原子分辨率

英国和新加坡科学家携手推出一种非侵入性光学测量方法，检测纳米物体位置时达到原子级分辨率，比传统显微镜高出数千倍。最新研究使科学家能以十亿分之一米的比例表征系统或现象，开辟了皮光子学研究新领域，也为其他领域研究提供了令人兴奋的新可能性。相关研究论文刊发于最新一期《自然材料学》杂志。　　光学成像和计量技术是生物医学和纳米技术研究领域的关键工具。最新研究负责人之一、南安普敦大学尼古拉哲鲁德夫指出，自19世纪以来，提高显微镜空间分辨率一直是一大趋势，科学家们的梦想是开发出能够用光探测原子级事件的技术。　　在最新实验中，哲鲁德夫团队通过收集波长为488纳米的拓扑结构光，散射在17微米长、200纳米宽的悬浮纳米线上的衍射图案的单次拍摄图像，展示了原子尺度的计量学。　　随后，他们在纳米线被放置在301个不同位置时出现的散射图案的单次拍摄图像数据集上，训练了一种深度学习算法。经过训练，该算法可根据团队传感器记录的散射光模式来预测给定纳米线的位置。　　在该团队的原理验证实验中，他们的光学定位计量方法表现非常好，以92皮米的亚原子精度解析了悬浮纳米线的位置。

p style=" text-indent: 2em " 对物质进行原子级别的观测，是很多前沿性科研的基础。然而，在追踪单个原子时，轻微的抖动也会让追踪变得困难，让追踪原子消失在视野中。 /p p style=" text-indent: 2em " 近期，中科院合肥物质科学研究院陆轻铀研究员团队使用新技术，在国际上首次研制出混合磁体极端条件下的原子分辨率扫描隧道显微镜，可在强震动环境中获取高质量的原子分辨率图像。 br/ /p p style=" text-indent: 2em " 强磁场是探索科学前沿的一种极端实验条件，在发现新现象、催生新技术方面具有不可替代的作用，自1913年以来在高温超导、量子材料、生命科学等领域屡有重大发现，已有19项相关成果获得诺贝尔奖。 /p p style=" text-indent: 2em " 2017年我国在合肥建成重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”，该装置拥有3台场强创世界纪录的水冷磁体，以及场强排名全球第二的混合磁体。但由于混合磁体运行过程中产生的强震动干扰，只能用其开展宏观尺度的观测，难以实现微观尺度的观测。 /p p style=" text-indent: 2em " “追踪一个原子，要求观测仪器极其稳定，稍微晃动一下，原子就会在茫茫的微观世界中消失难觅。”陆轻铀说。 /p p style=" text-indent: 2em " 近期，陆轻铀团队基于小尺寸的“蜘蛛马达”，用新方法设计出一种新型原子分辨率扫描隧道显微镜。它采用蓝宝石绝缘材料加工，外径仅8.8毫米，可直接插入到混合磁体的孔径中并真空密封。经测试，他们成功地在混合磁体30特斯拉的超强磁场下，获得了石墨的高品质原子分辨率图像。 /p p style=" text-indent: 2em " 以上技术方案是在真空环境下实现的，难以对活性生物体进行观测。为此，陆轻铀团队进一步深入研究，又成功搭建出一套室温大气环境下的抗恶劣条件扫描隧道显微镜。经测试，可在27.5特斯拉的混合磁体超强磁场下实现原子分辨率成像。 /p p style=" text-indent: 2em " 日前，国际知名学术期刊《超显微术》和《科学仪器评论》分别发表了这两项研究成果。 /p

扫描隧道显微镜 Scanning Tunneling Microscope 缩写为STM。它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外，扫描隧道显微镜在低温下（4K）可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。1亿倍分辨率与再次超越早在2018年，康奈尔大学的研究人员制造了一款高性能的STM隧道扫描探测器，与最新算法驱动的所谓的typchography相结合，将最先进的电子显微镜的分辨率提高了三倍，达到1亿倍的放大率创造了世界纪录。但是尽管取得了这样的成功，但这种方法有一个弱点。它仅适用于几个原子厚的超薄样品。任何较厚的物质都会导致电子以无法解开的方式散射而无法成像。近日，由大卫穆勒（Samuel B.Eckert）的工程学教授再次领导的一个团队利用电子显微镜像素阵列检测器（EMPAD）结合了更复杂的3D重建算法，将自己在2018年创造的记录又提高了两倍。成像分辨率是如此精微，剩下的唯一模糊是原子本身的热抖动！最新放大一亿倍的原子图像“这不仅创造了新纪录，”穆勒说。“已经达到了一种有效地成为分辨率极限的机制。我们现在基本上可以很容易地弄清楚原子的位置。这为我们想要的事物开辟了许多新的测量可能性它可以解决很长一段时间的问题-消除光束在样品中的多重散射（Hans Bethe在1928年提出），这是我们过去无法很好解决的问题。”气相色谱法的工作原理是扫描材料样品中重叠的散射图案，并寻找重叠区域中的变化。穆勒说：“我们正在追寻图案的光点，这很像你的宠物猫对激光笔的光点着迷一样！” “通过查看图案的变化，我们能够计算出引起图案的物体的形状。”检测器略微散焦，使光束模糊，以捕获最大范围的数据。然后，通过复杂的算法重建该数据，从而获得具有皮米（万亿分之一米）精度的超高精度图像。“通过这些新算法，我们现在能够校正显微镜的所有模糊，以至于我们剩下的最大模糊因子是原子本身会振动的事实，因为这是原子在绝对零度之上就会发生的情况”，穆勒说。“当我们谈论温度的高低时，我们实际上是在测量的是原子振动多少的平均强度。”左侧的扫描透射电子显微镜通过样品发射窄束电子，来回扫描以产生图像。右侧的像素阵列检测器读取着陆点，并从该着陆点读取每个电子的散射角，从而提供有关样品原子结构的信息。研究人员可能通过使用一种由较重的原子组成的材料（其振动较少）或冷却样品来再次刷新他们的记录。但是即使在绝对零度下，原子仍然具有量子涨落，因此改善不会很大。这种最新形式的电子谱图分析技术使科学家可以在其他三个成像方法中隐藏单个原子的情况下，在所有三个维度上定位单个原子。研究人员还将能够一次发现异常结构中的杂质原子，并对它们及其振动进行成像。这对成像半导体，催化剂和量子材料（包括用于量子计算的那些材料）以及分析将材料连接在一起的边界处的原子特别有用。这种成像方法也可以应用于厚厚的生物细胞或组织，甚至可以应用于大脑中的突触连接，穆勒称之为“按需连接基因组学”。尽管该方法既耗时又计算量大，但可以使用功能更强大的计算机结合机器学习和更快的检测器来使其效率更高。“我们希望将其应用到我们所做的一切中，”穆勒说，他是康奈尔大学纳米科学部Kavli研究所的共同负责人，并且是康奈尔大学激进协作计划的一部分，纳米科学与微系统工程（NEXT Nano）工作组的联合主席。“直到现在，我们所有人都一直戴着非常糟糕的眼镜。现在我们实际上已经拥有了一副非常好的眼镜。为什么您不想要摘下旧眼镜，戴上新眼镜并一直使用呢？ ”

