探针检量仪

探针台是一种很专业的仪器，它主要的功能就是针对半导体元件进行检测，这里面说的半导体元件指的是集成电路，分立器件，光电器件，传感器等元件以及封装的测试。通过探针台配合测量仪器可完成集成电路的电压，电流，电阻和电容电压特性曲线等参数检测。可以适用于对芯片进行科研分析，抽查检测等；可以保证这些半导体元件的质量，缩短研发时间和器件制作工艺的成本，所以，它的存在对于制造半导体的企业来说是非常重要的。随着半导体市场的逐步开放和增长，作为半导体检测的必备仪器—探针台的市场也在逐年增长和扩大中，不论是海外品牌还是国产品牌，近几年在半导体检测仪器市场中的规模都在逐年扩大。由于高校的管理模式及制度，探针台大多养在“深闺”，大量科研资源潜能没有得到充分发挥。为解决这个问题并加速释放科技创新的动能，中央及各级政府在近几年来制订颁布了关于科学仪器、科研数据等科技资源的共享与平台建设文件。2021年1月22日，科技部和财政部联合发布《科技部 财政部关于开展2021年度国家科技基础条件资源调查工作的通知（国科发基〔2020〕342号）》，全国众多高校和科研院所将各种科学仪器上传共享。其中，对探针台的统计分析或可一定程度反映科研领域相关仪器的市场信息（注：本文搜集信息来源于重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台，部分仪器品牌信息不全则根据型号等信息补全，不完全统计分析仅供读者参考）。不同地区（省/市）仪器分布情况本次统计，共涉及探针台的总数量为235台，涉及20省（直辖市/自治区），84家单位。其中，上海市共享磁测量仪器数量最多达63台，占比29%，涉及17所高校、研究院所和企事业单位等，上海如此高的占比主要是由于其集成电路等半导体产业发达。上海市探针台主要来自于上海华岭集成电路技术股份有限公司，共有25台，占上海市总共享探针台的11%。仪器所属学科领域分布从仪器所属学科领域分布可以看出，探针台主要用于电子与通信技术、物理学和材料科学研究，占比分别为32%、17%和14%。不过，信息科学与系统科学和信息与系统科学相关工程与技术两个学科重合度较高，合计占比达16%，比材料科学略高。需要注意的是，以上统计存在交叉分布的情况，即该仪器同时属于多类学科领域。仪器所属单位性质分布那么这些仪器主要分布在哪些单位呢？统计结果表明，共享探针台主要分布于高校中，占比达60%，这一结果主要是因为共享仪器平台的仪器由高校上传所致，统计结果并不能体现出此类仪器的市场分布。不过共享仪器最多的确实企业中的上海华岭集成电路。而高校和科研院所共享数量TOP5分别为清华大学、苏州大学、中国科学院上海微系统与信息技术研究所、东南大学、北京大学，这些高校院所都具有集成电路研发的基础。探针台主要品牌分布探针台品牌所属地区分布这些探针台主要品牌为美国Cascade、美国Lake Shore和日本东京精密，占比分别为28%、23%和16%。Cascade是全球领先的的探测系统、探针、探测器等产品的设计生产商，公司成立于1983年，总部设在美国俄勒冈州西北部城镇，为全球晶圆级测试的销售、服务和应用而存在，自主拥有150多项专利技术。Lake Shore公司成立于1968年，位于美国俄亥俄州哥伦布市，是低温与磁场科研设备的国际领导者。主要产品包括：振动样品磁强计、低温真空探针台、霍尔效应测量系统、低温控温仪、低温传感器、高斯计、磁通计等。可以看出，目前我国高校院所的探针台仍以进口为主，大部分市场被美日产品垄断，进口产品占比超过90%。此外，在统计过程中，笔者发现探针台常与半导体参数测量仪搭配联用，而搭配的半导体参数测量仪主要是美国Keithley的4200-SCS型号的产品。这是美国泰克旗下的吉时利品牌的一款产品。不过目前该型号已下架，最新款是4200A-SCS型号，4200A-SCS 参数分析仪支持许多手动和半自动晶片探测器和低温控制器，包括 MPI、Cascade MicroTech、Lucas Labs/Signatone、MicroManipulator、Wentworth Laboratories、LakeShore Model 336 低温控制器。Keithley 4200A-SCS 参数分析仪本次共享探针台仪器盘点，涉及等Cascade、Lake Shore、东京精密、MPI、Janis、SUSS、东京电子、奕叶、Signatone、ARS、FORMFACTOR、MPI等三十多家厂商，呈现出三超多强局面。探针台高校院所市场将爆发随着集成电路产业的爆发式发展，2018 年开始，将集成电路设置成一级学科的提案开始出现。2018 年中国科学院院士王阳元在新时期中国集成电路产业论坛中提议，微电子学科提升为一级学科。学术界和产业界对集成电路成为一级学科异常关注。2019 年 10 月 8 日，工信部官网发布《关于政协十三届全国委员会第二次会议第 2282 号（公交邮电类 256 号）提案答复的函》中表示，工信部与教育部等部门将进一步加强人才队伍建设，推进设立集成电路一级学科，进一步做实做强示范性微电子学院。去年12月30日，国务院学位委员会、教育部正式下发关于设置“集成电路科学与工程”一级学科的通知。过去一年来，北京航空航天大学、安徽大学、广东工业大学、中山大学、清华大学等国内多所高校均成立集成电路相关学院。随着集成电路学院的纷纷成立，高校院所对半导体相关仪器设备需求将剧增，探针台作为半导体检测的重要仪器，相关市场将爆发。

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

日前，由中国科学技术大学工程科学学院黄文浩教授主持制订的国际标准“扫描探针显微镜漂移测量方法(ISO11039:2012)”已由国际标准化组织正式发布。 　　自20世纪80年代扫描探针显微镜(Scanning-probe microscopy，SPM)发明以来，由于其具有原子量级的分辨能力，极大地促进了纳米科学技术的发展，并已逐步形成了一种高新技术产业。SPM的工作原理是通过微小探针在样品表面进行扫描，将探针与样品表面间的相互作用转换为表面形貌和特性图像。由于扫描速率较慢，漂移现象在扫描过程中普遍存在，这制约了SPM在纳米测量和纳米加工方面的进一步应用。 　　黄文浩教授近二十年来一直从事纳米技术与精密仪器领域的研制工作。在2006年，他向国际标准化组织ISO/TC201(表面化学分析技术委员会)提出了“扫描探针显微镜漂移速率测量方法标准”的提案，目的是要将SPM工作时纳米/秒的漂移大小和方向测量出来，以规范这类仪器的使用方法。2007年该提案正式立项，黄文浩教授被指定为该项目工作组的召集人。经过四年多的努力，SPM漂移测量方法标准的最终草案于2011年经全体成员国投票后顺利通过，并于2012年正式发布。 　　该标准定义了描述SPM在X、Y和Z方向的漂移速率的专业术语，规定了SPM漂移速率的测量方法和测量程序，对仪器的功能和工作环境以及测量报告内容均作了严格要求。该标准为SPM仪器生产厂家制定了漂移速率的有效参数规格，并且能帮助用户了解仪器的稳定性，以便设计有效的实验。该标准不仅适用于基于SPM测量图像的漂移速率评价方法，对其它纳米级测量仪器稳定性的评价也有着重要参考价值。 　　相关研究工作受到国家自然科学基金、中科院知识创新工程重要方向性项目和科技部973项目资助。 　　背景资料： 黄文浩教授 博士生导师 　　1968年毕业于清华大学精密仪器及机械制造系精密仪器专业。1978年至今在中国科技大学精密机械与精密仪器系任教，现任教授，博士生导师。其中1989-1991年，西班牙马德里自治大学， 1993-1994年日本东京大学访问学者。主要研究领域：微纳米制造和测量技术 SPM科学仪器技术 飞秒激光微纳米加工技术 纳米技术与标准化。曾承担国际科技合作项目有： 中-日大学群合作先进制造领域中方负责人(1996-2002)，中国-西班牙国家级科技合作项目(2001-2004) “纳米技术与仪器”负责人。主持国家自然科学基金面上项目、重点项目、973子课题等多项。在国内外刊物发表论文200余篇。现任国家纳米技术标准化委员会委员，国际标准化组织ISO/TC201/SC9/WG2召集人。《光学 精密工程》《纳米技术与精密工程》杂志编委。2011年担任国际纳米制造趋势论坛NanoTrends2011组委会主席。2011年当选国际纳米制造学会会士(Fellow of ISNM)。

2010年1月16-17日，由北京离子探针中心主办的“2009北京SHRIMP成果报告会”在京隆重举行。中国科学院多位院士、政府相关部门负责人以及来自全国各地的地学界同仁等约100人出席了开幕式。自2002年起，一年一度的“北京SHRIMP成果交流会”已经成为中国地学界同仁们进行学术交流、展示成果的一个重要平台，其在学界的地位得到了业内人士越来越高的重视。 　　2010年1月16-17日的“2009北京SHRIMP成果报告会”开幕式上，“中心”主任刘敦一研究员向与会领导及来宾总结汇报了“中心”2009年度的主要工作进展 ，其中他也谈到了北京离子探针中心自主研发离子探针质谱类大型科学仪器的相关情况： 　　目前，在科技部和财政部的支持下，该项建议已在“十一五”国家科技支撑计划重大项目《科学仪器设备研制与开发》中立项，其中《二次离子质谱仪器核心技术及关键部件的研究与开发》子项目由北京离子探针中心牵头负责并开始实施。在各协作单位的共同努力下，课题的各项研究工作进展顺利，对主要关键技术的攻关有了突破进展；完成了TOF-SIMS和Trap-TOF的整机设计、气体离子源的整体设计，加工了部分关键部件；液体金属源创新研究顺利进行，样品台三维微聚焦系统完成了方案设计及关键部件选型；离子光学系统、二次离子源及质谱接口完成了理论模拟、方案设计及优化；TOF专用高速数字转换器(ADC)已完成方案设计，实现了部分电路子系统；实现了飞行时间质谱模块和模拟电路系统模块、数字测控模块及软件系统模块；搭建了离子阱离子反应器实验装置，完成了角反射式TOF系统的设计及关键器件的研制。 　　而据“中心”近期透露，仪器研发项目的最新进展是：已经进入攻坚阶段，并已显示出中心在技术创新方面具有雄厚的基础和发展前景。

