波长范围，配置非常灵活，集低温、显微、激发波长可选等优势于一体。值得一提的是，该产品还荣获了“2013科学仪器优秀新品”奖项。 用户3：湖南某研究所——检测高纯稀土 HORIBA的ICP在稀土等领域有着绝对的优势，今天有位湖南的用户就慕名而来，虽然他们曾经也买过ICP，但主要用于一般的环境分析，对于高纯稀土却束手无策。 而HORIBA的ICP拥有高的光学分辨率，除了可以分析高纯稀土，还能分析各类复杂基体，在面对高总溶解固体含量样品、盐水、溶解固体样品、复杂的有机等样品时依然具有非常低的检测下限。 在今天的展会过程中，HORIBA还接受了仪器信息网的采访，介绍了新的企业动态、荧光及拉曼新品新技术、2015RamanFest的活动预告，精彩内容请留意近期视频。 明天是Analytica China 2014的后一天，大家如想了解我们的技术及应用，可尽早前往上海新国际博览中心N2.2300展位。 “探索in的光谱应用”系列在线讲座：http://www.horiba.com/cn/scientific/news-events/events/2014-webinar/参观实验室：http://www.horiba.com/cn/scientific/news-events/events/open-day/ 关注我们HORIBA光谱学院：www.horibaopticalschool.com邮箱：info-sci.cn@horiba.com微信二维码：

卡尔蔡司激光层照显微系统(Lightsheet Z.1) 　　——低光毒性的大型生物活体样本的三维荧光成像 　　2012年10月15日 　　德国，耶拿 / 美国，新奥尔良 　　在路易斯安那州新奥尔良的神经科学年度会议上，卡尔蔡司的显微镜事业部提出了一项新的显微技术，即激光层照显微镜(Lightsheet Z.1)。这给生物学家带来了在活体生物动态成像研究上的新方法。 　　生命观察 　　生物学家可以使用新的显微系统观察整个生物体在几天甚至更长时间内的发育。极低的光毒性和整合的培养系统可以在不损伤样本的情况下观察细胞群的分化。在大型生物活体上，特别是像果蝇或斑马鱼胚胎，相比已有的荧光显微镜观察方式来说，激光层照显微镜(Lightsheet Z.1)可以提供更多的信息。“样本越大，你可以从激光层照显微镜上获到越多的信息。” 德国Max Planck研究所的分子生物学和遗传学博士 Pavel Tomancak说。同时，激光层照显微镜(Lightsheet Z.1)也可被用于海洋，细胞生物学和植物生理学。 　　Multiview带来的新视觉 　　激光层照显微镜(Lightsheet Z.1)的光照光束(层照光束)只会照亮样本很薄的一层，因而起到保护样本其他部分的作用。并且它的成像光束与光照层成90度角。 因此，激光层照显微镜(Lightsheet Z.1) 能在最小的照明强度下获得最好的图像质量，尤其适合于活体样本的长期试验。Multiview成像从不同的观察角度获得数据，再通过数学运算进行三维重建和时间序列视频录制。 　　Lightsheet Z.1的激光层照系统使用了可实现柱面透镜光学与激光扫描相结合的新型光学概念。用户能从复杂的实验样本上得到均匀的光学切片信息。 　　蔡司激光层照显微镜产品经理Olaf Sslchow博士说：“我相信这种照明方法将会为三维荧光照明带来革命性的改变。” 　　更多产品信息，请访问www.zeiss.com/lightsheet

可否记得造成泰坦尼克号沉默的元凶之一---冰山？据阿基米德原理，自由漂浮的冰山约有90%的体积隐藏在海水之下。即使在发现冰山的同时转身，泰坦尼克是否能够躲得过海水下的庞大冰山呢？自然界从来都是如此，永远都是一副犹抱琵琶半遮面的的样子，让我们不禁想要也不得不去探知面纱下的未知！据统计，我们已知的人类蛋白有400,000多种，但约有300,000种因为表达丰度过低无法实现传统方法的检测。而现有技术可检测的100,000种蛋白中，大多又无法在健康个体中检测到，而仅出现在特定的疾病时期。大量蛋白生物标志物的重要功能，如同海平面下的冰山，无法被诸如免疫组化，ELISA，Luminex等蛋白检测技术准确界定。解决灵敏度不够导致目标蛋白无法检测的问题，逐步揭秘“冰山”下的奥秘，正是我们默克致力于超高灵敏度蛋白检测探索的强大动力。作为一项新型技术，在Erenna基础上进一步开发的二代技术SMC x PRO™ 在2017年正式进入中国。它通过信号增强和背景降低以及小体积采样，让超高灵敏度的蛋白检测成为现实。 SMC™ 技术在经典的三明治免疫夹心原理基础上，通过创见性的洗脱步骤使得荧光素标记的检测抗体从免疫复合物中解离下来，并最终在默克SMC系统内被激光激发，相应的光学信号被灵敏地记录下来并进行定量计算。结合这种独特的反应原理，SMC采用高能激光检测技术，通过单个信号分子的精 准检测，极大地降低背景提高信噪比，实现无与伦比的----超高检测灵敏度。在一个系统里可以同时检测低表达和高表达的蛋白靶标，揭示疾病相关生物标志物的微小变化。与其他传统检测技术相比，SMC定量生物标志物的灵敏度要高出10-1000倍。它能够检测过去无法检测的生物标志物，在带来科学突破的同时，也能让医生更广泛评估患者的风险，实现积极的健康管理。这项技术可应用在多种疾病领域，它在肿瘤，药物安全评价，神经科学，心血管疾病，代谢病，炎症反应，药效动力学和药代动力学等多个研究领域已经获得了大量成功的数据，并发表了一系列重要的文献。平台的卓越检测灵敏度，高度的灵活性，宽广的动态范围，以及高通量的检测能力都将助力科研工作者的创新研究。 SMC x PRO™ 在产品的研发上不遗余力，新品持续更新中： 与此同时，SMC 也为科研工作者的定制化试剂与样本测试服务提供便利，为您的研究节省时间和资源！查看默克SMCxPRO™ 单分子免疫检测仪