p 　　 span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 施一公教授是剪切体结构和功能研究的权威，自2015年8月以来在Science杂志先后发表了6篇研究文章，解析了酵母中剪切体催化过程中5个关键状态的高分辨率结构。5月11日，施一公教授领导的团队又在Cell杂志上发表了题为“An Atomic Structure of the Human Spliceosome”的论文，这是该研究组在这一领域发表的第7篇高水平论文，也是首个人源剪切体关键状态的原子分辨率结构，第一次在原子水平解释了剪切体催化第二步转酯反应的功能机理。该论文的第一作者分别为张晓峰、闫创业和杭婧，施一公教授和闫创业博士为共同通讯作者。特别值得一提的是，这篇Cell论文从投稿到接收只用了11天。鉴于该成果的重要意义，BioArt特别邀请了著名的结构生物学家、清华大学生命科学学院杨茂君教授撰写了该篇特别评论文章，以飨读者。 /span /p p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " /span /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201705/insimg/4bc262af-0d77-4cd2-9b46-7d997bd2ca4c.jpg" title=" 微信图片_20170512000929_副本.jpg" / /p p span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " /span br/ /p p 　　5月11日，清华大学施一公教授研究组在《细胞》杂志发表研究文章，首次报道了人源剪切体C* complex的原子分辨率结构。施一公教授是剪切体结构和功能研究的权威，自2015年8月以来在《科学》杂志先后发表了6篇研究文章，解析了酵母中剪切体催化过程中5个关键状态的高分辨率结构。这是施一公教授研究组在这一领域发表的第7篇高水平论文，也是首个人源剪切体关键状态的原子分辨率结构，第一次在原子水平解释了剪切体催化第二步转酯反应的功能机理。 /p p 　　剪切体催化的前体mRNA剪切过程是生物体内最基础最关键的生命活动之一，是遗传信息从DNA传递给蛋白质的中心法则中关键的一环。在所有真核细胞中，基因表达分为三步进行，分别由RNA聚合酶 (RNA polymerase)、剪接体(Spliceosome)和核糖体 (Ribosome)执行。第一步简称转录(transcription)，即储存在遗传物质DNA序列中的遗传信息通过RNA聚合酶的作用转变成前体信使RNA(pre-mRNA) 第二步简称剪接(splicing)，即由多个内含子和外显子间隔形成的前体信使RNA通过剪接体的作用去除内含子、连接外显子，转变为成熟的信使RNA 第三步简称翻译(translation)，即成熟的信使RNA通过核糖体的作用转变成蛋白质，从而行使生命活动的各种功能。描述这一过程的规律被称为分子生物学的中心法则，多个诺贝尔奖围绕此发现和阐述产生。其中，RNA聚合酶的结构解析获得2006年的诺贝尔化学奖，而核糖体的结构解析获得2009年的诺贝尔化学奖。 /p p 　　由于真核生物中的基因编码区中存在不翻译成蛋白质的序列(称为内含子)，染色体DNA转录出来的前体mRNA(pre-mRNA)并不直接参与蛋白质翻译，而是需要先将其中的内含子片段去除，才能进入核糖体进行蛋白质合成。内含子的去除需要通过两步转酯反应来实现：首先，位于内含子序列中下游被称为分支点(branch point sequence)的序列中有一个高度保守的腺嘌呤核苷酸(A)，其2’羟基亲核攻击内含子5’末端的鸟嘌呤(G)，于是第一步反应发生，形成套索结构 然后，5’外显子末端暴露出的3’-OH向内含子3’末端的鸟嘌呤发起攻击，第二步反应发生，两个外显子连在一起。通过这两步反应，前体信使RNA中数量、长度不等的内含子被剔除，剩下的外显子按照特异顺序连接起来从而形成成熟的信使RNA(mRNA)(下图)。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201705/insimg/8c47205d-f67a-471b-b897-662b42995cae.jpg" title=" 微信图片_20170512001013_副本.jpg" / /p p 　　这两步化学反应在细胞内是由庞大、复杂而动态的分子机器——剪接体催化完成的。对于每一个内含子来说，为了调控反应的各个基团在适当时机呈现合适的构象从而发挥其活性，剪接体各组分按照高度精确的顺序结合和解离，组装成一系列具有不同构象的分子机器，统称为剪接体。根据它们在RNA剪接过程中的生化性质，这些剪接体又被区分为E、A、B、Bact、B*、C、C*、P、ILS等若干状态。剪接体由五个小核核糖核蛋白(snRNP)、十九号复合物(Nineteen Complex，简称NTC)、十九号复合物相关蛋白(NTC Related)和一系列的辅助蛋白所构成,共涉及到100多个蛋白质和至少五条RNA分子。在剪接的过程中，剪接体以前体信使RNA分子为中心，按照高度精确的顺序进行逐步组装并发生大规模结构重组，使之得以完成复杂的剪接任务。剪接是真核细胞进行正常生命活动不可或缺的核心环节，因此具有重大的生物学意义，获取剪接体在组装、激活、催化反应过程中各个状态的结构是最基础也是最富挑战性的结构生物学难题之一。 /p p 　　此前，施一公教授研究组共报道了酵母来源的剪接反应中5个关键状态的剪接体复合物的高分辨率结构，分别是3.8埃的预组装复合物tri-snRNP、3.5埃的激活状态复合物Bact complex、3.4埃的第一步催化反应后复合物C complex、4.0埃的第二步催化激活状态下的C* complex以及3.6埃的内含子套索剪接体ILS complex。这5个酵母来源的高分辨率结构所代表的剪接体状态，基本覆盖了整个剪接通路中关键的催化步骤，提供了迄今为止最为清晰的剪接体不同工作状态下的结构信息，大大推动了RNA剪接研究领域的发展。而最新的这一篇《细胞》论文所报道的3.76埃第二步催化激活状态下的人源C* complex使我们第一次在原子分辨率上看到了人源剪切体的工作状态，并首次详细阐释了人源剪切体催化第二步转酯反应的功能机理。 /p p 　　人源C* complex与酵母来源C* complex在结构上有许多不同。与酿酒酵母来源的复合物结构相比，在这一原子分辨率人源复合物结构中额外鉴定出9个蛋白亚基(Aquarius、Brr2、PPIL1、PRKRIP1、U5-40K、以及EJC的4个蛋白亚基)。另外，第二步反应的关键因子Slu7和Prp17在人源复合物中更加清晰。相反的，酵母复合物中第二步反应的关键因子Prp18在人源复合物中缺失，反映了人和酵母在催化第二步反应过程中功能机理的细微差别。另一个重要的差别是酵母复合物中的Ecm2和Cwc2亚基被人源复合物中的RBM22亚基所取代，使得其周围的蛋白亚基重新排布(下图)。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201705/insimg/f0ba68fc-ec88-43f2-b80b-2353dc5f37a3.jpg" title=" 微信图片_20170512001027_副本.jpg" / /p p 　　此次发表的关于人源剪切体复合物原子分辨率结构的研究承接之前酵母来源剪切体复合物的研究工作，在攻克剪切过程详细反应机理的道路上再进一步。施一公教授这一系列的研究工作具有极为重要的意义，是对中心法则的研究中最为复杂、最为关键的一环。自1993年RNA剪接的发现被授予诺贝尔生理及医学奖以来，科学家们一直在步履维艰地探索其中的分子奥秘，期待早日揭示这个复杂过程的分子机理。剪切体一系列关键状态复合物高分辨率结构的解析，一步一步揭开了RNA剪接这一复杂生化过程神秘的面纱，可以说，这一系列研究工作是当今结构生物学领域里一项里程碑式的、有望获得诺贝尔奖的重量级工作。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201705/insimg/95c0871b-e076-40e5-8e71-19b0f0a22f55.jpg" title=" 微信图片_20170512001044_副本.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图为Cell论文的通讯作者施一公教授和卓越中心创新学者闫创业博士 /p p style=" text-align: right " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 撰文丨杨茂君 (清华大学生命科学学院、结构生物学高精尖创新中心教授，“长江学者”特聘教授，国家“杰青”) /span /p p 　　 span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 后记：到目前为止，闫创业博士已发表的53篇SCI论文中，其中在Nature、Science和Cell杂志上以第一作者(包含共同一作)或共同通讯作者身份已发表10篇研究型论文。自闫创业博士2005年进入清华化学系以来到如今成为清华结构生物学高精尖创新中心卓越学者总共已经快12年了。从施一公教授课题组的相继发表的这7篇有关剪接体结构的论文署名来看，闫创业博士是这7篇论文的第一作者(三篇)或共同第一作者(4篇)，特别值得一提的是在这篇Cell文章中首次成为共同通讯作者。可以说，整个剪接体系列工作中，闫创业博士起到了中流砥柱般的作用，称得上当今结构生物学领域“夜空中最亮的星” /span 。 /p p br/ /p