更精准地实现人体器官和病灶部位无损害可视化，一直是人们追求的目标。　　5月10日，在复旦大学庆祝建校118周年系列学术报告中，复旦大学化学系教授、上海市生物医学检测试剂工程中心主任张凡以《透视人体健康的新技术——近红外光化学探针用于生物医学诊断》为题，分享了自己深耕多年的近红外荧光分子“探针”研究，结合近红外光学成像仪器，该技术可隔着皮肤和肌肉监测体内活动，有望为疾病诊断提供新路径。　　发光“探针”为手术精准导航　　人们很早就有“洞见”自己的需求，梦想能发明一种无创技术，实现对人体健康的可视化监控。　　1895年，德国物理学家伦琴发现X射线，开创医学影像技术的先河，目前我们常用的医学影像检查技术，如CT（电子计算机断层扫描）就与此有关。然而，如何实现无辐射、实时动态的活体成像技术一直存在巨大挑战。　　研究人员逐渐发现，活体荧光成像技术，相较于已有的CT、MRI（磁共振成像）、PET（正电子发射型计算机断层显像）等，具有无辐射、高时间和空间分辨率、高特异性等检测优势，能够为精准手术导航技术领域提供较好的应用前景。　　在对医学检测方法的优化探索中，张凡团队开发了一种新技术，就像打开一扇观察人体内部的窗口——只需静脉注射会发光的近红外荧光分子“探针”，即可自动定位到某个器官、肿瘤或是血管，再通过对人体没有伤害的光学成像仪器，就能隔着皮肤和肌肉组织直观清晰观察到肠道的蠕动、肿瘤的边缘、细胞的游走等　　“而且，我们看到的不是静态‘照片’，是动态的‘视频’。”张凡说。　　从自然中寻找答案　　“活体荧光成像技术也还有许多问题亟待解决。”张凡说，“荧光虽然没有辐射，可以很快实施动态监测，但是其组织穿透深度较浅一直以来都是限制其应用的关键科学问题。”　　此前，光学成像多使用可见光区（400纳米至700纳米）和近红外一区（700纳米至900 纳米）的荧光，但由于这一波段在生物组织中具有较高的吸收和散射，其在活体深组织检测中的应用大大受限。张凡团队专注于在近红外二区窗口（1000纳米至1700 纳米）内探索活体深组织成像窗口，并且根据获得的最优窗口开发对应的长波荧光探针和成像仪器。　　到目前为止，张凡团队累计开发了30余种系列近红外二区有机小分子探针，相关荧光成像设备和探针试剂已实现应用转化，在多家科研机构和医院用于基础研究和临床前研究。已经成功获取了生物体内部多个待测物的动态监测。　　随着研究进一步深入，研究人员发现，荧光成像往往是利用外部激发光源实时激发荧光探针来获取信号，这就不可避免地会产生生物组织背景荧光，从而影响成像的分辨率和信噪比。　　如何寻找优化之法？在张凡看来，最好的答案就在自然里。自然界能自主发光的生物很多，比如鱿鱼、水母、萤火虫等。　　“与其受背景荧光干扰，不如尝试将其本身的荧光运用起来。前面提到的‘探针’对人体来说都是‘外来的’，注射到体内后容易被代谢，而如果可以实现近红外生物发光成像就可以更好的实现无激发的高信噪比原位成像追踪。”张凡说。　　创新在学科交叉处　　思路的转变拓展了张凡的研究视野。他发现除生物医学，近红外荧光分子“探针”还能做很多事儿，比如监测微塑料污染。　　微塑料是指直径小于5微米的塑料。张凡认为，长期以来由于分析方法的限制，人类大大低估了微塑料暴露的影响，并且对于微塑料在人体内体液和组织的影响的研究仍然非常粗浅。事实上，直径小于2微米的小尺寸微塑料，就可以穿越细胞膜，并在脏器和脑部富集，极有可能引起氧化应激、炎症以及DNA损伤，是人类健康的严重威胁。　　人们认为微塑料的影响只是通过由海洋到人类的食物链传播，其实不然。根据最新研究成果，微塑料会随着大气远程传播，并在淡水环境及陆地上沉积，比如美国西部地区每年就会有120吨微塑料会由大气沉积到陆地。　　“微塑料比人们想象中更广泛地存在于生活中，甚至存在于婴儿的奶瓶里。”张凡希望，未来能运用好近红外荧光分子“探针”技术，对微塑料进行活体实时动态追踪，为保卫人类健康贡献更多力量。　　张凡一直鼓励学生勇于跨界、主动交叉、全面发展。经过多年积累，他带领的团队已成长为一个典型的学科交叉团队，一批批优秀学子毕业后继续从事相关科研工作。　　“创新的机会，就在学科交叉之处。”谈及科研的心得，张凡总结说。

吉林检验检疫局建立的金标法检测单核细胞增生性李斯特氏菌技术作为当今检测病原体和诊断疾病方面最为敏感的免疫学技术之一，不仅操作简便、快速、特异，更为重要的是适用于广大基层食品监管部门的现场检测和诊断，这些特点都是其他免疫学方法所无法比拟的。 　　该技术不仅具有巨大的发展潜力，而且还具有广阔的市场和应用前景，如可适用于医疗卫生行业，出入境食品口岸抽查和鉴定、流通领域卫生监督和工商行政部门和质监部门的食品企业监管等，甚至可以走进餐馆、家庭进行简易的食品自控和检测等。 　　由吉林出入境检验检疫局承担的国家质检总局科研课题《应用化学发光探针及免疫金标法检测食品中多种致病菌的研究》在2011年获得了国家质检总局“科技兴检”三等奖。该课题建立的化学发光探针检测技术能够快速检测食品中常见的四种病原菌：空肠弯曲菌、单核细胞增生性李斯特氏菌、大肠杆菌O157和金黄色葡萄球菌。其中对单核细胞增生性李斯特氏菌还建立了应用免疫胶体金试纸条的快速检测方法。 　　急需速测技术 　　我国的食品生产加工企业数量多，规模小，较分散，而且为数较多企业过分追求利润法律意识淡薄，社会责任心不强导致其产品质量良莠不齐。 　　据报道，我国45万个食品生产企业中，员工人数10人以下的食品生产加工小作坊就有35万家，约占80%，因而导致食品安全事故时有发生，给社会和消费者的健康造成了巨大危害。 　　而目前的食品卫生监管的检测手段主要依据国家标准或行业标准规定方法进行，虽然这些方法准确可靠，但这些方法一般都需要建设专门的微生物检测实验室，配备专业的检测技术人员，需要较长的检测周期，由此造成的检测成本过高，缺乏时效性等问题，使一些突发的食品安全事件不能迅速得以解决。因此发展和建立一种快速、简便、灵敏准确的检测技术，作为标准检测方法的初筛技术，是解决上述问题的有效手段之一。 　　食品检验新兵 　　化学发光探针技术的原理是互补的核酸单链会特异性识别并结合成稳定的双链复合物。这一检测系统利用一个标记有化学发光物的单链DNA探针，可以特异性的识别和结合目标微生物的核糖体RNA。微生物中的核糖体RNA释放出来后，化学发光标记的DNA探针就与之结合形成稳定的DNA-RNA杂合体。标记的DNA-RNA杂合体会与非杂交探针分离，并在化学发光检测仪中进行测量。样本的检测结果通过计算与阴性对照进行比较得出结果。利用化学发光剂标记和检测核酸使得许多非放射性标记检测的灵敏度达到甚至超过了同位素标记测定。 　　在众多的化学发光体系中，应用最多的化学发光体主要有三类：增强鲁米诺发光体系、吖啶类化合物发光体系和碱性磷酸酶催化的1，2-二氧环己烷发光体系。吉林检验检疫局建立的化学发光技术使用吖啶酯标记核酸探针。 　　利用化学发光杂交保护分析的原理检测空肠弯曲菌、单核细胞增生性李斯特氏菌、大肠杆菌O157和金黄色葡萄球菌4种致病菌特异性RNA序列，这种方法无需物理分离，利用吖啶酯标记DNA探针，通过核酸杂交保护分析法，即应用人工合成的靶DNA保守区的寡核苷酸，在合成时引入一个烷氨基的手臂，经活化后接上吖啶酯，制成化学发光探针。 　　杂交后无需分离步骤，而是利用差分水解来鉴别，即加入碱性溶液，游离的发光探针遇碱水解失去发光特性，而与特异性目的片段结合的探针形成DNA-RNA杂交体，由于吖啶酯是平面结构很容易进入双螺旋的内部而获得杂交保护，水解速度缓慢(半衰期达10分钟以上)，仍有发光性能，可以在发光仪上显示化学发光信号，从而实现对病原菌的检测。 　　应用前景广阔 　　该项目利用胶体金技术研制了胶体金检测试纸条，用于单核细胞增生性李斯特氏菌的快速检测，该检测试纸条的灵敏度高，具有很强的特异性，不同批次生产的免疫胶体金具有良好的检测重现性，稳定性好，操作简单，检测时间只需10至20min即可报告结果，胶体金法无污染，不会危害操作者以及环境。胶体金抗体复合物在冻干状态下室温储存相当稳定，有效期长 此外胶体金技术还具有检测迅速、灵敏、不需要复杂仪器设备、产品永不褪色等优点，适合于食品中单核细胞增生性李斯特氏菌的初筛检验。 　　吉林检验检疫局建立的基因探针化学发光检测方法可在30分钟内快速确定病原体，并可直接于固体或液体培养基上鉴定目标微生物。该方法可直接应用于国外生产的LEADER 50i检测仪上，仪器自动注入检测试剂，立刻测量标记物所产生化学反应的化学发光强度，并自动计算结果及打印报告，该检测方法敏感性高，特异性强，检测成本低，操作简便、快速，对我国食品安全快速检测和监控工作具有重要意义，具有广泛的推广前景。 胶体金快速检测试纸