威斯康星大学Milwaukee分校的研究团队，用X射线激光器以慢动作的形式展示了一个光敏性生物分子的快速动态。&ldquo 人们能够在这一技术的基础上，以原子水平的空间分辨率和超快的时间分辨率制作纳米世界的电影，&rdquo 领导这项研究的Marius Schmidt教授说。 　　研究人员将PYP蛋白(photoactive yellow protein)作为模式系统，PYP是一种蓝光感受蛋白，在特定细菌的光合作用中起作用。PYP蛋白捕获蓝光光子之后，会经过一系列中间结构获得光子的能量，然后再回到初始状态。PYP光循环的绝大多数步骤已经被人们研究过了，是验证新方法的理想模型。 　　为了获得PYP的动态快照，研究人员制造了微小的PYP晶体，这些晶体的直径大多小于0.01毫米。他们在LCLS(目前最强的X射线激光器)系统中喷射这些微晶体，并用精确同步的蓝光脉冲启动它们的光循环。LCLS生成了极短极密集的X射线快照，捕捉到了PYP在光循环不同阶段的形态改变，分辨率达到了前所未有的0.16纳米。随后研究人员将自己获得的快照组成视频，展示了慢动作的PYP光循环。 　　这项研究再现了PYP光循环的所有已知过程，验证了这个新技术的可靠性，同时还揭示了PYP光循环的更多细节。这一技术的时间分辨率非常高，能揭示不到1皮秒的分子活动，这是以前无法想像的。 　　&ldquo 这是一个真正的突破，&rdquo 文章的共同作者Henry Chapman教授说。&ldquo 我们现在可以在原子水平上对动态过程进行时间分辨研究。&rdquo 　　与其他方法相比，X射线激光器在研究超快分子动态时有着更多的优势。该技术能生成世界上最明亮的X射线，提供飞秒级别的时间分辨率。X射线激光器成像时使用新鲜样本，样本中不会积累辐射伤害，而且特别适合研究非常小的晶体。实际上，一些很难结晶的生物分子只能用X射线激光器进行研究。另外，晶体小也有助于分子的同步，使人们能更灵敏的检测到分子发生的改变。换而言之，X射线激光器能够揭示其他方法无法企及的分子动态。

激光享有“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”等美誉，是20世纪最伟大的发明之一。超快激光作为激光领域重要的研究方向，一直是国际科技关注的研究重点，也是推动基础科学实现重大突破、驱动战略性新兴产业发展的动力源泉。10月26日，超快激光应用发展大会在东莞松山湖材料实验室新园区开幕。大会邀请近500名行业知名院士专家、企业代表，以技术交流、产业论坛、需求对接、项目路演等形式，共同探讨超快激光技术发展趋势、技术应用及前沿进展，展示我国超快激光领域优秀成果案例，加强超快激光政产学研用深度合作，推动超快激光产业高质量发展，助力制造强国、质量强国建设。本次活动由中国光学工程学会主办，东莞松山湖高新区管委会、中国光学工程学会激光技术及应用专业委员会、中国科学院物理研究所、松山湖材料实验室承办。英国皇家工程院院士、中国科学院宁波材料技术与工程研究所激光极端制造研究中心主任李琳，中国科学院院士、松山湖材料实验室主任汪卫华，中国光学工程学会秘书长赵雪燕，东莞市委副书记、松山湖党工委书记刘炜，中国科学院西安分院院长赵卫，华南师范大学党委常委、副校长杨中民等领导嘉宾出席活动。国内首台先进阿秒激光设施筹建中，助推未来新质生产力加速生成超快激光兼具超短时间和高峰值功率特点，随着我国制造强国、质量强国战略的贯彻实施，超快激光已成为微加工领域的重要手段，正加速推动中国制造制造业实现转型升级。“今年的诺贝尔物理学奖颁给了阿秒激光领域的科学家，充分体现超快激光科学技术领域的重要位置。”开幕式上，大会主席、中国科学院院士王立军在视频致辞中表示，以皮秒、阿秒为代表的超快激光器，在新一代信息技术、增材制造、航空航天、海洋环境以及新能源汽车、新材料、生物医药等领域拥有广泛应用前景。在此背景下，首届超快激光应用发展大会迎运而生。王立军表示，希望与会嘉宾以此次大会为契机，聚焦超快激光技术发展，深化交流对接，推进务实合作。东莞作为海内外闻名的制造业城市，拥有超21万家工业企业、1.3万家规上工业企业、79家上市企业和3家千亿企业组成的先进制造体系，初步形成了激光与增材制造材料、激光器、整机装备、公共服务平台等协调发展的激光产业链，在超快激光的应用上有着非常广阔的前景。东莞市委副书记、松山湖党工委书记刘炜表示，松山湖科学城作为大湾区综合性国家科学中心先行启动区，是引领东莞高质量发展的核心引擎，当前集聚了中国散裂中子源等国家大科学装置、松山湖材料实验室等30家科研平台及新型研发机构、大湾区大学（筹）等6所高校以及华为、生益科技等一批龙头企业，初步构建起全链条、全过程、全要素的创新生态体系。“期待与各位科技大咖、产业专家一起，深入探讨超快激光的发展之路，推动更多科技成果、优质项目在东莞、在松山湖科学城落地。”“可以说，超快超强激光是拓展人类认知的重要工具之一，在某些方面甚至是独一无二、不可替代的研究手段。”