仪器信息网讯 2021年1月21日，化学领域国际顶刊《Journal of the American Chemical Society》刊登了东京大学研究团队题为“Capturing the Moment of Emergence of Crystal Nucleus from Disorder ”的研究成果，该成果基于团队一位硕士研究生捕捉到的原子分辨率视频，首次实时拍摄了盐晶体形成的原子分辨率视频，为研究了几个世纪的成核过程理论，首次从原子水平给予实验室验证。论文链接：DOI: 10.1021/jacs.0c12100在一个振动的碳纳米角中生长的氯化钠晶体两项新技术——原子分辨率实时视频和锥形碳纳米管约束技术——帮助研究人员可以看到以往从未见过的晶体形成细节。这些观察证实了关于盐晶体如何形成的理论预测，并可以为一般的理论提供依据，即说明晶体形成如何从无序的化学混合物中产生不同有序结构。我们生活中，身边的晶体随处可见，如雪花、盐粒甚至钻石。它们由分子的规则和重复排列而组成，而这些排列都是从这些分子的混乱无序的“海洋”中生长出来。从无序状态到有序状态的生长过程被称为成核，尽管已经研究了几个世纪，但直到现在，在原子水平上的确切过程从未被实验证实。仅仅能够在原子水平上看到分子是不够的——这种能力已经存在了几十年。晶体的生长是一个动态的过程，观察它的生长与观察它的结构一样重要。幸运的是，东京大学化学系的研究人员用他们的单分子原子分辨率实时电子显微镜技术(SMART-EM)解决了这个问题。ZH这项技术以每秒25张图片的速度捕捉化学过程的细节。“我们的一名硕士学生，Masaya Sakakibara，使用SMART-EM来研究氯化钠盐的行为，”项目助理教授Takayuki Nakamuro说，“为了将样品固定在合适的位置，我们使用了原子厚度的碳纳米角，这是我们之前的发明之一。随着Sakakibara拍摄的令人惊叹的视频，我们立即注意到有机会以前所未有的细节来研究晶体成核的结构和统计方面。”298k条件锥形CNT中NaCl的九次结晶视频截取(0-44.40 s)。实验条件为:加速电压80 kV，电子剂量率4.0x105 e - nm-2 s-1，每帧曝光时间40毫秒，视频的回放速度与原始录像相同。298k条件锥形CNT中NaCl的九次结晶视频截取(44.44 - 88.84 s)298k条件锥形CNT中NaCl的九次结晶视频截取(88.88 - 133.28 s)Nakamuro和他的团队观看了Sakakibara捕捉到的视频，他们是有史以来第一批看到由几十个NaCl分子组成的微小长方体晶体从分离的钠离子和氯离子的混乱混合物中逐渐形成过程的人。他们也立刻注意到晶体出现频率的统计模式，该模式遵循众所周知的正态分布，这一结果早已被理论化，但直到现在才被实验证实。Eiichi Nakamura教授说:“盐只是我们探测成核基本原理的第一种模型物质。盐只有一种结晶方式。但其他分子，如碳，可以以多种方式结晶，形成石墨或钻石。这就是所谓的多态性，目前没有人看到导致多态的核形成的早期阶段。我希望我们的研究为理解多态性的机制提供了第一步。”氯化钠结晶过程研究该团队的研究成果意义将不仅限于石墨、钻石等，晶体生长中的多态性也是许多制药和电子元件生产中的重要过程。附：关于实验使用的原子分辨率透射电镜原子分辨率透射电子显微镜(TEM)观察是在JEOL JEM-ARM200F仪器上进行的，该仪器配有像差校正器(点分辨率为0.10 nm)，在298和473 K, E = 80 kV加速度下，在1×10–5 Pa的样品柱中，实验采用1~3 μm的球差(Cs)值和电子剂量率(EDR 每秒每nm2电子数每)为2.0×106–1.0×107 e–nm–2 s–1 (200万倍放大)。在298 K以25fps（每秒帧速率）或在473 K以50fps的帧速率连续记录一系列图像， CMOS相机(Gatan OneView,原位模式,4096×4096像素)在binning 2模式下运行（输出图像大小：2048×2048像素，像素分辨率0.01nm，200万倍）和binning 4模式(输出图像大小:1024×1024像素,像素的分辨率在0.02 nm，200万倍)。所有图像都在Gatan DigitalMicrograph软件上自动处理。为了记录样品的原子分辨率视频，研究者首先在100,000倍的网格上观察整个碳纳米管团聚体，寻找适合仔细分析的锥形碳纳米管。为了深入分析，研究者将放大率提高到200万倍，并开始录像。在图像采集过程中调整了散焦值。图像记录在欠聚焦条件下(散焦值:10 - 20nm)。使用Gatan DigitalMicrograph软件，以.dm4格式录制。日本电子JEM-ARM200F 透射电子显微镜Gatan OneView 数字成像系统