加利福尼亚州圣何塞，2024年 9 月 10 日 —— 布鲁克公司今日宣布推出 Dektak ProTM 探针式轮廓仪，这是行业领先的 Dektak® 产品线中的下一代轮廓仪。新的台式系统融合了超过 55年的创新成果，为半导体应用提供了高达200 毫米的全尺寸样品测量区域，并通过改善用户体验和测量精度缩短了获得结果的时间。Dektak Pro 的进步巩固了该品牌作为世界上最先进的探针式轮廓仪的地位，使其能够满足众多工业和研究市场当前和未来的研发、工艺开发以及QA/QC 需求。 “我们与 Dektak 工具有着悠久的历史。它们一直为我们的 MEMS 晶圆厂提供自动化和可靠的台阶轮廓测量，我们对此深信不疑，” 泰国微电子中心（TMEC）晶圆厂经理 Nithi Atthi 博士说，“新系统的技术进步有望提供更多的测量能力，以满足我们对 MEMS 计量要求日益严格的高深宽比微结构。” “Dektak 这个名字已经成为探针式轮廓测量的代名词，这是有充分理由的。每年都有数百台 Dektak 系统在全球安装，证明了业界对这项技术的持久需求。” 布鲁克摩擦学、探针和光学计量业务高级总监兼总经理 Samuel Lesko 补充道，“通过 Dektak Pro，我们在测量能力和操作简便性方面迈出了下一步，同时保持了 Dektak 众所周知的价值和可靠性，我非常期待看到我们的客户在未来几年中使用该系统的多种方式。”关于 Dektak Pro Dektak 探针式轮廓仪广泛应用于微电子、半导体、显示、太阳能、医疗和材料科学市场，是全球数百个生产、研究和故障分析中心必不可少的精密计量仪器。Dektak 系统用于二维轮廓测量和三维表面轮廓分析应用，可测量应力、纳米薄膜厚度和台阶高度，重复性优于 4 埃。新型 Dektak Pro 引入了台阶高度和应力测量升级，扩大了其应用范围。简化的自动台阶检测程序只需要更少的用户定义参数，以进行简洁分析，减少用户操作引起的变化。二维应力测量分析现在比以往任何时候都更可定制，允许用户定义区域并通过参数调整提高精度。新的自动定心和晶圆面成像功能还使晶圆翘曲的快速表征和三维应力分析成为可能。本文转载自布鲁克纳米表面仪器部公众号，原文链接https://mp.weixin.qq.com/s/41S0RkbhgeyFubbv1566kQ

p 　　8月14日上午，经过一年多的努力，在山东省国土资源厅的领导下，在北京离子探针中心的大力支持和帮助下，山东省地质科学研究院与澳大利亚科学仪器公司签约，世界上最先进的高分辨二次离子探针质谱仪(SHRIMP V)将落户山东，这是全世界第一台第五代离子探针仪，是国际上最先进的微区原位轻同位素分析仪器，将来可为探月工程做贡献。 /p p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/181eda97-f10d-44dc-9871-e108305c44f1.jpg" / /p p 　　 strong 山东省地质科学院与澳大利亚科学仪器公司签约，订购全世界第一台第五代离子探针仪 /strong /p p 　 strong 　多次调研，决定引进 /strong /p p 　　2016年6月3日，山东省地质科学研究院与国家科技基础条件平台——北京离子探针中心达成战略合作协议，建设山东离子探针中心，拟引进世界上最先进的高分辨二次离子探针质谱仪。当年10月26日，山东离子探针中心建设项目顺利通过了包括5位院士在内的专家委员会的可行性论证；10月27日，省国土资源厅副厅长宋守军带队赴北京离子探针中心调研，为在省地科院成立山东离子探针中心做准备。 /p p 　　离子探针分析仪是一种分析“神器”,它最擅长的是测定岩石年龄，对石油、大气、地质构造、地震等学科的研究也大有用处。但设备昂贵，目前我国仅有2台Ⅱ代产品。在通过院士、专家论证及广泛调研基础上，山东省地科院做出了一个惊人之举，决定花3000余万元订购目前世界上最先进、最高分辨率的第V代离子探针分析仪。这台离子探针，比北京离子探针中心的还要先进三代。 /p p strong 　　为新旧动能转换打造科技平台 /strong /p p 　　8月14日上午10点，山东省地质科学院与澳大利亚科学仪器公司签约，订购全世界第一台第五代离子探针仪。离子探针仪将于两年后完成生产，运抵济南，在山东离子探针中心投入使用。 /p p 　　这台离子探针仪将是全世界第一台第五代离子探针仪，是目前国际上最先进的微区原位轻同位素分析仪器，将来，我国探月工程采集的月岩样品有可能会拿到山东离子探针中心，通过这台仪器来进行年代学研究。 /p p 　　省地科院党委书记、理事长于学峰说，“山东离子探针中心的建设将有助于创新地学研究的新技术和新方法，促进金矿资源领域国家重点实验室建设，完善我省国土资源创新平台体系，更是贯彻落实国家和省创新驱动发展战略、有效推动新旧动能转换的重要举措。” /p p 　　 strong 培养人才，用五年打造国际影响力 /strong /p p 　　作为山东离子探针中心项目的促成者——北京离子探针中心主任刘敦一教授介绍，之所以选择与山东省地科院合作，促成第五代离子探针仪的引进，就是看重了山东省地科院积极向上的科研追求精神，“这种主动性非常可贵，而且山东省国土资源厅又特别支持科技创新，将来的山东离子探针中心成就显而易见。” /p p 　　“引进第五代离子探针仪只是关键一步，与之配套的实验室建设、人才培养都要跟上。”在签约仪式上，山东省国土资源厅副厅长宋守军表示，离子探针仪是世界领先的高精尖科技仪器，仪器引进来从使用到维修保养都需要专业人才，省地科院要加快人才培养，在五年的时间里将山东离子探针中心建设成一个方向明确、特色突出、技术先进、向全国和国际开放的国际化实验室，尽快将山东离子探针中心推向国际地学研究的舞台前沿。 /p p & nbsp /p

p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/8285de06-fab1-432b-acd4-3147494e96d5.jpg" title=" tpxw2017-08-10-03_副本.jpg" / /p p 　　在国家自然科学基金重大研究计划、国家杰出青年科学基金项目和面上项目的资助下，华东理工大学杨弋教授团队开发了一系列特异性检测还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)的高性能遗传编码荧光探针iNap，相关研究成果以“Genetically encoded fluorescent sensors reveal dynamic regulation of NADPH metabolism”(遗传编码的荧光探针揭示NADPH代谢的动态调节)为题于2017年6月5日以“研究长文”的形式在线发表在Nature Methods，2017年7月28日正式刊出。陶荣坤博士、赵玉政研究员和初环宇博士为共同第一作者。华东理工大学杨弋教授和中国科学技术大学刘海燕教授为文章的共同通讯作者。 /p p 　　烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH/NAD+)及其磷酸化形式(NADPH/NADP+)，作为生物体内两对最重要的辅酶和核心代谢物，常被用作评价细胞代谢状态的关键指标，与衰老及相关疾病如癌症、糖尿病、肥胖症、心脑血管疾病、神经性退行性疾病等的发生发展密切相关。长久以来，细胞代谢的检测主要依赖酶学、色谱、质谱等，这些方法不仅破坏了细胞或生物体的完整性，更难以应用于高通量筛选。为了解决这一重要科学难题，2011年，杨弋教授团队利用合成生物学方法开发了一系列遗传编码的NADH荧光探针，实现了在活细胞及各种亚细胞结构中对NADH分子的实时动态、特异性的检测与成像(Cell Metabolism, 2011, 14, 555)。2015年，该团队又报道了可同时检测NAD+，NADH及其比率的第二代细胞代谢荧光探针NADH氧化还原比率探针(SoNar)，像火眼金睛一样，可察觉到癌细胞与正常细胞的微细代谢差异(Cell Metabolism, 2015, 21, 777)。并进一步建立了细胞代谢荧光探针在单细胞、活体动物成像及高通量药物筛选方面的系统研究方法(Nature Protocols, 2016, 11, 1345)。 /p p 　　NADH和NADPH的荧光光谱相似，但是二者的生理功能却显著不同。NADH主要参与物质能量代谢，而NADPH主要参与合成代谢以及抗氧化，传统的自发荧光分析方法很难区分这两种小分子。该研究团队在第二代NADH荧光探针SoNar的基础上，通过对底物结合蛋白的理性设计和改造，开发了一系列高性能遗传编码荧光探针iNap，特异性检测NADPH，实现了在活体、活细胞及各种亚细胞结构中对NADPH代谢的高时空分辨检测与成像。该研究首次报道了癌细胞内不同亚细胞结构中游离的NADPH水平，发现了氧化应激时癌细胞内NADPH代谢受葡萄糖水平动态调节。研究团队也进一步发现人体内源性类固醇激素DHEA通过抑制G6PD活性和激活AMPK活性，对NADPH代谢实现双向调节作用。鉴于AMPK信号通路在衰老、糖尿病、肥胖症以及癌症中的重要角色，这一研究结果有望破解DHEA作为一种药物和膳食补充剂在这些疾病方面发挥出的有益作用。NADPH作为细胞内的还原力，在生理或病理条件下发挥重要角色。该研究报道的细胞代谢荧光探针iNap，不仅可应用于抗氧化、AMPK、脂肪酸合成等代谢途径与通路分析，也可用于衰老及相关疾病创新药物的发现。 /p

记者日前从广东医科大学药学院获悉，该学院通过国际合作，成功合成了2个罕见的纳米孔稀土金属—有机骨架材料，该材料可作为荧光探针高效检测铁离子等金属离子浓度，可为皮肤病和贫血症等疾病中Fe3+的定量分析以及环境中Fe3+的监测提供简单、高效的检测方法。　　“传统荧光探针存在荧光信号不强、选择性差、灵敏度低、回收困难等问题，而金属—有机骨架荧光探针在用于金属离子检测方面，具有方法简单、灵敏度高、选择性好及响应速度快等优点。”刘建强说。　　刘建强说,该研究以分子工程学为依据，通过简单的溶剂热方法合成了2个罕见的纳米孔稀土金属—有机骨架材料，该新型材料对不同浓度的离子进行探测后，对于铁离子和重铬酸根离子表现出了特殊的敏感性，荧光强度出现了快速的降低，并对二氧化碳有选择性吸附作用。　　在探索合成纳米孔稀土金属—有机骨架材料规律的基础上，该团队将该材料应用于荧光探针领域，对金属离子可进行高效检测。“检测极限值越低代表灵敏度越高，检测效果也越好。以铁离子的检测而言，纳米孔稀土金属—有机骨架材料做成的荧光探针检测限度，远优于传统材料。”刘建强说。　　“纳米孔稀土金属—有机骨架材料作为探针材料，表现出对铁离子良好的选择性和灵敏性，在荧光探针和生物标记等领域具有广泛的应用前景和发展空间。”广东医科大学药学院院长李宝红说。　　此研究由该学院博士刘建强和西北大学博士侯磊、澳大利亚莫纳什大学博士斯图尔特巴顿等完成。相关科研成果近期发表在国际期刊《ChemPlusChem》上。

胰岛素是体内唯一的降血糖激素，由胰岛β细胞分泌。胰岛β细胞功能失调和胰岛素分泌紊乱是2型糖尿病的核心驱动因素。胰岛素分泌是一个精细的动态调控过程，如何可视化胰岛素分泌过程，揭示胰岛素分泌调控机制是胰岛生物学领域的难点问题。胰岛素在β细胞内与高浓度锌离子形成晶体结构，因此采用不透膜的锌离子荧光探针可标记胰岛素/Zn2+晶体，从而指示胰岛素囊泡分泌。但目前已开发的锌离子荧光探针存在的一些问题限制了该技术在生理、病理情况下的应用：一是探针亲和力过高，导致胰岛内非囊泡分泌信号较强；二是探针发射波长较短，无法与其他荧光探针联用；三是探针生物相容性差、光毒性较强，无法长时间记录胰岛素分泌过程。近日，北京大学科研团队在《Angewandte Chemie-International Edition》杂志上在线发表了题为“Red- and Far-Red-Emitting Zinc Probes with Minimal Phototoxicity for Multiplexed Recording of Orchestrated Insulin Secretion”的研究论文，通过对传统不透膜锌离子探针进行基团替换、化学结构调整，并采用全新的late-stage N-alkylation（在最后的合成阶段进行N-烷基化）合成策略，开发了一系列低亲和力、不透膜的红色和远红发射的锌离子探针，实现多色、多维、长时程胰岛素分泌监测。该研究为胰岛内分泌和2型糖尿病生理、病理机制研究，以及治疗胰岛素分泌异常疾病药物的高通量筛选提供了新的工具和技术。注：此研究成果摘自《Angewandte Chemie-International Edition》杂志，文章内容不代表本网站观点和立场，仅供参考。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202109510