中国科学院院士、松山湖材料实验室主任汪卫华表示，作为当前国际科技最重要的前沿方向之一，超快科学为解决室温超导材料制造、超高速计算，以及信息传输等关乎国家重大需求所涉及的底层共性科学问题提供了强大助力，也是未来形成新质生产力的关键。汪卫华表示，松山湖材料实验室将联合中国科学院物理所、西安光机所共建国内第一台先进阿秒激光设施，其中8条束线建设任务将落地东莞。目前松山湖材料实验室已组建了阿秒科学中心，引入了首席科学家魏志义，集聚了一大批国内外优秀的研究员和工程师，希望将来实验室能建成一个超快物质科学的研究中心，依托周边中国散裂中子源等大装置，在能源材料、信息材料等领域做出国际一流的成绩。超快激光产业链领军人物汇聚，数十场报告共论激光技术与产业新趋势近年来，随着全球加工行业精细化程度的不断提升以及我国制造业转型升级，超快激光凭借其精度高、热效应低等优势，在3C产业、增材制造、精准医疗、微纳加工、超快检测等领域拥有广阔的应用前景。大会报告环节，英国皇家工程院院士、中国科学院宁波材料技术与工程研究所激光极端制造研究中心主任李琳，中国科学院物理研究所研究员、松山湖材料实验室首席科学家魏志义，深圳技术大学教授唐定远，北京大学物理学院副院长、核物理与核技术国家重点实验室副主任颜学庆，中国科学院上海光学精密机械研究所研究员胡丽丽等业内专家，分别从飞秒激光纵波红外远场超衍射极限纳米加工探讨、超快激光科学研究对高新技术产业应用和大科学设施建设的推动、激光等离子体加速器应用与展望，应用于超快激光系统的玻璃及光纤材料研究等不同领域做主题报告，对超快激光发展与应用的若干热点课题进行了分享交流。本次大会作为业内重量级交流活动，吸引了来自全国近百所知名科研院所及高校的专家学者、近30家业内知名企业代表参加，超快激光产业链领军人物汇聚，覆盖激光产业政产学研金服用全领域。“目前国际激光加工产业应用中国做的是最好的，全球市场占比约30%，其中大湾区集聚了很多头部的激光上下游企业，为支撑我国激光制造和应用起到了很大的作用。”李琳院士是国际激光加工领域知名专家，除在大会上做主题报告外，他特别关注超快激光应用层面的新技术、新原理，以及包括激光器在内的工具层面的发展。“这次来参会很多还都是物理领域的科学家及工艺工程师，从激光光源以及激光关键器件、激光加工，激光测量以及其他科学研究，都有很多讨论。”李琳表示，此次500多人的参会规模也说明我国在这个研究领域非常活跃。另一方面，李琳对筹建中的先进阿秒激光大科学装置也非常期待。“这个装置未来对超快光学、超快物理、超快化学、超快工程学都会有很重要的促进作用，能够让全国各个大专院校，科研院所及企业申请使用这一国际上最先进的科学装置，我们也期待它早日建成，为科学进步起到推进作用。”“这次大会我实际是来学习取经，希望能在超快激光赛道上走得更远。”参会企业广东大族粤铭激光集团股份有限公司，是东莞本土成长起来的知名激光企业，该公司董事、总经理卓劲松表示，公司非常重视新技术研发，坚持每年以不低于销售收入10%的研发经费投入到产品研发中。他希望东莞的政府、企业、学校科研院所可以联动呼应，打造高端制造业的产业基础、人才支撑、学术氛围，互相联合进行产学研一体输出，更快推动超快激光产业大步向前。接下来两天时间内，大会还将围绕超快激光技术与产业两大专题，先后开展超20场专题研讨或主题报告，共同探讨新形势下的前瞻思想、创新成果，以及资本、技术、市场如何促进激光产业发展等关注热点。与此同时，大会多措并举共助成果转化落地，邀请各级产业链头部企业、重点科研团队、高校研究所等，集中展示优秀科技成果、应用案例，现场还将进行多场技术交流、项目路演、人才招聘、对接洽谈等活动。

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光与物质的相互作用是探究低维量子材料微观物理机制的重要探测手段，并且其中超短、超强脉冲激光还可作为电子结构及物态的有效调控手段，实现平衡态所不具有的新物态、新效应。周树云研究组和合作者首次在半导体材料黑磷中实现了脉冲激光诱导的弗洛凯瞬时能带调控，并发现其与黑磷的赝自旋具有独特的耦合作用及光学选择定则，研究工作以“Pseudospin-selective Floquet band engineering in black phosphorus”为题，于2023年2月2日发表在Nature杂志。半导体材料弗洛凯能带调控示意图给黑磷中的电子“拍电影”低维量子材料包括碳纳米管、石墨烯、过渡金属硫族化合物等，以其新奇的物理特性和全新的器件应用而广受关注。例如，相比于石墨的三维立体结构而言，石墨烯以其单原子级厚度可以被视作“二维”这样的低维材料，其中的电子结构也会因为维度的降低而发生剧烈的变化。“我们研究的电子能带结构可以通俗地理解成这些材料的DNA，它决定了材料的各种属性，清华大学“水木学者”鲍昌华解释道，“而我们所做的就是利用飞秒激光来调控这些材料的DNA，从而获得我们想要得到的一些性质。”当前学界的研究主要聚焦在材料的平衡态特性，而对其非平衡态物理及超快动力学的研究尚处于发展阶段。周树云团队利用脉冲激光，将时间精度控制到万亿分之一秒，迈出了实现瞬时调控材料特性的坚实一步。在超快时间尺度（皮秒甚至飞秒）上实现电子结构和物理特性的测量和调控，不仅能够拓展非平衡态物理知识的前沿，还将为未来新型、高速器件的开发和应用奠定重要的科学基础。在非平衡态超快动力学和瞬时物态调控研究中，一个备受关注的重要研究方向是通过周期振荡的势场诱导量子物态的变化，进而实现对其电子结构的调控，该方案被称为弗洛凯工程(Floquet engineering)。