近日，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心陆轻铀研究组首次在水冷磁体中实现了27特斯拉强磁场环境下的扫描隧道显微镜(STM)原子分辨率成像，得到了石墨样品的原始成像数据(raw data image)。这一试验的成功为强磁场STM实验研究提供了国际先进的技术手段，也为在即将竣工的45T混合磁体(口径也为32mm)中实现更高磁场下的STM原子分辨率成像研究铺平了道路。 　　扫描隧道显微镜(STM)具有实空间中的原子分辨率成像能力，因而在基础科学研究中具有广泛的应用，但它对振动、甚至声音等哪怕很微弱的干扰都非常敏感，所以通常需要在隔音、减震很好的准静态环境中工作。STM的一个很重要的应用是在强磁场中成像，但迄今都工作于超导磁体中，因为超导磁体的振动小，相对安静。然而超导磁体受限于临界磁场，产生的磁场难以超过23T，所以国际上强磁场STM虽发展多年，但其工作的最强磁场仍然不超过20T。水冷磁体(water-cooled magnet，简称WM)以及由水冷磁体和超导磁体构成的混合磁体(hybrid magnet)能够产生更强的磁场，但其在高压大流量冷却水流的冲击下也会产生巨大的振动与噪声，这对原子分辨率STM成像是严重挑战，所以国际上至今尚没有实现在水冷磁体强磁场中的STM成像。 　　陆轻铀研究组长期致力于恶劣条件下的STM研制工作，先后研制出适用于狭小空间恶劣环境中原子分辨率STM成像的多种高刚性、高稳定压电马达，如GeckoDrive、TunaDriver、PandaDrive和SpiderDrive等及其制成的扫描探针显微镜，相关成果发表于《科学仪器评论》、《超显微学》、《扫描》期刊上(Review of Scientific Instruments 80, 085104 (2009) Review of Scientific Instruments 84, 113703 (2013) Review of Scientific Instruments 84, 56106 (2013) Review of Scientific Instruments 83, 115111 (2012) Ultramicroscopy 147, 133 (2014) Scanning 36, 554 (2014) Review of Scientific Instruments 85, 56108 (2014)等)。研究组先后获得了20余项国家发明专利的授权。在这些系统性工作的基础上，陆轻铀研究组最终克服了水冷磁体的大振动和强噪音对STM的干扰，在国际上首次实现了在高达27T强磁场环境下的高清晰STM原子分辨率成像。

原子周围产生的磁场被认为是磁力的起源，透射电镜的分辨率现在虽然可到原子级，但样品往往放在强磁场中，因此原子周围的磁场无法被观测。由日本东京大学和日本电子会社（JEOL）联合开发的原子级分辨率无磁场透射电镜（MARS）使这种观测成为可能。最新研究结果今年2月10日在Nature上发表(https://www.nature.com/articles/s41586-021-04254-z)。 MARS外观图(上图）a) 原子构造模型，箭头为磁矩方向b) 113K下原子分辨率的STEM图像c) 113K下获得的DPC像处理后的磁场像d) 根据原子构造模型模拟的磁场结果 详情咨询日本电子株式会社在中国的子公司捷欧路（北京）科贸有限公司及其分支机构。 捷欧路（北京）科贸有限公司 袁建忠提供

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心、生命科学学院教授毕国强课题组、美国加州大学洛杉矶分校教授周正洪课题组与华东师范大学研究员梅晔合作，利用高分辨冷冻电镜单颗粒分析技术首次解析了人类疱疹病毒6B型的近原子分辨率结构。相关研究成果以Atomic structure of the human herpesvirus 6B capsid and capsid-associated tegument complexes& nbsp 为题，于11月25日在线发表在国际期刊《自然-通讯》（Nature Communications）上。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 人类疱疹病毒6型（HHV-6）属于疱疹病毒家族β疱疹病毒亚家族，根据其表面抗原不同，又被分为HHV-6A和HHV-6B两类密切相关的病毒类型。很多幼儿都会被HHV-6病毒感染，并可能产生发烧、腹泻、红疹等临床症状；HHV-6病毒能够在人体中终身潜伏，并在免疫力低下的人群中引发严重疾病，它在脑组织中的二次爆发将导致患者认知紊乱、残废或者死亡；研究显示，HHV-6病毒甚至还与阿兹海默症和癫痫有关。HHV-6病毒的感染造成了广泛的危害，但目前尚没有其病毒高分辨结构，以及基于结构的药物或者疫苗抗病毒方案。由于与宿主细胞高度黏合，HHV-6B很难实现体外增殖培养，这成为其原子分辨率结构解析的一大难题。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在本研究中，课题组使用先进的冷冻电镜直接电子计数技术和亚颗粒局部重建方法，用少量低纯度的HHV-6B病毒样品，解析了HHV-6B第一个近原子分辨率结构。在此基础上，合作团队搭建了HHV-6B病毒4种衣壳蛋白和1种衣壳结合间层蛋白pU11的原子模型，共计包括59个构象体。进一步，通过比较HHV-6B、人类巨细胞病毒（HCMV）和小鼠巨细胞病毒（MCMV）核衣壳结构的异同，发现HHV-6B间层蛋白pU11具有独特的病毒衣壳结合模式。这一研究结果，在原子水平揭示不同疱疹病毒中CATC复合物（capsid-associated tegument complexes）协助病毒衣壳应对不同基因组大小产生的内部压力的机理。有助于更好地理解β疱疹病毒基因组的包装和病毒核衣壳稳定机制，完善了对疱疹病毒家族结构的认知，丰富和加深了对β疱疹病毒甚至整个疱疹病毒家族CATC复合物功能机制的理解。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 中国科大合肥微尺度物质科学国际研究中心博士生张翼博和博士后柳维为该论文的第一作者。该研究得到科技部重点研发计划、中国留学基金委等资助。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a href=" https://www.nature.com/articles/s41467-019-13064-x" target=" _self" style=" color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 论文链接 /span /a /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/9a9f5894-7145-4491-beb9-fc74424b1b3c.jpg" title=" 图：CryoEM成像技术解析HHV-6B病毒的三维结构以及pU11四聚体.jpg" alt=" 图：CryoEM成像技术解析HHV-6B病毒的三维结构以及pU11四聚体.jpg" / /p