近日，中国科学院上海药物研究所李佳团队联合华东理工大学贺晓鹏团队、英国巴斯大学Tony D. James团队，以及美国德克萨斯大学奥斯汀分校Jonathan L. Sessler团队，撰写“指南综述”（Tutorial Review）文章Small-molecule fluorescence-based probes for interrogating major organ diseases，分类总结了可用于探查主要器官疾病的小分子荧光探针。相关研究成果在线发表在Chemical Society Reviews上。　　人体是由多个器官系统构成的有机体，每个器官在体内发挥着特定作用，器官之间的协同工作维持着人体的正常运行。然而，异常的器官功能障碍会影响机体的健康，并导致灾难性的后果。组学等鉴定技术的发展，促使与器官功能障碍相关的生物标志物相继被发现。开发非侵入性的、可实时观察特定器官疾病生物标志物的方法，将提高对特定器官病理变化的研究能力，并利于疾病的早期诊断，进而为开发有效的治疗方法提供帮助。基于荧光生物成像的检测技术，具有灵敏度高、操作简单、检测下限低、响应速度快、时空分辨率优异及无损体内原位成像等特性，被用于疾病生物标志物的检测，为器官疾病的诊断提供了较为可靠的依据。　　在科研团队前期研究的基础上，研究人员分类总结了可用于探查主要器官疾病的小分子荧光探针。该论文阐述了用于主要器官疾病研究的小分子荧光探针的设计策略；剖析了生物标志物检测对于研究器官功能障碍和其他器官相关疾病的重要性；阐明了小分子荧光探针在体外、体内监测各种致病过程的用途；介绍了目前用于研究器官疾病的小分子荧光探针存在的局限，并提出了建议与展望。该研究为开发新的有效的荧光分子探针用于早期诊断和治疗不同器官疾病具有重要的借鉴意义。　　研究工作得到国家自然科学基金重大研究计划、上海市科技重大专项、上海市国际合作与交流项目及中国博士后科学基金面上资助等的支持。 综述中涉及的人体主要器官示意图（a）及用于探查器官相关疾病的小分子荧光探针的设计策略示意图（b）

FT-3110系列全自动四探针测试仪一.功能描述：四点探针法，全自动化运行测量系统，PC软件采集和数据处理；参照A.S.T.M 标准方法测试半导体材料电阻率和方块电阻；可设定探针压力值、测试点数、多种测量模式选择；真空环境，可显示：方阻、电阻率、显示2D,3D扫描/数值图、温湿度值、提供标准校准电阻件. 报表输出数据统计分析.FT-3110系列全自动四探针测试仪二.适用范围晶圆、非晶硅/微晶硅和导电膜电阻率测量；选择性发射极扩散片；表面钝化片；交叉指样PN结扩散片；新型电极设计，如电镀铜电阻测量等；半导体材料分析，铁电材料，纳米材料，太阳能电池，LCD，OLED，触摸屏等. FT-3110系列全自动四探针测试仪三.技术参数： 规格型号FT-3110AFT-3110B1.电阻10^-5～2×10^5Ω10^-6～2×10^5Ω2.方块电阻 10^-5～2×10^5Ω/□10^-6～2×10^5Ω/□3.电阻率 10^-6～2×10^6Ω-cm10-7～2×106Ω-cm4.测试电流 0.1μA.μA.0μA，100μA，1mA， 10mA，100mA1A、100mA、10mA、1mA、100uA、10uA、1uA、0.1uA5.电流精度 ±0.1% 6.电阻精度 ≤0.3%7.PC软件操作PC软件界面：电阻、电阻率、电导率、方阻、温度、单位换算、电流、电压、探针形状、探针间距、厚度 、2D、3D图谱、压力、报表生成等8.压力范围：探针压力可调范围：软件控制,100-500g可调9.探针针间绝缘电阻：≥1000MΩ；机械游移率：≤0.3%圆头铜镀金材质，探针间距1mm；2mm；3mm选配，其他规格可定制10.可测晶片尺寸选购 晶圆尺寸：2-12寸（6寸150mm，12寸300mm）；方形片：大至156mm X 156mm 或125mm X 125mm11.分析模式单点、五点、九点、多点、直径扫描、面扫描等模式的自动测试12.加压方式测量重复性：重复性≤3% 13.安全防护具有限位量程和压力保护 误操作和急停防护 异常警报14.测试环境真空15.电源输入: AC220V±10%.50Hz 功 耗：瑞柯全自动四探针测试仪

在过去10年里，北京离子探针中心的两台高分辨二次离子探针质谱仪(SHRIMP Ⅱ和SHRIMP Ⅱe-MC)或许是全球最忙及成绩最好的科学仪器。在12月18日该中心十周岁庆祝会上，中心主任刘敦一教授表示，以这两台仪器为核心的大型科学仪器共享平台，极大推动了我国地球科学的发展。 　　过去10年，SHRIMP仪器处于样品分析的机时平均为266.8昼夜/年，开放机时平均为76%。自2007年起，单台SHRIMP仪器的科研论文产出量已连续位居世界同类仪器的第一位。 　　高效源于中心建立的SHRIMP远程共享控制系统。该网络不仅实现了国内科研人员可实时观测样品图像、在线获取实验数据等应用，还使跨国远程共享科学仪器进入常态，开创了通过远程共享系统共享国外SHRIMP仪器的功能。 　　“十一五”以来，该中心又联合国内外22家高校及科研院所，在SHRIMP远程共享平台的基础上，整合了一批微束类分析仪器，构建起网络虚拟实验室，为进一步建立以远程操作为主要手段的大型仪器虚拟中心奠定基础。 　　刘敦一透露，该中心将继续发展以SHRIMP为代表的大型科学仪器远程共享网络，尽快在西班牙和巴西建立服务器系统，在美国华盛顿大学(圣路易斯)建立远程工作站。该中心还将积极投入大型科学仪器自主研发工作，逐步建立起一个具有优秀技术专家和研发设施的科学仪器自主创新基地。 　　据了解，SHRIMP Ⅱ在锆石微区年龄测定上具有无可替代的优势，引领锆石年代学进入微区、原位分析的新时代。2001年，我国引进第一台该机器，北京离子探针中心也于当年成立。该中心今年被科技部和财政部认定为首批国家级科技基础条件平台。

记者近日获悉，中科院上海应用物理所在国内首次研制成功新一代多功能核探针信号探测与数据获取系统。项目组负责人李晓林介绍，“该系统具有全元素分析、三维成像和微器件制作等三大功能”，可在中科院核分析技术重点实验室的扫描核探针上，同时开展微束质子激发X射线荧光分析、卢瑟福背散射、质子激发伽马射线分析、弹性反冲分析和扫描透射离子显微成像等分析以及质子束刻写微器件加工。 　　他们研制了4LB-I多站多参量数据采集与束流扫描系统，拥有自主知识产权，解决了扫描核探针多站多参量数据采集与束流扫描这一关键核心系统长期依赖国外进口的问题。

DNA序列中稍有变异就会对身体产生深远的影响。现代基因组学研究已经表明，只要一个突变就占领了决定是否成功治愈一种疾病还是使该病猖獗地蔓延到全身各部位的制高点。 　　研究人员通过一种新的方法检测特定DNA片段，找出单一突变位点，从而帮助疾病(如癌症、肺结核)的诊断和治疗。DNA序列中这些微小变化是导致疾病或某些传染性疾病具有抗生素耐药性的根源所在。 这项最新的研究结果已经发表在《自然化学》杂志上。 　　&ldquo 相较之传统的检测方式，我们的方法的确有所改善。它不需要任何复杂的反应或添加一些活性酶，唯一使用的就是DNA。这就意味着该方法对温度变化及环境变量的敏感性很低，极适合低资源配置下的诊断应用。&rdquo 华盛顿大学的电气工程和计算机科学与工程系助理教授 Georg Seelig说。 　　随着基因组学研究的发展，人们深知哪怕仅有一对碱基对发生变化(突变、插入或删除)都会引起重大的生物学后果。基因位点的突变也可用来解释疾病的发生或某些疾病产生抗生素耐药性的原因。 　　&ldquo 以肺结核为例，其对抗生素的耐药性往往是由于特定基因的少数序列发生突变引起，如果某位患者对治疗肺结核的抗生素产生耐药性，证明很可能存在某个位点的突变。&rdquo Georg Seelig说。现在，研究人员有能力做到检查该突变的可预见性。 　　Seelig、莱斯大学的 David张和威斯康星大学的电气工程学博士Sherry 陈设计了一组探针，可检测目标DNA片段中单一碱基对的突变。该探针可详细检测DNA长序列中的某些突变片段，范围达到200碱基对，而当前的基因突变检测方法其范围仅能达到20个碱基对。 　　测试探针与怀疑突变的DNA序列绑定在一起，研究人员首先创建一个免费的双螺旋DNA分子，将分子混合于含盐水的试管中，如果碱基对完好无损，双链DNA会采取配对原则结合在一起。相对传统技术而言，新的分子检测探针可检测目标DNA双螺旋链的特异突变，而不是单一的仅一条链，这也解释了该探针的特异性所在。如果分子探针和目标DNA 达到最大匹配度，将发出荧光。如果探针没有发射荧光，意味着目标DNA没有与其达到最佳匹配度，即发生了突变。 　　研发人员已为该技术申请了专利，并希望它能够应用于疾病的诊断与测试。