从材料的晶格结构出发，电子受到空间中周期性变化晶格的影响，形成在动量空间具有周期性的能带结构，导致整个材料呈现出金属、绝缘体、半导体乃至超导体的多种性质的可能。与之相类比，外加的周期振荡势场将导致电子在能量空间出现能带结构的周期性复制，进而形成弗洛凯态。进一步地，通过电子与周期势场的相互作用对低维量子材料的能带结构、对称性及拓扑性质的瞬时调控，可实现平衡态所不具有的新物态，例如，将拓扑平庸的材料转变为拓扑材料，实现远离平衡态的拓扑超导态等。“目前，国际上这方面的研究还刚开始。一方面，我们希望弗洛凯能带工程可以在更加广泛的材料体系中被实现，从而为更加自由地调控材料的性质提供一种新的途径，”对于该研究领域的发展前景和可能的应用，清华大学物理系2017级博士生周绍华介绍，“另一方面则是在未来飞秒激光在材料物性调控作用上的应用，如在超快时间尺度上实现材料的非平庸拓扑、超导拓扑物态等。”弗洛凯态的概念自上个世纪初被提出后就引起了物理学家的广泛关注，并被应用于凝聚态物理、冷原子物理和光晶格等领域。近十年来，弗洛凯瞬时能带和物性调控已经发展成为国际上凝聚态物理和材料科学的一个重要科学前沿。然而，尽管理论方面涌现出丰富的预言，与之形成鲜明对比的是凝聚态体系中的实验进展非常少。很多关键的科学问题，例如，能否在常规材料（例如半导体）中实现能带结构的瞬时调控，仍然有待实验的证实。利用超快时间分辨角分辨光电子能谱在黑磷中实现弗洛凯瞬时能带调控周树云研究组多年来致力于低维量子材料的电子能谱和非平衡态超快动力学的研究，尤其是弗洛凯能带及物态调控的实验研究。这一过程并不简单，需要研发具有能够实现弗洛凯调控工程所需的极端实验条件的先进科学仪器。由于弗洛凯调控要求激发光源具有低光子能量、强峰值电场等极端实验条件，研究组针对领域难点投入了大量的精力，攻克了中红外强场脉冲激发光源以及与角分辨光电子能谱仪结合方面的困难，研制出具有前沿技术指标的超快时间分辨角分辨光电子能谱(TrARPES)系统。在材料体系方面，周树云研究组独创一格，巧妙地选取了黑磷这个具有小带隙、高迁移率的经典半导体材料。通过精细调节中红外激发光源的光子能量，研究组发现当光子能量与带隙接近共振时，黑磷的电子结构从平衡态的抛物线形状演化为在带顶打开能隙的“墨西哥帽”形状，并观察到了复制的弗洛凯边带。在研究其中的弗洛凯瞬时能带调控时，研究组使用了类似“给电子拍电影”的方法：在飞秒尺度上去记录它在光的激发下，从光到来之前、刚好到达时以及光离开以后整个动态过程中的关键时刻，从而观察它是怎样演化的。在此基础上，他们通过系统性地探究该瞬时能隙对时间、光强和电子掺杂等变量的响应等，确认了所观测到的瞬时能隙是由弗洛凯能带工程所导致。更有意思的是，研究组发现黑磷中的弗洛凯能带工程对激发光源的偏振具有强烈的选择性：只有当泵浦光偏振沿着黑磷的扶手椅型(armchair)方向时，才会出现瞬时能隙，揭示出弗洛凯能带工程调控具有特定的光学选择定则。结合理论分析，研究组指出这一奇特的偏振选择效应来源于黑磷的赝自旋自由度（黑磷元胞中含有两个子晶格，对应的两能级系统可类比自旋）。这些研究结果不仅为弗洛凯能带调控提供了重要的思路，同时，飞秒激光调控的迅速“开关”特点也为进一步探索拓扑物态、关联物态（磁性、超导等）的瞬时调控奠定了重要的基础。此外，这一独特的偏振选择效应未来也有望应用于光学偏振相关的光电器件应用中。参与项目研究的实验团队成员坚持“一步一个脚印”这个研究课题自周树云2012年入职清华大学就已列入她的研究计划，是她在清华最想解决的科学挑战之一。该实验涉及多种精密实验技术的结合，没有现成的仪器设备可以开展此类实验，也缺乏可供借鉴的研究经验，研究过程充满了挑战。课题组通过多年的技术研发和多方筹集资源，克服重重困难，不断朝着目标努力，并最终在2018年完成了仪器平台的建设，使该系统在能量分辨率、时间分辨率、中红外泵浦光源等多方面指标具有国际领先水平。最近，他们利用这一设备成功攻克了超快时间尺度下，光与半导体材料相互作用导致的弗洛凯工程这一重要科学问题。该实验所需的实验条件十分苛刻，研究成果来之不易。例如，在实现弗洛凯瞬时能带调控的过程中，需要调控两束飞秒激光在时间和空间上完全重合，才有可能观测到该效应。这就需要不仅在时间上要使它们在飞秒尺度上重合，还要使它们在空间上聚焦到空间上同一个几十微米尺度的点。此外，激光光源的能量范围以及极端峰值电场强度也给实验带来了很多技术上的挑战。最困难的是，对于这样的未知领域，什么样的实验条件有利于弗洛凯瞬时能带调控的观测，在这方面并没有可供借鉴的经验，只能是摸着石头过河，通过大量实验逐渐积攒经验。在研究过程中，研究组成员通过长年累月的坚持、严谨求实的态度最终攻克了一个又一个难关，从最初开始该实验时遭遇不断失败到观察到最终实验结果时的豁然开朗，他们用专精的实力诠释了科研的态度和决心。“清华大学为我们提供了优质的科研环境，为青年学者的成长提供了助力。”在清华园学习生活的第 11 个年头，鲍昌华一步步从清华物理学堂班学生、获得研究生特奖成长为今年的 “水木学者”，对科研有他自己深刻的体会。“我们在做科研的过程中，需要不忘初心，始终坚持一步一个脚印。只有把每一步都做到完美，厚积薄发，最后才有希望摘取到最重要的科研成果。”周绍华也有这样的深切体会：“除了优秀的学术环境和科研平台以外，清华自强不息的文化传统也使我们受益匪浅。在科研的道路上，只有坚持自强不息，不断追求卓越，才能取得科研上的重大突破。”论文通讯作者是周树云，论文共同第一作者为周绍华和鲍昌华。合作者包括清华大学物理系段文晖院士、于浦教授，北京航空航天大学汤沛哲教授，中科院物理所孟胜研究员等。该研究工作主要受到科技部国家重点研发计划、自然科学基金委国家杰出青年科学基金项目、重点项目和重大科研仪器研制项目的支持。此外，该研究工作还受到国家自然科学基金委基础科学中心项目和中国科学院项目的支持。