随着电子、热电和计算机技术已经小型化到纳米级，工程师们面临着研究相关材料基本特性的挑战。在许多情况下，研究目标太小而无法用光学仪器观察。加州大学欧文分校、麻省理工学院和其他机构的一组研究人员利用尖端电子显微镜和新技术，找到了一种以原子分辨率绘制声子（晶格中的振动）的方法，从而实现更深入地理解热通过量子点传播的方式，设计电子元件中的纳米结构。为了研究声子如何被晶体中的缺陷和界面散射，研究人员使用透射电子显微镜中的振动电子能量损失光谱法探测了靠近硅锗单量子点的声子动态行为，该设备位于欧文材料研究所在UCI校园内。该项目的成果近日发表在《自然》杂志。“我们开发了一种新技术，以原子分辨率差分映射声子动量，这使我们能够观察仅存在于界面附近的非平衡声子，”共同作者，UCI 材料科学与工程和物理学教授、Henry Samueli 工程学院讲席教授、IMRI 主任Xiaoqing Pan说。 “这项工作标志着该领域的一项重大进展，因为这是我们第一次能够提供直接证据，证明漫反射和镜面反射之间的相互作用在很大程度上取决于具体的原子结构。”据Xiaoqing Pan所述，在原子尺度上，热量在固体材料中传输，因为当热量远离热源时，原子波会从其平衡位置移位。在具有有序原子结构的晶体中，这些波被称为声子：原子位移的波包，其携带的热能等于它们的振动频率。该团队使用硅和锗的合金，能够研究声子在量子点的无序环境、在量子点与周围硅之间的界面以及在量子点纳米结构的圆顶形表面周围行为表现。“我们发现SiGe合金呈现出一种成分无序的结构，阻碍了声子的有效传播，”Xiaoqing Pan说。 “由于硅原子在各自的纯结构中比锗原子更靠近，因此合金稍微拉伸了硅原子。由于这种应变，UCI 团队发现由于纳米结构内设计的应变和合金化效应，量子点中的声子正在软化。”Xiaoqing Pan补充说，软化的声子能量更少，这意味着每个声子携带的热量更少，从而降低了热导率。振动的软化是热电设备阻碍热量流动的众多机制之一。该项目的主要成果之一是开发了一种，用于绘制材料中热载体的方向的新技术。 “这类似于计算有多少声子上升或下降，然后计算差异，证明它们的主要传播方向，”他说。 “这项技术使我们能够映射声子从界面的反射。”电子工程师已经成功地将电子设备中的结构和组件小型化到这样的程度，因此它们现在已经下降到十亿分之一米的数量级，远小于可见光的波长，所以这些结构对光学技术来说是不可见的。“纳米工程的进步已经超过了电子显微镜和光谱学的进步，但通过这项研究，我们正在开始追赶的过程，”共同作者，Xiaoqing Pan小组的UCI 研究生 Chaitanya Gadre 说。一个可能从这项研究中受益的领域是热电学——将热能转化为电能的材料系统。 “热电技术的开发人员努力设计阻碍热传输或促进电荷流动的材料，以及如何通过嵌入的固体传输热量的原子级知识，因为它们通常带有故障、缺陷和缺陷，将有助于这一探索”共同作者、UCI 物理学和天文学教授Ruqian Wu说。“人类活动产生的能量中有 70% 以上是热量，因此我们必须找到一种方法将其回收成可用的形式，最好是电力，来满足人类日益增长的能源需求。”潘说。参与这项由美国能源部基础能源科学办公室和美国国家科学基金会资助的研究项目的还有麻省理工学院机械工程系教授Gang Chen；台湾国立中央大学材料科学与工程系教授Sheng-Wei Lee，和UCI材料科学与工程博士后研究员Xingxu Yan。关于加州大学欧文分校（the University of California, Irvine，UCI）：UCI 成立于 1965 年，是久负盛名的美国大学协会中最年轻的成员，被U.S. News & World Report评为全美排名前 10 的公立大学。该校区培养了五位诺贝尔奖获得者，以其学术成就、最早的研究、创新和食蚁兽吉祥物而闻名。在校长Howard Gillman的带领下，UCI 拥有 36,000 多名学生，并提供 224 个学位课程。它位于世界上最安全、最具经济活力的社区之一，是奥兰治县的第二大雇主，每年为当地经济贡献70亿美元，在全州范围内贡献80亿美元。

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透射电子显微镜（TEM）在物理、化学、结构生物学和材料科学等领域的微纳结构研究中发挥着重要作用。电子显微镜像差校正光学的进展极大地提高了成像系统的质量，将空间分辨率提高到了低于50pm的水平。然而，在实际样品中，只有在极端条件下才能达到这个分辨率极限，其中一个主要的障碍是，在比单层更厚的样品中，多电子散射是不可避免的（由于电子束与原子静电势之间的强库仑相互作用）。多次散射改变了样品内部的光束形状，并导致探测器平面上复杂的光强分布。当对厚度超过几十个原子的样品进行成像时，样品的对比度与厚度之间存在非线性甚至非单调的依赖关系，这阻碍了通过相位对比成像方式直接确定样品的结构。定量结构图像解释通常依赖于密集的图像模拟和建模。直接修正样品势需要解决多重散射的非线性反函数问题。尽管已经通过不同的方法对晶体样品的不同布拉格光束进行相位调整（其中大部分是基于布洛赫波理论），但对于具有大晶胞或非周期结构的一般样品来说，这些方法变得极其困难，因为需要确定大量未知的结构因子。Ptychography（叠层衍射成像）是另一种相位修正方法，可以追溯到20世纪60年代Hoppe的工作。现代成熟的装置使用多重强度测量——通常是通过小探针扫描广大的样品收集的一系列衍射图案。这种方法已广泛应用于可见光成像和X射线成像领域。直到最近，电子叠层衍射成像技术还受到样品厚度和电子显微镜中探测器性能的限制。二维（2D）材料和直接电子探测器的发展引起了更广泛的新兴趣。用于薄样品（如2D材料）的电子叠层衍射成像已达到透镜衍射极限的2.5倍的成像分辨率，降至39μm阿贝分辨率。然而，这种超分辨率方法只能可靠地应用于小于几纳米的样品，而较厚样品的分辨率与传统方法的分辨率没有实质性差异。对于许多大块材料来说，这样的薄样品实际上很难实现，这使得目前的应用局限于类2D系统（例如扭曲的双层）。对于比探针聚焦深度更厚的样品，多层叠层衍射成像方法提出了使用多个切片来表示样品的多层成像。所有切片的结构可以分别恢复。目前，利用可见光成像或X射线成像都成功地演示了多层叠层衍射成像。然而，由于实验上的挑战，只有少数的多层电子叠层衍射成像证据的报道，并且这些报道在分辨率或稳定性方面受到限制。透射电子显微镜使用波长为几皮米的电子，有可能以原子的固有尺寸最终确定的固体中的单个原子成像。然而，由于透镜像差和电子在样品中的多次散射，图像分辨率降低了3到10倍。康奈尔大学研究人员通过逆向解决多次散射问题，并利用电子叠层衍射成像技术克服电子探针像差，证明了厚样品中不到20皮米的仪器（图像）模糊以及线性相位响应；原子柱的测量宽度受到原子热涨落的限制，新的研究方法也能够在所有三维亚纳米尺度的精度从单一的投影测量定位嵌入原子的掺杂原子。相关研究工作以“Electron ptychography achieves atomic-resolution limits set by lattice vibrations”为题发表在《Science》上。图1 多层电子叠层衍射成像原理图2 PrScO3的多层电子叠层衍射重建图3 多层电子叠层衍射成像的空间分辨率和测量精度图4 多层电子叠层衍射的深度切片