导 语古语有云“国之大事，在祀与戎”，意思就是说古代国家有两件大事，分别是祭祀与战争。这两件事都离不开金属的使用，祭祀需要金属制成的礼器，战争更需要金属制成的兵器。分析与研究金属文物，对于认识古代社会的政治、军事、文化具有非常重要的意义。金属文物的分析可以采用多种仪器方法，今天我们来介绍其中的一种——电子探针（EPMA）。 图1 青铜戈 电子探针（EPMA）由于文物样品的特殊性，很多时候都要求无损分析，而电子探针（EPMA）分析是无损检测中的一项有代表性的技术。电子探针显微分析法是利用聚焦加速的电子束轰击固体样品表面，根据微区内所激发出的特征X射线波长和强度进行元素定性定量的分析方法。该方法不但能测试文物的精确组成成分，而且可以得到各种元素成分在样品上的分布特征图。对于刀剑等文物，由于其特殊的实战要求，如剑身要求良好的韧性以防止折断，剑刃要求较高的硬度以达到锋利效果，因此刀剑不同部位的成分分布往往是不同的。这就特别适合采用EPMA来分析。图2 岛津电子探针EPMA-1720系列和场发射EPMA-8050G 使用电子探针分析蕨手刀岛津日本公司同相关考古单位合作，使用电子探针分析一把长60cm左右的蕨手刀的元素组成及分布情况。有研究表明，蕨手刀是日本刀的起源，其最初为直长细刀，到后期为方便骑兵作战，将刀身打造一定弧度，因其刀头像一把蕨菜，因此称作蕨手刀。 图3 出土的蕨手刀 通过电子图像观察，可以看出蕨手刀的夹杂物主要由3种相构成（如图4所示），表1为各相的定量测试结果，元素面分析见图5。 图4 蕨手刀局部背散射电子图像 表1 非金属夹杂物EPMA定量测试结果通过定量分析结果以及其他化学成分分析结果综合判断，推定此蕨手刀的原料应该是铁矿砂。图5 蕨手刀局部面分析结果 通过局部面分析结果，可以清楚看出不同元素在样品表面的分布情况。 利用电子探针的微区元素定性与定量分析以及局部元素面分布分析可以较好的了解文物的结构与组成，这对于文物的保护、修复以及历史研究都具有很重要的意义。目前岛津的电子探针产品在文博行业已有一些应用，如首都博物馆曾将我们的电子探针EPMA-1600用于修复2002年洛阳春秋墓出土的“王作“铜鼎。欢迎对电子探针感兴趣的业内各位老师来向我们咨询，也希望我们的产品与服务能够助力您们的研究工作。

近日，香山科学会议第554次学术讨论会在北京召开。此次会议以“医学分子探针关键技术”为主题。与会专家认为，目前，我国对进口医学分子探针尚存依赖，为打破这一局面，应加速研制高特异性、高靶向性、智能化、高灵敏度的新一代分子探针。　　为了更全面、更完整地获取生物体解剖结构水平、功能代谢水平和细胞分子水平的生理病理信息，临床上需要依赖于高精度的生物医学检测技术，这种检测技术常常离不开分子探针。而随着集成像(诊断)与治疗于一体的分子探针逐步进入临床应用，许多疾病有望在分子水平得到治疗，做到真正的“有的放矢”，为精准诊疗提供强有力的支撑。　　本次会议执行主席、北京大学工学院教授戴志飞表示，研制具备高亲和性、高特异性、高灵敏度和安全高效等特征的新一代分子探针正成为当前生物医药领域的制高点之一，一些发达国家纷纷投入巨额资金从事分子探针的研发。然而，在我国，已有多种分子探针投放市场，但大多由国外大公司研制。与会专家呼吁，开发具有我国自主知识产权的分子探针迫在眉睫。　　与会专家建议，当前，应整合我国在分子探针方面的优势力量，建立一批具有专业特点的国家级诊疗用分子探针研发中心，组建理工医结合、产学研一体化研发团队，形成完善的分子探针的研发体系，实现自主知识产权分子探针开发的新突破，逐渐改变我国对进口医学分子探针依赖的局面。

p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 走进山东师范大学化学化工与材料科学学院实验室，在激光显微镜下，“荧光探针”使细胞呈现出色彩斑斓的效果，形态各异的图案仿佛将人带入鲜花与极光交融的海洋。然而，你能想象这不起眼的“荧光探针”通过成像监测，便能实现尽早地发现和预防重大疾病吗？ /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 山东师范大学化学化工与材料科学学院唐波、董育斌、李平、王鹏、李娜等领衔的科研团队，经过近二十年的刻苦攻关，有效地解决了细胞成像这一难题，极大地推动了该领域的国际研究步伐，他们完成的“细胞稳态调控活性分子的荧光成像研究”项目于近日获得2018年度国家自然科学二等奖，成为首个以第一完成单位获得国家自然科学奖的山东省省属高校。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 早在2000年前后，当时国内的生命科学和光学成像等研究领域刚刚兴起，团队领头人唐波教授便敏锐地意识到分析化学和生命科学的紧密结合，必将推动一个新型交叉研究领域的兴起。从此，一个以化学、生物学、医学等多学科为支撑，以揭示重大疾病的发现和治疗为使命的团队应运而生。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 2013年初，以山东师范大学为项目牵头单位、唐波为首席科学家的国家重大科学研究计划（973）项目“重大疾病相关的若干重要难检活性小分子细胞内纳米传感研究”正式启动。“一定要把目光瞄准国际科研领域的最前沿，只有站位高、视野宽、反应快，才能把握住科研领域的时代脉搏，产出高质量的研究成果。”唐波不仅自己以此为标杆，还将这一理念植入了全体科研团队的“基因”之中。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 自然科学奖评审的核心指标就是原创性，而这正是“细胞稳态调控活性分子的荧光成像研究”项目的“撒手锏”。该项目在国际上率先构建成多种新型发光材料，解决了材料量子产率低与波长不可调的关键问题，为研制具有高灵敏度与光谱空间可分辨探针的筛选、设计、构建奠定了重要的理论基础。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “在原有的检测方法中，荧光信号灵敏度差、转换效率较低，会直接影响成像质量，从而会导致医生对病人的病情错判。我们的成果创新性地运用特异性识别活性分子的机理与能量转移、电子转移等光信号转换机制，成功实现了对糖蛋白、葡萄糖、microRNA等活性分子的高选择性识别，检测速度和准确性都得到了极大提高。”长江学者董育斌教授说。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “在疾病发生之前，我们可以通过细胞内特定指标的变化来作出预警，从而尽早地预防和治疗。而这种指标变化，需要找到特殊的化合物即‘探针’，注入活体细胞后，用高能荧光显微镜来检测‘探针’光学信号的改变来确定。”为团队作出重要贡献的徐克花教授介绍说，他们的工作就是寻找化合物、研发新材料“探针”，实现高准确度和超高灵敏检测的突破。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “这与现阶段医学临床上采用的肿瘤检测方式不同。传统的血液检测，可能因样本离开人体而导致准确性下降，假阳性比例很高，比如前列腺癌的假阳性比例最高达60%。而使用CT检查，当发现病灶时，病情一般已进入中晚期。”青年长江学者李娜教授说，“因此，使用荧光成像方法，通过新材料‘探针’在活细胞里面检测活性物质，且是在体外保真环境进行，无创伤，无伤害。” /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 目前，团队师生所在的化学学科近十年来稳居ESI全球前1%，团队成员均有稳定的国家级课题作为依托，堪称精兵强将。“我们研究团队，不仅有化学专家，还引进了生物、医学、物理等方面的人才。大家学术背景非常多元，团队在开拓新的研究领域和方向时也非常方便。”泰山学者青年专家高雯说。 /p

高锰酸钾（KMnO4）广泛用于医药消毒、水质净化、工业生产等领域，但过量摄入或排放会对人体及环境造成危害。因此，实现对微量高锰酸钾的超灵敏、特异性、快速检测具有重要意义。近年来，激发态分子内质子转移（ESIPT）类分子因具有大的斯托克斯位移、强的光稳定性、高的量子产率以及对周围介质的光敏感性等特点，被用于反应型荧光探针的设计。ESIPT探针的发光性能可通过溶剂氢键作用、分子异构化、介质酸/碱度和化学修饰等来调节。目前，多数化学修饰策略集中于研究分子性质和ESIPT变化过程，而关于分子对目标分析物传感性能影响的研究较少被应用于实际检测。因此，是否可以采用化学修饰策略来提高ESIPT探针的传感性能尚不清楚，而该方面的研究将对理性设计高效探针具有重要意义。中国科学院新疆理化技术研究所痕量化学物质感知团队提出了识别基团对位取代基吸电子强度精确调控提升ESIPT荧光探针反应活性及产物荧光稳定性的探针分子设计策略。研究基于KMnO4氧化不饱和烯烃的性质，以2-(2’-羟基苯基）苯并恶唑（HBO）为荧光团，采用缩合反应将识别位点丙烯酰基接枝于HBO的质子给体-OH上以抑制ESIPT过程的发生，在识别位点的对位引入不同吸电子强度的取代基团（-F、-CHO、-H、-CH3），设计合成了四种ESIPT基荧光探针（BOPA-F、BOPA-CHO、BOPA-H、BOPA-CH3）。当检测KMnO4时，可以打断碳碳双键形成邻二羟基，随后酯键断裂释放质子给体，ESIPT过程被激发，进而实现对KMnO4的荧光点亮检测。进一步的研究发现，取代基吸电子强度调控可显著地提升探针检测KMnO4时的荧光强度及荧光稳定性。理论计算结果表明，取代基的改变有效调节了探针对KMnO4的反应活性及产物的振子强度。以具有较强吸电子能力的-CHO作为取代基的探针BOPA-CHO对KMnO4具有最佳检测效果，检测限为0.96 nM，响应时间＜3 s，对21种其他氧化剂及常见的阴/阳离子表现出优异的特异性，反应产物荧光稳定时间至少可达7天。此外，研究以聚氨酯海绵作为传感基底，构建了探针BOPA-CHO-海绵基测试笔，对KMnO4微粒的检测限可达11.62 ng，且对土壤中含量为1%的KMnO4微粒及手套表面63 ng/cm2的残留颗粒仍可观察到特征蓝色荧光，验证了探针BOPA-CHO在实际应用场景中的适用性。该工作提出的吸电子强度精确调控提升ESIPT探针反应活性及产物荧光稳定性的探针分子设计策略，被证明是可用于在复杂场景下识别痕量KMnO4溶液、固体微粒和残留物的可靠、有效的方法。同时，该策略将有助于促进化学科学、分子工程以及先进传感技术等领域的快速发展。相关研究成果以Precise Electron-Withdrawing Strength Modulation of ESIPT Probes for Ultrasensitive and Specific Fluorescence Sensing为题，发表在《分析化学》（Analytical Chemistry）上。研究工作得到国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、中国科学院基础前沿科学研究计划从0到1原始创新项目等的支持。该工作由新疆理化所和中北大学合作完成。吸电子强度调控ESIPT探针构筑策略、响应机制及海绵基测试笔实际场景检测示意图