不少收藏家热衷于收藏古生物化石，因其稀少且价格昂贵而具有价高的市场价值。但在科研人员的眼里，这不是一块具有"市场价值"的“稀有石头”，而是通往人类生命起源的探索通道。然而，在这种稀有的、不可再生的、形成于人类史前地质时期的生物和活动遗迹中，有什么是科研学者们探寻的？这一连细胞内部的细胞质等物质都已消失，DNA痕迹也荡然无存的石头内部，还有什么能够证明生命曾经的存在？也许是细胞壁？又或者，是细胞壁中的碳？图片来源：Pixabay地球早期生命的探寻科学家可以追溯到35亿年前地球上的生命,甚至有一些迹象表明,早在38亿年前地球上就存在生命了。然而，如何找到这些生命存在的直接证据呢？其实我们已经找不到几十亿年前活着的生命了，因为它们早已被分解为各种化学元素。但科学家们也并非毫无办法，他们可以通过观察古老的岩石——这一早期地球的唯一记录，来寻找这些生命存在的直接证据。图片来源：Pixabay查亚和他的同事们就是通过这样的方式来寻找答案，岩石中的微生物化石以及它们的元素、化学特征及其同位素丰度能够证明生命曾经真实地存在过。安德鲁查亚辛辛那提大学的地质学教授，专注于古生物学--古代生命的研究生命的标识——碳为什么科学家们要寻找化石遗迹？因为化石中不仅充满了因岩石和水相互作用而形成的矿物，还存在细菌细胞壁所留下的碳特征。虽然细胞的内部早已被大自然吞噬了，与之相随的DNA痕迹也荡然无存，但由碳分子组成的细胞壁有时会被保存下来，所以碳也是表明生命存在过的化学特征之一。像查亚这样的科学家就把那些他们认为已经足够古老、且有早期生命证据的岩石带回实验室，将这些岩石标本切割成仅有人类头发丝厚度的薄片，然后分析这些切片以寻找微小细菌的存在。存有化石的岩石要知道，细菌存在的痕迹非常不明显，一个很大的细菌细胞也仅为人类头发丝宽度，它的长度从几微米到一百微米不等。细菌的形状通常也很简单，呈棒状或球状，并没有很多可供识别的特征。面对如此细微的细菌痕迹，地质学家如何让人们相信他们发现的确实是一个曾经活着的生命的化石？他们需要提供更有力的证据，而生命体化石成分中的碳原子就是这样的证据。图片来源：Pixabay识别化石中的有机碳我们已经知道化石中的碳原子是生命存在的重要标识，然而，如何验证化石中的有机碳呢？查亚使用拉曼光谱仪来识别化石，他使用的是HORIBA 的T64000三光栅拉曼光谱仪。“你可以把含有化石的岩石薄片放在拉曼光谱仪搭配的显微镜物镜之下，把激光聚焦在上面，通过显示的光谱，我能知道细菌是否存在有机碳。”利用仪器进行的拉曼光谱成像, 能对材料空间定位，终能绘制出一张地图，地图上显示棕色的地方，就是细菌中具备碳特征的部位。由此得出化石中是否曾经存在过生命。还可以利用T64000制作三维地图，因为球形细菌中的有机碳球很难用显微镜下的二维图片来展示，而三维地图可以。HORIBA T64000高性能拉曼光谱仪注：如需了解该研究中HORIBA T64000光谱仪的详细介绍及使用问题，可点击左下角“阅读原文”，资深工程师将为您答疑解惑。寻觅地球之外的生命科学家们正在努力了解地球上的生命历史，这也促进了其他行星上生命的探索。目前的火星探索——好奇号火星探测车发射于2012年, 主要是为了寻找可能存在过生命的环境——有液态水存在的地方。科学家们希望能够找到这样的环境, 进而探索其地质情况, 以寻找早期生命存在的直接证据。这一任务很可能在下一次火星探测任务——火星 2020计划中完成，那时候，收集到的样本将被带回地球实验室进行研究。除了火星，科学家们也在研究木星。图片来源：Pixabay为何寻找地球外的生命？科学家们认为这可以加深我们对自己的了解。我们可以把我们有关早期地球的知识, 应用于其他行星, 特别是火星, 因为火星与地球相似，甚至可以认为, 几十亿年前的火星也许就像地球一样。“如果我们发现了火星或太阳系其他地方存在过生命的证据，而这些生命又拥有跟地球上生命相同的生物化学规律，那意味着：我们很可能拥有共同的起源。由此表明：生命其实很容易进化，宇宙的每个角落都可能存在生命。”。查亚如是认为。图片来源：Pixabay除了乘坐飞船来到地球的外星人之外, 宇宙中还有什么？也许是生命的化学特征？也许是单细胞类型的生物？也许古老的地球也曾经存在过这些生物？寻找这些问题的答案是许多科学家探寻其他星球的原因，人类对于地球历史和宇宙起源的探索从未停止。对人们来说，这样的探索是一个挑战，无论是从宇宙的星球还是从远古化石中的碳元素，然而这样的探索却永不会停止.今日话题古生物的发现与研究是一件辛苦却也颇具趣味的事情，其实很多科研工作也都是如此。如果您正在从事的研究跟古生物有关，可以留言分享您科研中有趣的地方；又或者您有对古生物研究感兴趣，有推荐的书籍电影，欢迎留言分享~我们会在今日话题发布后的三个工作日内，为点赞数高的读者送出星巴克咖啡券一份~ 点击查看更多往期精彩文章 生物传感器，让人工智能真正活过来|国际用户简讯牛津大学开创单细胞水平微生物代谢研究新方法|海外用户简讯解一颗石榴石，梦回千年“海上丝路”|光机所考古中心前沿用户报道瞪你一眼，就能“看透”你 | 用户动态青岛能源所实现毫秒级单细胞拉曼分选，"后液滴"设计功不可没|前沿用户报道表面增强共振拉曼光谱探究细胞色素c在活性界面上的电子转移 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首选，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。点击下方“阅读原文”，咨询相关技术服务。