8月26日，南方科技大学公开招标购买1套原子分辨率分析电子显微镜，预算1700万元。　　项目编号：AOMC-2021-034 (SZDL2021339830)　　项目名称：原子分辨率分析电子显微镜采购项目　　预算金额：1700.0000000 万元(人民币)　　最高限价(如有)：1700.0000000 万元(人民币)　　采购需求：　　详见招标文件　　合同履行期限：详见招标文件　　本项目( 不接受 )联合体投标。　　开标时间：2021年09月14日 09点30分(北京时间)

电镜不仅可以揭示新冠病毒形态、扩增过程及传播途径，同时，使用冷冻电镜解析病毒的刺突糖蛋白（Spike glycoprotein, S蛋白）结构是助力疫苗与抗病毒药物研发的关键所在。2月15日，美国得克萨斯大学奥斯汀分校Jason S. McLellan教授团队和美国国立卫生研究院NIH联合在预印版网站bioRxiv上发表了首篇使用冷冻电镜解析新冠病毒S蛋白的研究文章。Jason Mclellan团队通过冷冻电镜Cryo-EM技术，解析了新冠病毒S蛋白三聚体的3.5埃的近原子分辨率结构，从生物物理及结构生物学的角度加深了我们对新冠病毒的认知。01为何2019-nCoV的传染性如此之强？作者使用了来自赛默飞旗下品牌Thermo Scientific的Titan Krios冷冻电镜，解析了新冠病毒刺突糖蛋白（简称S蛋白）三聚体预融合构象的近原子分辨率结构，其分辨率达3.5埃（10-10 m）。该研究中发现新冠病毒S蛋白三聚体的在多数时候其三个受体结合域(Receptor-binding domains，RBDs)中的一个发生了旋转，使得其更容易与细胞表面的受体相互作用。作者还借助于其他生物物理和负染电镜（Thermo Scientific Talos TEM）技术，发现 2019-nCoV S结合细胞表面受体血管紧缩素转化酶2（angiotensin-converting enzyme 2, ACE2）的亲和力高于SARS-CoV的 S蛋白。这两方面的数据说明了为何2019-nCoV的传染性较其他冠状病毒传染性更强。*新冠病毒S蛋白三聚体预融合构象的近原子分辨率结构作者进一步通过动力学实验检测确认新冠病毒、SARS病毒与宿主细胞受体ACE2亲和力的差异。令人震惊的是，2019-nCoV结合ACE2的亲和力是SARS病毒结合受体亲和力的10-20倍。该研究成果进一步阐释了新冠病毒能够迅速在人际间传播的原因。*新型冠状病毒相对SARS病毒对ACE2具有高亲和性02为何SARS-CoV的抗体对2019-nCoV无效？由于新型冠状病毒与SARS-CoV病毒之间的结构同源性，通过比较，研究者发现了2019-nCoV S蛋白与SARS-CoV S蛋白的结构差异。此外，他们还测试了三种研发用于结合SARS-CoV S蛋白的单克隆抗体，研究发现这些抗体并不能与2019-nCoV S蛋白RBD产生交叉反应，这说明SARS-CoV的抗体并不能用于2019-nCoV, 针对2019-nCoV必须重新设计抗体和疫苗。*2019-nCoV S与SARS-CoV S的结构对比总而言之，此文章利用冷冻电镜技术对新型冠状病毒的S蛋白进行了近原子分辨率的解析，为进一步精确地疫苗设计以及抗病毒药物的研发提供了重要的结构生物学基础，为发展新型冠状病毒的医疗对策提供了技术支持。后续如有相关疫苗或抗病毒药物的研究进展，冷晓镜会持续跟进报道。冷晓镜小课堂Q刺突糖蛋白（简称S蛋白）为何这么重要？冠状病毒的刺突糖蛋白（Spike glycoprotein, S glycoprotein）是Ⅰ型跨膜糖蛋白，也是病毒最大的结构蛋白，其包含了病毒的主要抗原决定簇，能够刺激机体产生中和抗体和介导免疫反应，通常包括由球状的受体结合亚基S1和棒状的融合亚基S2两部分。同时，S蛋白的S1亚基决定了受体细胞的表面受体的特异性，而S2亚基又决定了病毒进入细胞的融合过程的特性，可以说S蛋白的结构对于设计疫苗来产生抗体或者设计药物阻断病毒吸附与侵染具有重要作用。*美国疾病控制中心 (CDC) 创建的新冠病毒立体模型“ 作为冷冻电镜（cryo-EM）技术的开拓者，赛默飞世尔科技一直致力于该技术的研发和普及，在不断推出新产品的同时，还专门与客户合作开发了冷冻电镜免费在线学习工具https://em-learning.com，希望为广大生命科学工作者及相关行业提供更完备更易用的解决方案。目前，赛默飞世尔科技冷冻电镜产品家族包括旗舰级300 kV产品Krios G4，最新推出的200 kV产品Glacios，用于冷冻样品制备的Vitrobot和用于样品筛查的入门级产品Talos L120C G2，以及用于冷冻电子断层扫描（cryo-ET）细胞样品减薄的冷冻聚焦离子束Aquilos 2等。”

一、项目基本情况项目编号：OITC-G230571909项目名称：中国科学院半导体研究所原子分辨率分析电子显微镜采购项目预算金额：2500.000000 万元（人民币）最高限价（如有）：2500.000000 万元（人民币）采购需求：1、采购项目的名称、数量：包号货物名称数量（台/套）是否允许采购进口产品1原子分辨率分析电子显微镜1是 投标人可对其中一个包或多个包进行投标，须以包为单位对包中全部内容进行投标，不得拆分，评标、授标以包为单位。2、技术要求详见公告附件。合同履行期限：详见采购需求本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间：2023年11月23日 至 2023年11月30日，每天上午9:00至11:00，下午13:00至17:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：www.oitccas.com方式：登录东方招标平台www.oitccas.com注册并购买。售价：￥600.0 元，本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：中国科学院半导体研究所　　　　　地址：北京市海淀区清华东路甲35号　　　　　　　　联系方式：010-82305403　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：东方国际招标有限责任公司　　　　　　　　　　　　地　址：北京市海淀区丹棱街1号互联网金融中心20层　　　　　　　　　　　　联系方式：窦志超、曹山010-68290529　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：窦志超、曹山电　话：　　010-68290529