高锰酸钾(KMnO4)是制作简易爆炸装置常用的氧化剂原料之一，同时也被广泛用于医药消毒、水质净化、工业生产等领域，其过量摄入或排放会对人体及环境造成严重的危害。因此，实现对微量高锰酸钾的超灵敏、特异性、快速检测对维护公共安全和环境保护具有重要意义。近年来，激发态分子内质子转移(ESIPT)类分子因具有大的斯托克斯位移、强的光稳定性、高的量子产率和对周围介质的光敏感性等特点，被广泛用于反应型荧光探针的设计。ESIPT探针的发光性能可通过溶剂氢键作用、分子异构化、介质酸/碱度和化学修饰等来调节。目前，大多数化学修饰策略主要集中于研究分子性质和ESIPT变化过程，而关于分子对目标分析物传感性能影响的研究很少被应用于实际检测。因此，是否可以采用化学修饰策略来提高ESIPT探针的传感性能尚不清楚，而该方面的研究将对理性设计高效探针具有重要意义。基于此，中国科学院新疆理化技术研究所痕量化学物质感知团队提出了识别基团对位取代基吸电子强度精确调控提升ESIPT荧光探针反应活性及产物荧光稳定性的探针分子设计策略。基于KMnO4氧化不饱和烯烃的性质，以2-(2’-羟基苯基)苯并恶唑(HBO)为荧光团，采用缩合反应将识别位点丙烯酰基接枝于HBO的质子给体-OH上以抑制ESIPT过程的发生，在识别位点的对位引入不同吸电子强度的取代基团(-F、-CHO、-H、-CH3)，设计合成了四种ESIPT基荧光探针(BOPA-F, BOPA-CHO, BOPA-H, BOPA-CH3)。当检测KMnO4时，可以打断碳碳双键形成邻二羟基，随后酯键断裂释放质子给体，ESIPT过程被激发，进而实现对KMnO4的荧光点亮检测。进一步研究发现，取代基吸电子强度调控可显著地提升探针检测KMnO4时的荧光强度及荧光稳定性。理论计算结果表明，取代基的改变有效调节了探针对KMnO4的反应活性及产物的振子强度。以具有较强吸电子能力的-CHO作为取代基的探针BOPA-CHO对KMnO4具有最佳检测效果，检测限为0.96 nM，响应时间吸电子强度调控ESIPT探针构筑策略、响应机制及海绵基测试笔实际场景检测示意图

01MFM（Magnetic Force Microscopy，磁力显微镜）磁力显微镜（Magnetic Force Microscopy，MFM）是一种专门用于成像样品表面的磁性分布的扫描探针显微镜，通过探针和样品之间的磁力相互作用来获得信息。MFM应用MFM主要用于研究材料的磁性特征，广泛应用于物理学、材料科学、电子学等领域。常见的应用包括：磁记录介质：研究硬盘、磁带等磁记录设备的磁性结构和缺陷；磁性材料：分析磁性薄膜、纳米颗粒、磁性多层膜等材料的磁畴结构；生物磁性：研究生物组织中天然存在的磁性物质，如磁性细菌。应用实例在自旋存储研究中，以斯格明子的研究为例，传统的磁存储单元受限于材料性质，显著影响自旋存储的高密度需求。斯格明子是一种具有拓扑性质的准粒子，其最小尺寸仅为3nm，远小于磁性隧道结，是理想的信息载体，有望突破信息存储密度的瓶颈。下图为通过MFM表征获取的斯格明子图像。[1]标准斯格明子M-H曲线 斯格明子图像在磁盘研究中，通过MFM可以获取磁盘表面的高分辨率磁性图像，详细了解其磁畴结构和分布情况。MFM具有高空间分辨率和灵敏度，为磁盘材料的研究和优化提供了重要的数据支持。下图展示了通过MFM测试获取的磁盘表面磁畴结构图像。电脑软盘磁畴图像02PFM（Piezoresponse Force Microscopy，压电力显微镜）压电力显微镜（Piezoresponse Force Microscopy，PFM）是一种用于研究材料压电性质的扫描探针显微镜，利用探针与样品表面之间的逆压电效应来成像和测量材料的压电响应。材料由于逆压电效应产生形变示意图 [2]PFM应用PFM广泛应用于材料科学和电子学领域，尤其是在研究和开发新型压电材料和器件方面。具体应用包括：铁电材料：研究铁电材料的畴结构、开关行为和退极化现象。压电器件：分析压电传感器、致动器和存储器件的性能。生物材料：研究生物组织中的压电效应，例如骨骼和牙齿。应用实例具有显著的压电效应，即在外加机械应力作用下产生电荷。这使其在超声波发生器、压电传感器和致动器中具有重要应用。在研究PbTiO3样品时，通过PFM，可以获取PbTiO3表面的高分辨率压电响应图像，详细了解其畴结构和分布情况，为PbTiO3材料的研究和优化提供了重要的数据支持。下图展示了通过PFM测试获取的PbTiO3样品表面压电力图像。PbTiO3垂直幅度图PbTiO3垂直相位图03EFM（Electrical Force Microscopy，静电力显微镜）静电力显微镜是一种用于测量成像样品表面的电静力特性的扫描探针显微镜。EFM通过探针与样品表面之间的静电力相互作用，获取表面电荷分布和电势信息。静电力显微镜（抬起模式）[3]EFM应用EFM广泛应用于材料科学、电子学和纳米技术等领域，常见的应用包括：电荷分布：测量和成像材料表面的电荷分布。表面电势：研究材料表面的电势分布和电特性。半导体器件：分析半导体器件中的电特性和缺陷。纳米电子学：研究纳米级电子器件的电性能。应用实例Au-Ti条带状电极片静电力04KPFM（Kelvin Probe Force Microscopy，开尔文探针力显微镜）KPFM是一种通过探针与样品之间的接触电势差来获取样品功函数和表电势分布的扫描探针显微镜。KPFM广泛应用于金属、半导体、生物等材料表面电势变化和纳米结构电子性能的研究。KPFM 获取 Bi-Fe薄膜样品表面电势 [4]KPFM应用KPFM在材料科学、电子学和纳米技术等领域具有广泛的应用，常见的应用包括：表面电势分布：测量和成像材料表面的局部电势分布。功函数测量：研究材料的功函数变化，特别是对于不同材料的界面和缺陷。半导体器件：分析半导体器件中的电势分布和电学特性。有机电子学：研究有机半导体和有机电子器件的表面电势。应用实例Au-Ti条带状电极片表面电势05SCM（Scanning Capacitance Microscopy，扫描电容显微镜）扫描电容显微镜（Canning Capacitance Microscopy，SCM）是一种用于测量和成像样品表面的电容变化的扫描探针显微镜。SCM能够通过探针与样品表面之间的电容变化，提供高分辨率的局部电学特性图像。这种显微镜适用于研究半导体材料和器件的电学特性，如掺杂浓度分布、电荷分布和界面特性等。SCM在半导体工艺和材料研究、故障分析以及器件优化中发挥着重要作用。通过SCM，研究人员能够获得纳米尺度的电学特性信息，从而推动半导体技术的发展和创新。SCM原理示意图 [5]SCM应用SCM主要应用于半导体材料和器件的研究，广泛应用于电子学和材料科学领域。具体应用包括：掺杂分布：测量和成像半导体材料中的掺杂浓度分布。电荷分布：研究半导体器件中的电荷分布和电场。材料特性：分析不同材料的电容特性和介电常数。06致真精密仪器自主研发的原子力显微镜科研级原子力显微镜AtomEdge产品介绍利用微悬臂探针结构对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征，纵向噪音水平低至0.03 nm(开环），可实现样品表面单个原子层结构形貌图像绘制。可以测量表面的弹性、塑性、硬度、黏着力、磁性、电极化等性质，还可以在真空，大气或溶液下工作，在材料研究中获得了广泛的使用。设备亮点● 多种工作模式● 适配环境：空气、液相● 多功能配置● 稳定性强● 可拓展性良好典型案例晶圆级原子力显微镜Wafer Mapper-M产品介绍利用微悬臂探针结构可对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征。样品台兼容12寸晶圆，电动样品定位台与光学图像相结合，可在300X300mm区域实现1μm的定位精度，激光对准，探针逼近和扫描参数调整完全自动化操作。可用于产线，对晶圆粗糙度进行精密测试。设备亮点● 多种工作模式● 适配环境：空气、液相● 可旋转式扫描头● 多功能配置● 稳定性强、可拓展性良好典型案例参考文献：[1]Li S, Du A, Wang Y, et al. Experimental demonstration of skyrmionic magnetic tunnel junction at room temperature[J]. Science Bulletin, 2022, 67(7): 691-699.[2]Kalinin SV, Gruverman A, eds. Scanning Probe Microscopy: Electrical and Electromechanical Phenomena at the Nanoscale. Springer 2007.[3] https://www.afmworkshop.com/products/modes/electric-force-microscopy[4] https://www.ornl.gov/content/electrostatic-and-kelvin-probe-force-microscopy[5] Abdollahi A, Domingo N, Arias I, et al. Converse flexoelectricity yields large piezoresponse force microscopy signals in non-piezoelectric materials[J]. Nature communications, 2019, 10(1): 1266.本文由致真精密仪器原创，转载请标明出处致真精密仪器拥有强大的自主研发和创新能力，产品稳定精良，多次助力中国科研工作者取得高水平科研成果。我们希望与更多优秀科研工作者合作，持续提供更加专业的技术服务和完善的行业解决方案！欢迎联系我们！致真精密仪器一直以来致力于实现高端科技仪器和集成电路测试设备的自主可控和国产替代。通过工程化和产业化攻关，已经研发了一系列磁学与自旋电子学领域的前沿科研设备，包括“原子力显微镜、高精度VSM、MOKE等磁学测量设备、各类磁场探针台、磁性芯片测试机等产线级设备、物理气相沉积设备、芯片制造与应用教学训练成套系统等”等，如有需要，我们的产品专家可以提供免费的项目申报辅助、产品调研与报价、采购论证工作。另外，我们可以为各位老师提供免费测试服务，有“磁畴测试”、“SOT磁畴翻转”、“斯格明子观测”、“转角/变场二次谐波”、“ST-FMR测量”、“磁控溅射镀膜”等相关需求的老师，可以随时与我们联系。

日前从广东医科大学药学院获悉，该学院通过国际合作，成功合成了2个罕见的纳米孔稀土金属—有机骨架材料，该材料可作为荧光探针高效检测铁离子等金属离子浓度，可为皮肤病和贫血症等疾病中Fe3+的定量分析以及环境中Fe3+的监测提供简单、高效的检测方法。　　“传统荧光探针存在荧光信号不强、选择性差、灵敏度低、回收困难等问题，而金属—有机骨架荧光探针在用于金属离子检测方面，具有方法简单、灵敏度高、选择性好及响应速度快等优点。”刘建强说。　　刘建强说,该研究以分子工程学为依据，通过简单的溶剂热方法合成了2个罕见的纳米孔稀土金属—有机骨架材料，该新型材料对不同浓度的离子进行探测后，对于铁离子和重铬酸根离子表现出了特殊的敏感性，荧光强度出现了快速的降低，并对二氧化碳有选择性吸附作用。　　在探索合成纳米孔稀土金属—有机骨架材料规律的基础上，该团队将该材料应用于荧光探针领域，对金属离子可进行高效检测。“检测极限值越低代表灵敏度越高，检测效果也越好。以铁离子的检测而言，纳米孔稀土金属—有机骨架材料做成的荧光探针检测限度，远优于传统材料。”刘建强说。　　“纳米孔稀土金属—有机骨架材料作为探针材料，表现出对铁离子良好的选择性和灵敏性，在荧光探针和生物标记等领域具有广泛的应用前景和发展空间。”广东医科大学药学院院长李宝红说。　　此研究由该学院博士刘建强和西北大学博士侯磊、澳大利亚莫纳什大学博士斯图尔特巴顿等完成。相关科研成果近期发表在国际期刊《ChemPlusChem》上。