本报北京2月28日电 2月19日的《自然》杂志，以《中国藏匿的晶体》为题，用3页篇幅对中科院理化技术研究所陈创天院士率领的团队，发现并生长出一种最新的光学晶体———氟代硼铍酸钾(KBBF)晶体进行了详细报道，并称“中国实验室成为这种具有重大科学价值的晶体的唯一来源，它表明中国在材料科学领域实力日益增强”。 　　KBBF晶体是目前唯一可直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体，是在非线性光学晶体研究领域中，继硼酸钡、三硼酸锂晶体后的第三个“中国产”非线性光学晶体。《自然》杂志称：“其他国家在晶体生长方面的研究，目前看来还无法缩小与中国的差距。” 　　陈创天团队经过18年研究，采用“局域自发成核生长技术”，突破大尺寸KBBF晶体生长的技术瓶颈，生长出迄今为止尺寸最大的透明块状KBBF单晶，并结合他们发明的非线性光学晶体的棱镜耦合专利技术，成功制作出KBBF晶体厚度为2.3毫米的光接触棱镜耦合器件，保证了产生深紫外激光的实用性和精密化性能。这项技术为193纳米光刻技术系统中所需要的全固态光源奠定了基础。目前，该技术已获中国、美国和日本发明专利授权。 　　KBBF晶体能够缩短激光的波长，装备该晶体的各种激光器能发出具有极窄频宽的紫外光波，可测量固体电子能级的分辨率达到360微电子伏特 并可用于建造超高分辨率光电子能谱仪、超导测量、光刻技术等前沿科学研究，对未来的微纳米加工、生物医学、激光电视等将产生深远影响。

不少收藏家热衷于收藏古生物化石，因其稀少且价格昂贵而具有价高的市场价值。但在科研人员的眼里，这不是一块具有"市场价值"的“稀有石头”，而是通往人类生命起源的探索通道。然而，在这种稀有的、不可再生的、形成于人类史前地质时期的生物和活动遗迹中，有什么是科研学者们探寻的？这一连细胞内部的细胞质等物质都已消失，DNA痕迹也荡然无存的石头内部，还有什么能够证明生命曾经的存在？也许是细胞壁？又或者，是细胞壁中的碳？图片来源：Pixabay地球早期生命的探寻科学家可以追溯到35亿年前地球上的生命,甚至有一些迹象表明,早在38亿年前地球上就存在生命了。然而，如何找到这些生命存在的直接证据呢？其实我们已经找不到几十亿年前活着的生命了，因为它们早已被分解为各种化学元素。但科学家们也并非毫无办法，他们可以通过观察古老的岩石——这一早期地球的唯一记录，来寻找这些生命存在的直接证据。图片来源：Pixabay查亚和他的同事们就是通过这样的方式来寻找答案，岩石中的微生物化石以及它们的元素、化学特征及其同位素丰度能够证明生命曾经真实地存在过。安德鲁查亚辛辛那提大学的地质学教授，专注于古生物学--古代生命的研究生命的标识——碳为什么科学家们要寻找化石遗迹？因为化石中不仅充满了因岩石和水相互作用而形成的矿物，还存在细菌细胞壁所留下的碳特征。虽然细胞的内部早已被大自然吞噬了，与之相随的DNA痕迹也荡然无存，但由碳分子组成的细胞壁有时会被保存下来，所以碳也是表明生命存在过的化学特征之一。像查亚这样的科学家就把那些他们认为已经足够古老、且有早期生命证据的岩石带回实验室，将这些岩石标本切割成仅有人类头发丝厚度的薄片，然后分析这些切片以寻找微小细菌的存在。存有化石的岩石要知道，细菌存在的痕迹非常不明显，一个很大的细菌细胞也仅为人类头发丝宽度，它的长度从几微米到一百微米不等。细菌的形状通常也很简单，呈棒状或球状，并没有很多可供识别的特征。面对如此细微的细菌痕迹，地质学家如何让人们相信他们发现的确实是一个曾经活着的生命的化石？他们需要提供更有力的证据，而生命体化石成分中的碳原子就是这样的证据。图片来源：Pixabay识别化石中的有机碳我们已经知道化石中的碳原子是生命存在的重要标识，然而，如何验证化石中的有机碳呢？查亚使用拉曼光谱仪来识别化石，他使用的是HORIBA 的T64000三光栅拉曼光谱仪。“你可以把含有化石的岩石薄片放在拉曼光谱仪搭配的显微镜物镜之下，把激光聚焦在上面，通过显示的光谱，我能知道细菌是否存在有机碳。”利用仪器进行的拉曼光谱成像, 能对材料空间定位，终能绘制出一张地图，地图上显示棕色的地方，就是细菌中具备碳特征的部位。由此得出化石中是否曾经存在过生命。还可以利用T64000制作三维地图，因为球形细菌中的有机碳球很难用显微镜下的二维图片来展示，而三维地图可以。HORIBA T64000高性能拉曼光谱仪注：如需了解该研究中HORIBA T64000光谱仪的详细介绍及使用问题，可点击左下角“阅读原文”，资深工程师将为您答疑解惑。寻觅地球之外的生命科学家们正在努力了解地球上的生命历史，这也促进了其他行星上生命的探索。目前的火星探索——好奇号火星探测车发射于2012年, 主要是为了寻找可能存在过生命的环境——有液态水存在的地方。科学家们希望能够找到这样的环境, 进而探索其地质情况, 以寻找早期生命存在的直接证据。