近日，记者从中科院化学所获悉，该所胶体、界面与化学热力学重点实验室李峻柏课题组利用其开发的“超高分辨率荧光显微镜”，观测到生物矿化过程中参与结晶的蛋白质分布信息。论文在《德国应用化学》上刊发。　　“超高分辨率荧光显微镜”可以超越远场光学显微镜的分辨率极限，直接检测到几十纳米的精细结构。而与能达到相同或更高分辨率的X光显微镜、各类电子显微镜及原子力显微镜相比，超高分辨荧光成像能在常温常压和基本不损伤生物样本活性的条件下，获得其纳米尺度的图像信息。　　研究人员介绍，“超高分辨率荧光显微镜”又称为随机光学重建显微镜(STORM)，可达到或好于50纳米分辨率。在前期研究中，李峻柏课题组在超高分辨图像采集和数据分析方面发展了实时单分子定位的程序包SNSMIL，该程序包可广泛应用于高背景成像的数据分析。　　他们利用STORM观测到方解石中生物矿化过程中参与结晶的蛋白质分布信息，为研究蛋白质诱导生物矿化的机理提供了数据。

仪器信息网讯 2013年10月25日，德国耶拿公司在北京展览馆举行了&ldquo 高分辨ICP-OES新品发布会&rdquo ，推出目前市场同类产品中最高分辨率的ICP-OES新品&mdash &mdash PQ9000。 发布会现场 德国耶拿公司在BCEIA 2013上展示的ICP-OES新品&mdash &mdash PQ9000 (左一：德国耶拿公司CEO Berka，左二：德国耶拿中国区总经理赵泰) 　　在新品发布会上，仪器信息网(以下简称：instrument)编辑也就相关问题采访了德国耶拿中国区总经理赵泰。 　　Instrument：多年来，耶拿公司一直以原子吸收的著名厂家而知名，尤其是2004年推出的划时代的连续光源原子吸收，目前中国的ICP市场已被许多品牌领先占据，德国耶拿公司为什么选择当前推出ICP-OES? 　　赵泰：大家都知道ICP-OES产品经过多年的发展，在化学分析领域有着非常重要的地位，但是ICP的应用技术还是存在很多难以克服的问题，给我们的分析工作带来很大的障碍。 　　比如，发射光谱的主要缺陷是发射谱线多、光谱干扰严重，很多分析问题都是源于此，所以对ICP-OES分辨率的要求就非常高，理想目标是分辨率达到发射谱线的自然宽度(1-3pm)，而目前市场上ICP-OES都未达到这一目标。 　　还有ICP-OES很难直接测量高盐，痕量类样品，所以也限制了ICP的分析范围。另外，随着技术的进步大家对仪器研发要求越来越高，大家心目中理想的仪器，不仅性能要好，使用成本也要低。 　　为了能克服不足，满足当前分析的需求，德国耶拿公司就一直在研发这样的ICP-OES。德国耶拿公司在光学仪器制造行业有非常丰富的经验，已经有160多年的发展历史和经验，具有得天独厚的优势，所以在光谱领域一直以来都能推出品质非凡的产品。耶拿新品ICP-OES PQ9000也是在传承历史，经过多年的研发，针对目前的ICP-OES产品的不足之处，为了满足当前分析需求，为分析者&ldquo 量身定做&rdquo 的，所以选择当前隆重推出。 　　Instrument：耶拿推出的ICP-OES新品与市场上同类产品相比的在技术方面有哪些新的突破，仪器性能有何显著提高?给分析工作带来哪些优越? 　　赵泰：首先，借助耶拿特有的光学技术优势，加上设计独特的分光系统，PQ9000的光谱分辨率能达到3pm，达到了相当于发射谱线自然宽度的理想目标，在目前市场上同类产品中是最高分辨率的ICP-OES。用户可以轻松应对很多难分析的、光谱干扰严重的样品。光学性能上也有很大的突破，保证了分析的稳定性和准确性。 　　第二，PQ9000采用了先进的垂直矩管、双向观测设计方式，消除了高盐和基体的影响，不仅能满足各类样品(有机，高盐)的分析，也能满足不同浓度(µ g/L～%)的同时测量，保证了灵敏度和检测限。另外PQ9000采用冷锥加氩气反吹消除尾焰，无自吸，无空气，降低背景 持续氩气对光室和检测器的吹扫，消除空气和水分等对紫外光的吸收，从而使得PQ9000的检出限比常规降低2～10倍，灵敏度达到µ g/L级。从短波到长波，常用元素的检测限都大幅提高。从而解决了&ldquo 复杂基质&rdquo ，&ldquo 痕量分析&rdquo 的难题。 　　第三，采用高性能的新一代CCD检测器，产生高量子效率和紫外超高灵敏度，可以自动选择最佳积分时间，同时记录元素线与其直接光谱环境，自动扣除背景，检测器只需致冷到零下6到10度即可稳定工作，大大缩短了预热时间(5分钟)，能做到真正的即开即用。 　　第四，耶拿本着创新的理念，PQ9000在其他部分的设计上也充分体现。比如新颖独特的尾焰消除技术，采用最先进的气路设计，即吹扫和冷却用氩气又巡回到等离子体使用，没有额外消耗，大大地降低了氩气的消耗 　　另外，组合式炬管，体积小，氩气消耗少，从而最大程度降低氩气的消耗。整个外观设计也很精巧，是世界上体积最小的高分辨率ICP-OES。 　　Instrument：耶拿新品ICP-OES主要在哪些应用领域推出?如何能获得用户的认可? 　　赵泰：PQ9000在技术上的创新突破，打破了目前ICP-OES的分析局限，带来分析工作带来更多的自由空间。各种样品中低含量、微量和痕量的金属元素以及部分非金属元素的定性和定量分析 尤其适合分析样品量大，检测结果要求高的用户 可广泛应用于石油化工、农业，质检、环保、钢铁、科研、卫生等行业。凡是追求更好分析性能的用户都能认可该技术。 　　Instrument：您是如何看待原子吸收与ICP-OES未来发展的关系?ICP-OES的推出对原子吸收业务发展有何影响?耶拿如何制定发展规划?战略目标是? 　　赵泰：原子吸收和ICP-OES技术都是目前无机分析的主力军，两者一直是即有交叉又有互补的关系，应用上各有所长。 　　ICP-OES的推出对原子吸收业务发展不会有太大影响，只是一些以往必须用石墨炉原子吸收分析的痕量元素现在有更多可能在高分辨率ICP-OES上完成，有更多分析任务可以全部依靠高分辨率ICP-OES完成，而不必分到两种仪器上才能全部满足分析任务的要求。但很多以往特别适合用原子吸收分析项目，如分析元素种类少，或仅靠火焰原子吸收就能完成的分析仍应采用原子吸收更为合适或更加经济。 　　PQ9000高分辨率ICP-OES的推出，使耶拿公司的原子光谱仪器家族又增加了新的成员，能满足更多的分析需求，可以为更多的用户提供更多的服务，也为信赖耶拿品质的用户提供更大的合作空间。这也加进一步强了耶拿公司在无机分析领域的技术领先地位和市场影响力。耶拿公司将继续不遗余力的做好售后服务和技术支持，借助此超高分辨率ICP-OES的先进性能为用户解决更多的分析难题，增强实验室分析能力，更加简便、有效的完成高质量的分析任务。 　　耶拿公司的战略目标是不断创新，用更多先进技术巩固和加强光谱技术领先者的市场地位。 　　Instrument：谈谈新品ICP-OES PQ9000的市场定位和预期? 　　赵泰：PQ9000高分辨率ICP-OES的市场定位与其它众多耶拿产品一样，仍然是瞄准高端市场，以技术优势和非凡品质赢得广泛用户的信赖。可以预期，期盼有更好、更强分析性能力装备的用户一定会欢迎这一新品，而耶拿公司的PQ9000绝不会让这样懂行的专业用户失望，将再次为德国耶拿赢得光彩夺目的品牌声誉!　　Instrument：2013年，在全球经济依然不景气的情况下，耶拿面对市场变化，取得了怎样的销售业绩?在耶拿中国的业绩情况? 　　赵泰：2013年，德国耶拿一如继往的取得了骄人的业绩，除日本市场外，全球市场继续有较快增长，尤其生命科学业务，有近2位数的增长。 　　耶拿中国的业绩继续领先全球，业务总量仍然保持2位数的增长速度，对总增长约推高2个百分点的生命科学业务更是增长了近80%! 撰稿人：刘丰秋