记者从中国科学院云南天文台了解到，该台与美国亚利桑那大学研究人员合作，发现光学波段的信号可以作为探测热木星大气逃逸的探针。国际著名期刊《天体物理杂志快报》发表了这一成果。　　早在2003年，人们通过观测远紫外波段的信号，发现离主星很近的热木星大气中处在低能态的较冷氢原子以一种剧烈的形式向外逃逸。这种逃逸可对行星演化造成严重影响。　　“近几年，人们在光学波段成功探测到行星大气中较热氢原子对主星遮挡时产生的微弱吸收信号，如氢的光学波段透射光谱。”云南天文台郭建恒研究员说，然而研究者一直缺乏有力的模型，来论证这些较热的氢原子产生的吸收信号与大气逃逸之间的关系。　　郭建恒与博士研究生闫冬冬以及亚利桑那大学黄辰亮博士等人合作，基于自主开发的流体动力学逃逸大气模型和辐射转移模型，在细致地计算了冷热氢原子的分布后，模拟了热木星WASP-121b在不同观测时刻光学波段透射光谱的数据。研究表明，这颗行星周围存在数量巨大的逃逸中性氢气体，每年损失物质以10万亿吨计。这些被行星抛射的物质中，热氢原子的速度比声速更快，并造成了光学波段的吸收。这也说明，光学波段的信号可以用作探测大气逃逸探针。　　进一步研究发现，行星大气在不同时刻的吸收水平变化，反映了主星不同的活动特性，恒星更强的活动水平可导致行星大气更深的吸收。这一发现有助于更好地理解主星活动性对行星大气逃逸的影响。

p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(31, 73, 125) " strong 用于淋巴瘤的全自动 CISH 和 IQFISH 基因组合集多项创新于一体 /strong /span /p p 　　2018年5月4日，北京——安捷伦科技公司(NYSE: A)日前宣布推出用于 Dako Omnis 的 EBER RNA CISH、κ 和 λ mRNA CISH 探针，以此扩展其原位杂交探针产品组合。此外还推出了用于淋巴瘤的手动 IQFISH 基因组合，该组合在欧洲拥有代表体外诊断的 CE 标志。 /p p 　　EBER RNA CISH、κ 和 λ mRNA CISH 产品的推出进一步提高了 Dako Omnis 仪器的诊断能力，这款仪器现可同时进行显色原位杂交 (CISH)、荧光原位杂交 (FISH) 和免疫组织化学 (IHC) 的检测。通过最优化的和经过验证的实验方案，Dako Omnis可以加快病例分析周期，并帮助实验室拥有始终如一的质量并获得最佳结果。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/191f31ea-fe48-4929-9f60-2fd6561e909f.jpg" title=" dako-omnis-advanced-staining.jpg" / /p p 　　丹麦奈斯特韦兹西兰大学医院病理学部医学实验室技术人员 Dorthe Strue-Nielsen 表示：“对我们的实验室来说，同时在 Dako Omnis 上进行 CISH 和 IHC 是一项完美的解决方案，可以节约很多手动操作时间。” /p p 　　用于淋巴瘤的 IQFISH 基因组合是一系列基于寡核苷酸的 FISH 探针，可用于检测涉及 MYC、BCL2、BCL6、MALT1、CCND1 和 IGH 基因的重排。这些探针既用于福尔马林固定石蜡包埋的组织切片，也可用于分裂和双融合方法。 /p p 　　这些探针使用合成的寡核苷酸制成，而非更常见的细菌人工染色体。这项创新技术消除了探针中的重复序列，可以降低背景信号。 /p p 　　安捷伦基因组学事业部营销主管 Jeff Heimburger 谈道：“CISH 探针生产采用的是安捷伦独特的工艺。将它们作为FISH 和 IHC工作流程的一部分，同时在 Dako Omnis 上运行，可提高实验室分析效率，为患者提供更快速地诊断。” /p p 　　安捷伦是第一家将快速杂交技术带入病理学实验室的商业供应商。安捷伦的 IQFISH 缓冲液可以改进杂交效率，使通常需要花费两天的检测在 5 小时内完成。对大多数实验室来说，这项创新的推出使病理学家在有需求时即可进行 FISH 检测，让患者更快获得检测结果。 /p p 　　关于安捷伦科技公司 /p p 　　安捷伦科技公司(纽约证交所：A)是生命科学、诊断和应用化学市场领域的全球领导者，拥有 50多年的敏锐洞察与创新，我们的仪器、软件、服务、解决方案和专家能够为客户最具挑战性的难题提供更可靠的答案。在2017财年，安捷伦的营业收入为44.7亿美元，全球员工数为14200人。 /p

高氯酸盐具有强氧化性和高稳定性，是广泛应用于固体推进剂、军工生产、航天器材、烟花爆竹等领域的重要含能材料之一。据美国爆炸数据中心统计，以高氯酸盐/氯酸盐作为原料直接或间接参与的爆炸案达全球爆炸案总量的63.4%。因此，开展对痕量高氯酸盐固体的高灵敏、准确的现场检测对保障国家公共安全具有重要的现实意义。中国科学院新疆理化技术研究所爆炸物传感检测团队长期致力于痕量危化品检测方法研究，在危爆品、特别是非制式爆炸物的高灵敏、快速、识别检测原理和器件设计方面发展了系列新的解决方案（Adv. Mater. 2020, 32, 1907043、Adv. Sci. 2020, 2002991、Angew. Chem. Int. Ed. 2022，DOI: 10.1002/anie.202203358等）。近期在高氯酸盐现场可视化检测方面取得进展，提出了一种基于自组装配合物探针与水凝胶耦合作用协同调控的超高灵敏比色-荧光双模可视化传感新策略，成功实现了超痕量高氯酸盐的现场双模可视化检测。该团队以三联吡啶铂(II)辅助配体为切入口，结合量子化学计算，系统研究了不同辅助配体对水溶液中三联吡啶铂(II)自组装产物Pt-Pt金属作用导致的MMLCT态光谱能量和发光稳定性的影响，阐明了辅助配体调控高氯酸根诱导聚集产物发光性质的一般性规律。研究发现，异硫氰酸根为辅助配体时，高氯酸根诱导聚集的三联吡啶铂(II)自组装产物具有能量最低且最稳定的MMLCT吸收/发射光谱，而溴为辅助配体时，自组装产物的MMLCT发生强度最高。因此，结合反阴离子调控，获得了具有良好水溶性的三联吡啶铂(II)配合物高氯酸盐比色-荧光双模可视化探针，实现了对高氯酸盐的高灵敏、高特异、快速、双模可视化传感。在此基础上，该团队提出了利用水凝胶反应介质与探针之间的耦合效应对传感材料发光信号局域增强的提升策略。通过将该铂(II)配合物探针与具有均一网络结构的PVA水凝胶耦合，利用自组装生成的微米级一维纤维状聚集体与水凝胶网络的相互作用，实现了对发光产物的完全锚定，实现了对0.75 μm（0.73 fg）高氯酸盐单颗粒的比色-荧光双模传感信号的直接观测，对空气中高氯酸盐悬浮微粒的检测限低至0.02 fg。该研究提出的辅助配体精细调控提升自组装阴离子探针双模可视化传感性能的策略，不仅可为具有特异双模光学响应信号的阴离子探针设计提供指导，还发展了基于单颗粒响应信号直接观测的超灵敏嗅觉传感方法，可为其他超痕量难挥发化学物质传感提供借鉴。此外，爆炸物传感检测团队以该研究为核心，与新疆公安厅共同发布自治区地方标准1项（DB 65/T 4451-2021《氯酸盐和高氯酸盐的检测目视化学比色法》），为相关行业提供了高氯酸盐检验鉴定操作规范。系列研究成果分别发表在《Journal of Materials Chemistry A》（杂志封底）和《Sensors and Actuators B: Chemical》上，博士研究生苏珍为第一作者，导师窦新存研究员和李毓姝副研究员为共同通讯作者，相关理论计算部分与太原科技大学李坤教授合作完成。研究工作得到国家自然科学基金委、中国科学院及自治区相关项目的资助。论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d2ta00843bhttps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400521002975封底链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d2ta90087d