这一任务很可能在下一次火星探测任务——火星 2020计划中完成，那时候，收集到的样本将被带回地球实验室进行研究。除了火星，科学家们也在研究木星。图片来源：Pixabay为何寻找地球外的生命？科学家们认为这可以加深我们对自己的了解。我们可以把我们有关早期地球的知识, 应用于其他行星, 特别是火星, 因为火星与地球相似，甚至可以认为, 几十亿年前的火星也许就像地球一样。“如果我们发现了火星或太阳系其他地方存在过生命的证据，而这些生命又拥有跟地球上生命相同的生物化学规律，那意味着：我们很可能拥有共同的起源。由此表明：生命其实很容易进化，宇宙的每个角落都可能存在生命。”。查亚如是认为。图片来源：Pixabay除了乘坐飞船来到地球的外星人之外, 宇宙中还有什么？也许是生命的化学特征？也许是单细胞类型的生物？也许古老的地球也曾经存在过这些生物？寻找这些问题的答案是许多科学家探寻其他星球的原因，人类对于地球历史和宇宙起源的探索从未停止。对人们来说，这样的探索是一个挑战，无论是从宇宙的星球还是从远古化石中的碳元素，然而这样的探索却永不会停止。 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首选，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。

导读代谢组学(Metabonomics / Metabolomics)是继基因组学和蛋白质组学之后新近发展起来的一门学科，是系统生物学的重要组成部分，已经应用到了诸如动物、植物、微生物的机理研究中，着重探索、发现与疾病、医药、功能相关的生物标志物(Biomarker)。生物标志物是指“一种可客观检测和评价的特性，可作为正常生物学过程、病理过程或治疗干预药理学反应的指示因子”，寻找和发现有价值的生物标志物已经成为当前生物、医药领域的研究热点。然而，生物标志物的发现，是一场砂砾淘金、去伪存真的艰难征程，面临诸多挑战。 挑战1 生物标志物的发现，海量筛选，准入高，难度大 相比于基因组学和蛋白组学，代谢组学难度急剧增加。原因有： 1. 目标物范围更广：基因/转录组只需测4种核苷酸排列，蛋白组测20种氨基酸排列，代谢组则包含各类小分子代谢物，要进行结构鉴定可比大海捞针； 2. 需要交叉专业知识：如将代谢组学应用在生物研究中，需要分析化学背景进行分离检测，这些数据的正确解析和可视化需要有统计分析的基础；最后需要了解生物学知识以诠释数据背后的生物学意义； 3. 软硬件要求高：使用的分析体系大都属于高端仪器及其配套软件，比如色-质谱联用系统里色谱可选GC-MS，LC-MS，CE-MS，质谱根据靶向、非靶向可选QQQ，Q-TOF，IT-TOF等；海量数据采集完毕还需要专业、多功能数据分析平台解读数据，最后还要对潜在生物标志物进行结构鉴定，因此代谢组学每一步都是准入高，难度大！ 挑战2 如何去伪存真，减少无意义差异物，找到真正的生物标志物 代谢组学巨大的挑战之一，是如何减少生物样品本身，或采集、保存、前处理和分离检测过程中产生“非预期”或“噪音”代谢物，从而去伪存真，找到真正的差异生物标志物： 1. 个体情绪差异、非目标病因的生理差异（近期饮食习惯、喝水量、排尿量、运动量、生病、过敏）、其他药物的耦合作用/副作用，都会对个体代谢物产生非预期的影响； 2. 在采集样本时，如血样、组织、器官，采集者参差不齐的技术熟练度也会引入其他刺激和干扰因素； 3. 样品的保存同样会引入大量干扰物或造成样品变化。比如保存前是否存在溶血，保存温度，冷冻时间长短等，都会使样品产生不可预期的变化； 4. 不同的样品前处理手段，如液液萃取、固相萃取、蛋白沉淀等，其化学、物理选择性不同；另外，操作人员的熟练度、溶液量、溶液污染、萃取柱批间差等样本外的误差，都可能会造成样品组内和组间差异。 海量的待选小分子目标物，加上上述这些“不确定性”和“科学偏差”产生比生物标志物浓度更高、响应更强的无意义组别差异物，使得代谢组学在生物标志物发现的路上，困难重重，犹如大海捞针，沙里淘金。虽然后续的统计分析会把大多数的这类干扰物去除，却不能保证最终能得到正确的生物标志物，或使其处于最显著地位。 虽然代谢组学研究困难重重，但经过多年的研究探索，科研界都认同利用代谢组学的思路发现生物标志物是方向正确、前景广阔的，相信随着分析仪器，特别是高端质谱及其配套软件和科学家研究水平的提高，越来越多有用的生物标志物会被挖掘出来造福于人类。 岛津是全球领先的质谱研发、生产厂家：从上世纪70年代开始研发扇形质谱，成功生产了世界上第一台商品化扇形磁场型质谱GCMS LKB9000；80年代开发了基质辅助激光解析电离飞行时间质谱（MALDI-TOF）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS），岛津科学家田中耕一先生在2002年因为MALDI离子源的研发获得了诺贝尔化学奖，因此岛津拥有深厚的质谱研发基础和实力。 目前岛津质谱的产品线齐全，有机质谱包括单四极杆质谱（SQ）、三重四极杆质谱（TQ）、高分辨质谱离子阱飞行时间质谱（IT-TOF）和四极杆飞行时间质谱（Q-TOF）；无机质谱有ICP-MS；生命科学领域有MALDI-TOF、质谱显微镜等。这些质谱仪器与分离技术联用，满足科学研究的各种需求。基于岛津高端质谱，国内高校研究所发表了多篇代谢组学用于脑卒中、癌症和动物生理相关的生物标志物发现的文章，在此系列微信中挑选出典型案例，帮助读者进一步了解疾病和生理现象。