论文截图9月12日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所生物医学光学与分子影像研究中心储军课题组的最新成果发表于《自然—通讯》。研究人员研发了在活细胞内具有12倍荧光变化的高性能基因编码的cAMP绿色荧光探针(命名为G-Flamp1)。该研究结合显微成像和光纤记录等技术，实时高灵敏监测了果蝇和小鼠等模式生物在特定行为过程中特定神经元的cAMP信号时空动力学变化，探索了cAMP动力学与动物行为之间的内在关联。Nature Methods的审稿人在审稿过程中对该成果给予了高度评价，认为G-Flamp1探针具有非常棒的性质，在荧光探针的性能上具有很大的提升，该探针打开了很多有趣的cAMP信号研究的大门，是非常及时和高质量的研究成果。深圳先进院储军研究员为该论文的通讯作者，深圳先进院助理研究员王亮博士及北京大学邬春灵博士为该论文的共同第一作者。细胞是包括人类在内的绝大部分生命体结构和功能的基本单位。细胞不断地接受周围环境的信号，并将其转变为细胞内相应分子（如蛋白质、有机小分子、离子、DNA和RNA等）的数量、分布和活性状态的变化，从而改变细胞的形态和生物学功能等。该过程的异常则与疾病的发生发展相关。因此，科学家们往往通过检测上述关键分子的时空变化来理解细胞的功能，并阐明相关疾病的发生机制。在该研究中，研究人员选取细胞内重要的第二信使分子环磷酸腺苷(cAMP)作为研究目标。cAMP可传递细胞表面多种G蛋白偶联受体（GPCR）的信息，在学习与记忆、药物成瘾、运动控制、免疫、肿瘤、代谢等过程中发挥重要作用。“活细胞和活体水平的cAMP分子浓度变化的高时空分辨率荧光成像是解析cAMP信号通路及其生物学功能的重要基础。因此，开发高灵敏的cAMP荧光探针成为研究复杂生物过程的关键。”论文通讯作者储军研究员表示。与非基因编码探针（染料和材料类）相比，基因编码探针像正常蛋白质一样，可以定位到生物体特定细胞或特定细胞亚结构，具有低毒性、低背景、可遗传等优点，在生命科学基础研究中具有无可比拟的优势。然而，现有的50多个基因编码的cAMP荧光探针要么灵敏度低（荧光变化最大只有1.5倍），要么荧光亮度较暗，很难监测活体中微弱的内源性cAMP变化，极大地限制了生理和病理状态下cAMP分子调控机理和功能的研究。为了开发适用于活体检测的高灵敏度探针，研究人员将环化重排绿色荧光蛋白(cpGFP)插入细菌MlotiK1通道蛋白的cAMP结合结构域(mlCNBD)中。经过插入位点筛选、连接肽优化、荧光蛋白及感应模块优化，得到了具有高亮度、高灵敏度、合适亲和力和快响应速度等特征的高性能基因编码cAMP绿色荧光探针G-Flamp1。特别的，该探针在活细胞中的荧光变化可达12倍，是目前少数几个在10倍以上的荧光探针之一。随后，研究人员将G-Flamp1探针应用在果蝇这一模式生物中。果蝇脑部蘑菇体(mushroom body)的Kenyon细胞中cAMP信号通路在气味相关的记忆中发挥关键作用。研究人员首先获取了Kenyon细胞中表达G-Flamp1探针的转基因果蝇，然后利用双光子成像发现，果蝇受到气味或电击刺激时，蘑菇体不同子区域呈现不一样的cAMP信号时空变化，暗示不同子区域可能在联想性学习中起着相对独立的作用。为验证G-Flamp1探针在活体动物中检测cAMP 动态变化的实用性，研究人员利用腺相关病毒在小鼠运动皮层中共表达绿色G-Flamp1探针和红色jRGECO1a钙探针。活体双光子成像揭示了跑步运动中细胞特异性的cAMP信号，并与钙信号无明显相关性。这反映了小鼠运动时大脑皮层M1神经元反应的异质性。最后，研究人员在小鼠大脑深部的伏隔核（NAc）脑区中表达G-Flamp1探针，并利用光纤记录听觉巴甫洛夫条件反射任务中该脑区cAMP信号的变化。结果表明，随着训练的熟练，小鼠得到奖赏时cAMP信号幅度在降低，而听到相应声频信号时cAMP信号幅度在升高；该特性与多巴胺信号类似，暗示多巴胺释放引起了cAMP信号。因此，G-Flamp1探针的高信噪比和高时间分辨率能够高灵敏检测到活体小鼠中内源性cAMP信号的动态变化。综上所述，该研究开发了一种适用于活体检测的cAMP荧光探针，并初步揭示了果蝇和小鼠等模式生物在特定行为过程中特定神经元的cAMP信号变化的规律，为进一步理解cAMP信号的调控和功能奠定了基础。“与广泛使用的钙离子探针GCaMP相比，G-Flamp1才仅仅只是开始，目前已有几十家国内外实验室在使用G-Flamp1，未来将会有更多实验室利用G-Flamp1来研究复杂的生物学问题。”论文通讯作者储军研究员表示。在未来研究中，研究团队将进一步提高探针性能，开发适用于不同应用场景的下一代高灵敏cAMP探针，并利用其揭示活细胞和活体中cAMP信号的规律、调控机制及生物学功能。与此同时，结合高内涵药物筛选平台，研究团队开发的新型探针也将尝试应用于针对GPCR受体的药物筛选，以期发现更多的具有临床价值的GPCR药物。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所生物医学光学与分子影像研究中心研究员储军课题组在《自然-通讯》（Nature Communications）上，发表了题为A high-performance genetically encoded fluorescent indicator for in vivo cAMP imaging的研究论文，报道了高性能基因编码的环磷酸腺苷（cAMP）荧光探针及其应用。　　cAMP是细胞内关键第二信使，可整合来自多种G蛋白偶联受体（GPCR）的信号，在学习与记忆、药物成瘾、运动控制、免疫、肿瘤、代谢等过程中发挥重要作用。活细胞和活体水平的cAMP分子浓度变化的高时空分辨率荧光成像是解析cAMP信号通路及其生物学功能的重要基础。因此，开发高灵敏的cAMP荧光探针成为研究复杂生物过程的关键。与非基因编码探针（染料和材料类）相比，基因编码探针具有低毒性、低背景、可遗传、可定位特定细胞亚结构或特定细胞等优点，在生命科学基础研究中具有优势。然而，现有的50多个基因编码的cAMP荧光探针或灵敏度低（荧光变化最大只有1.5倍），或荧光亮度较暗，较难监测活体中微弱的内源性cAMP变化，限制了生理和病理状态下cAMP分子调控机理和功能的研究。　　为了开发适用于活体检测的高灵敏度探针，研究人员将环化重排绿色荧光蛋白（cpGFP）插入细菌MlotiK1通道的cAMP结合结构域（mlCNBD）中。经过插入位点筛选、连接肽优化、荧光蛋白及感应模块优化，研究得到了具有高亮度、高灵敏度、合适亲和力和快响应速度等特征的高性能基因编码cAMP绿色荧光探针（G-Flamp1）。晶体结构显示G-Flamp1探针的连接肽具有独一无二的结构：其中一个连接肽是一个非常刚性的 β-strand 结构，这在其他晶体结构已知的环化重排荧光蛋白探针中是不存在的，为开发其他高性能探针提供了新思路和新方法。　　在体外实验中，结合/未结合cAMP的G-Flamp1有不同发色团环境。G-Flamp1在450 nm（单光子）或者900-920 nm（双光子）激发下，动态范围达最大，即ΔF/F0约为13。G-Flamp1与cAMP亲和力适中，其解离常数Kd值为2.17 μM。G-Flamp1可在亚秒时间分辨率上检测cAMP动态变化。在培养细胞中，该探针均匀分布在细胞质和细胞核中，本底荧光亮度介于同类探针cAMPr和Flamindo2之间。G-Flamp1探针在活细胞中的动态范围达到了12倍，是目前少数几个动态范围在10倍以上的荧光蛋白探针之一。同时，该探针具有良好的特异性和可逆性（图1）。　　研究人员将G-Flamp1探针应用在果蝇这一模式生物中。果蝇脑部蘑菇体（mushroom body）的Kenyon细胞中cAMP信号通路在气味相关的记忆中发挥关键作用。研究首先获取了Kenyon细胞中表达G-Flamp1探针的转基因果蝇，而后利用双光子成像发现，果蝇受到气味或电击刺激时，蘑菇体不同子区域呈现不一样的cAMP信号时空变化（图2），暗示不同子区域可能在联想性学习中起着相对独立的作用。　　为验证G-Flamp1探针在活体动物中检测cAMP 动态变化的实用性，研究人员利用腺相关病毒在小鼠运动皮层中共表达绿色G-Flamp1探针和红色jRGECO1a钙探针。活体双光子成像揭示了跑步运动中细胞特异性的cAMP信号，并与钙信号无明显相关性（图3)。这反映了小鼠运动时大脑皮层M1神经元反应的异质性。　　研究人员在小鼠大脑深部的伏隔核（NAc）脑区中表达G-Flamp1探针，并利用光纤记录听觉巴甫洛夫条件反射任务中该脑区cAMP信号的变化。结果表明随着训练的熟练，小鼠得到奖赏时cAMP信号幅度在降低，而听到相应声频信号时cAMP信号幅度在升高（图4）；该特性与多巴胺信号类似，暗示多巴胺释放引起了cAMP信号。综上，G-Flamp1探针的高信噪比和高时间分辨率能够高灵敏检测到活体小鼠中内源性cAMP信号的动态变化。　　该研究开发了一种适用于活体检测的cAMP荧光探针，并初步揭示了果蝇和小鼠等模式生物在特定行为过程中特定神经元的cAMP信号变化的规律，为进一步阐释cAMP信号的调控和功能奠定了基础。结合高内涵药物筛选平台，该探针将尝试应用于针对GPCR受体的药物筛选，以期发现更多的具有临床价值的GPCR药物。　　研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助，并获得北京大学、中科院神经科学研究所、中山大学附属第五医院、美国堪萨斯州立大学、华中科技大学等的支持。

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帕金森式症又称震颤麻痹，是一种常见的神经退行性疾病，已成为继心脑血管病、肿瘤之后老年人的第三大“杀手”，严重影响患者的生活能力和质量。据统计，我国65岁以上的老年人中约有1.7%患有该症状。而大脑深部刺激（DBS）逐渐成为晚期帕金森患者常见的治疗方法，但是仍具有重大风险。该治疗方式是通过在大脑中放置电极、以破坏导致与晚期帕金森病相关的衰弱性震颤和僵硬的错误信号。对于不再受益于药物治疗的患者来说，这可能是非常有效的治疗方法，但是将电极放在错误位置会降低有效性并导致心理障碍。来自拉瓦尔大学魁北克CERVO脑研究中心的研究小组提出使用两种光谱分析的新探针可以帮助医生更准确地在大脑中导航仪器，从而使手术更安全，并提高成功率。小组成员Mireille Quémener表示：“改善DBS电极插入的神经外科指导将简化手术过程，减少手术时间，降低整体健康治疗成本并防止不良的心理后果。”光谱探针提供实时位置导航DBS手术过程由两部分组成，一部分是将电极放置在大脑特定部位，另一部分是植入电池组，便于将电流输送到电极。传统插入电极的方式是依靠磁共振成像（MRI）扫描来确定位置。然而，在颅骨钻孔的过程中，大脑可能会移动2毫米，导致电极放置位置不准确。基于上述问题，研究人员创建了一个装有光学探针的DBS电极，该电极通过光学探针增强，在插入过程中对脑组织进行相干反斯托克斯拉曼散射光谱（CARS）和漫反射光谱（DRS）。光学探针包含两根用于CARS和DRS照明的光纤和第三根用于收集信号的光纤。然后从组织学切片（HISTO）中目视识别组织类型，以生成由黑色（灰质）和白色（白质）区域组成的条形码。将该条形码与使用光学探针采集的数据进行比较，并使用PCA agorithm（探针条形码）进行分析。一旦电极到达目标位置，光学探针就可以在电极保持在原位的同时进行工作。图1 左半球和右半球的组织切片显示两个电极插入（a）大脑右半球的脱靶部分（使用CARS）和（b）大脑左半球的丘脑下核（STN）（使用DRS）光谱探针在指导手术方面潜力无限为了测试这种新探针，神经外科医生用它来在人类尸体大脑的六个区域植入电极，并沿着大脑两个半球各50mm的总长度收集了CARS和DRS测量值。手术后，研究人员提取大脑并目视识别了探针通过的白质和灰质。将CARS和DRS测量的读数与大脑结构的视觉记录进行比较，研究人员发现CARS和DRS方法非常准确地识别脑组织。这些发现证实，光谱学可能是帮助神经外科医生导航大脑的有用工具。Quémener 表示：“我们的团队目前正在研究调整光学探针，使其用于将接受DBS手术的患者的临床试验。我们相信光学方法在手术指导方面具有巨大的潜力，并希望我们的技术将在临床中出现，以协助外科医生进行各种脑部手术。”