据《Science Advances》报道，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室宋艳教授课题组，研究首次论证了经颅光刺激技术对人类视觉工作记忆容量改善的有效性以及特异性。工作记忆，即在几秒钟内主动“记住”有用信息的能力，在许多高级认知活动中起着至关重要的作用。由于工作记忆能力的个体差异可以预测流体智力和广泛的认知功能，这使得提高工作记忆能力成为干预和增强的有吸引力的目标。此前，美国食品和药品管理局声称，经颅近红外激光刺激(Transcranial photobiomodulation, tPBM)是一种非常有前途、经济且安全的改善人类认知功能的替代方案。其干预机制是利用近红外光非侵入式地穿过颅骨进入大脑皮层，颅内神经元中的细胞色素c氧化酶通过吸收光子提升了自身在氧化磷酸化反应中的催化效率，在细胞层面表现为线粒体呼吸链反应中合成三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)的效率提升，最终实现对神经元内线粒体的呼吸作用的调节。最近，上海交通大学研究者发表在著名光学期刊上的研究指出，1070 nm的激光照射可以改善阿尔茨海默症小鼠的认知障碍并减少β淀粉样蛋白的沉积。而在国内还没有tPBM应用于改善人的认知能力的研究报道。12月2日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室宋艳教授课题组在《Science Advances》杂志上在线发表题为“Transcranial photobiomodulation enhances visual working memory capacity in humans”（经颅光生物调节增强人类的视觉工作记忆的容量）的研究论文。该研究通过四个双盲对照实验，被试接受光刺激和安慰剂照射之后，采集了90名正常成年人进行视觉工作记忆任务时的脑电和行为数据，研究首次论证了经颅光刺激技术对人类视觉工作记忆容量改善的有效性以及特异性。研究者发现，1064 nm光刺激作用于右侧前额叶可以显著提高个体在视觉工作记忆任务中的行为表现。研究者进一步观察到刺激后与工作记忆容量相关的脑电对侧延迟活动（Contralateral Delay Activity, CDA）的增加。这些结果分别从行为层面和脑神经层面提供了1064 nm的光刺激可以提升工作记忆容量的证据。重要的是，CDA的负载效应是光生物调节和工作记忆行为增强的中介。1064nm光生物调节刺激右侧前额叶可以增大工作记忆容量相关的脑电指标，并预测行为的增益。同时，研究者还发现，光生物调节技术对工作记忆的行为改善具有波长和脑区特异性。实验三发现只有1064 nm的光刺激可以改善个体的工作记忆容量，而产生热量一致的852 nm的光生物调节刺激则不会产生行为以及电生理上的显著变化。另外，实验四通过变更刺激脑区，发现1064nm的光刺激对个体的工作记忆的提升效应消失。

p 　　中科院上海药物研究所徐华强研究员领衔的国际交叉团队经过联合攻关，成功解析了磷酸化视紫红质(Rhodopsin)与阻遏蛋白(Arrestin)复合物的晶体结构，并破解了负责关闭GPCR传导信号的磷酸化密码。7月27日，相关研究成果以封面文章发表于《细胞》杂志。 /p p 　　生命的功能是依靠信号传导密码来体现或来执行的。G蛋白偶联受体(GPCR)是人体内最大的细胞膜表面受体家族，通过G蛋白和阻遏蛋白这两条主要信号通路，承担着细胞信号转导的“信号兵”的职责。当受到外界信号刺激，GPCR激活G蛋白发出“开放”信号。而“关闭”信号的则来自于磷酸化密码——GPCR尾部一旦被磷酸化，随即将激活阻遏蛋白并与之形成紧密结合为复合物，从而关闭传导信号。因此鉴定与解释GPCR磷酸化密码是当今细胞信号传导领域的重要科学问题。 /p p 　　据悉，徐华强领衔的交叉团队在2015年成功解析GPCR与阻遏蛋白复合物的完整复合体结构的基础上，对于该结构的尾部高分辨率结构与磷酸化机制展开攻关。 /p p 　　“我们利用世界上最强X射线激光，看清楚了复合晶体的尾部结构信息，并从中解析了其尾部磷酸化招募并与阻遏蛋白结合的过程。”徐华强将研究过程比喻为生命密码的层层解密，“为了验证磷酸化密码的普适性，我们试验了96%的GPCR蛋白，发现70%-80%GPCR的“关闭”信号都由磷酸化密码控制。”最后通过一系列验证生物学功能验证，GPCR招募阻遏蛋白的磷酸化密码就此破解——GPCR通过其尾部氨基酸的磷酸化招募并与阻遏蛋白结合，同时发现该密码对整个GPCR蛋白组具有普遍性。 /p p 　　据了解，结构生物学的重大突破往往与同步辐射光源+X射线自由电子激光的组合密切相关。目前全球已有6个这样的组合，分别位于德国、美国、日本、韩国、瑞士和意大利。 “我们非常期待我国自有的重大科技基础设施，如正在建设与推进中的软X射线与硬X射线自由电子激光装置。”徐华强表示，“这些大科学平台能够为科学家提供更先进、丰富的综合实验手段。” /p p 　　据介绍，这项研究获得国家“重大新药创制”重大专项、973、先导专项以及国际项目等基金的资助。合作研究机构包括加拿大多伦多大学、斯克利普斯研究所、德国Desy自由电子激光科学中心、德国汉堡超快成像中心、加州大学洛杉矶分校、南加州大学、上海科技大学和范德堡大学等。 /p