英国电子生物成像中心（eBIC）使用电子断层扫描和亚像素断层图平均化的新技术，确定了艾滋病病毒（HIV）衣壳蛋白、以及其与宿主细胞因子相互作用的复合结构图像，分辨率约5.4埃。研究人员还建立了整个HIV衣壳蛋白的原子模型，或为开发以衣壳蛋白为靶向的抗HIV药物提供新思路。研究论文19日发表在《科学进展》杂志上。　　这一重大突破的论文主要作者、牛津大学陶妮（音译）博士解释说，HIV是一种逆转录病毒，其RNA基因组被封装在一个圆锥形的衣壳内。在感染过程中，HIV以Gag多蛋白的未成熟病毒粒子组装并出芽，经历蛋白水解和构象变化的过程，由未成熟的球形转变为成熟的圆锥形衣壳。在HIV-1复制的早期阶段，衣壳扮演着多种重要的角色，包括保护基因组免受细胞先天性免疫反应的影响，促进逆转录，以及调节细胞内转运和进入细胞核。其中许多功能受到衣壳与宿主细胞因子和小分子相互作用的影响。　　然而，由于HIV-1衣壳的亚稳态特性，分离出适合于高分辨率结构分析的完整天然衣壳的数量和浓度，一直具有挑战性。为了解决这个问题，研究团队设计了一种新方法，即在HIV病毒样颗粒的膜上加一种成孔毒素，这避免了与病毒体裂解和核心分离相关的创伤，但也使衣壳接触到外部细胞因子和小分子。　　在建立了实验方法后，研究人员研究了真实的HIV衣壳与细胞因子亲环素A（CypA）和小分子辅因子六磷酸肌醇（IP6）之间的相互作用。然后，研究团队对这些样本进行了电子断层扫描和亚断层扫描图平均化。　　利用这项新技术，该团队分别揭示了HIV衣壳的结构，以及它与CypA和IP6的复合物的结构。这些结构证实了成熟HIV衣壳中的双IP6结合位点，并为IP6和CypA在调节HIV衣壳稳定性中的作用提供了新的思路。　　领导该研究的eBIC主任、牛津大学结构生物学教授张培军总结道，他们利用电子断层扫描获得的信息，建立整个HIV衣壳的原子学模型，这可以作为开发衣壳靶向抗艾药物的“蓝图”。包膜病毒膜的穿孔也为研究其他病毒系统的宿主—病毒相互作用提供了一种新方法。

p 　　精确认识细胞当中的大分子结构对于理解它们的功能至关重要。Amunts等人利用冷冻电镜获得线粒体核糖体大亚基3.2埃的分辨率结构，还有最近利用冷冻电镜获取的其他一些高分辨率结构，这些成就预示着分子生物学研究的新时代，获取近原子分辨率的大分子结构将不再是X射线晶体学和核磁共振的特权。 /p p style=" text-align: center " img alt=" " src=" http://img1.17img.cn/17img/old/NewsImags/images/2014912171159.jpg" style=" width: 600px height: 350px " / /p p 　　图：利用冷冻电镜获得的近原子分辨率结构：(A)酵母线粒体核糖体大亚基，分辨率3.2 埃。(B) TRPV1离子通道，分辨率3.4 埃。(C)F sub 420 /sub -还原[NiFe]氢化酶，分辨率3.36埃。注：该图并不是按比例绘制的。 /p p 　　核糖体是古老的，大规模的蛋白RNA复合物，它将线性遗传密码翻译成三维蛋白质。线粒体——半自主细胞器，为细胞提供能量，拥有它们自己的核糖体，这一点和细菌非常类似。许多抗生素，如红霉素，通过阻止细菌的核糖体翻译机器来抑制细菌的生长。当设计新的抗生素，不能让他们同时阻断线粒体核糖体很重要。因此，认识这两种核糖体的详细结构是很有价值的。其他核糖体的结构已经通过X射线晶体学确定。Amunts等利用冷冻电镜确定了线粒体核糖体的高分辨率结构，这在不到一年前，很少有人会想到可能实现。 /p p 　　不用晶体而能够做到这一点无异于是一场革命。主要是因为采用了新的探测器——具有前所未有的速度和灵敏度的直接电子探测器。直接电子探测器能够直接检测电子，而不是需要先将它们转换成光子，然后再转化为光电子探测进行，目前广泛使用的CCD(电荷耦合器件)相机就是这样，但它们的分辨率不是很好。照相胶片从工作原理上来说，高分辨率成像效果应该更好，但它很难和越来越重要的快速读出电子速度及高数据吞吐量相兼容。 /p p 　　大约10年前，Henderson和Faruqi意识到，应该有可能设计出一种结合了CCD相机和胶片优点的直接探测电子的传感器。他们和两个竞争团队研发的探测器，采用了和大多数手机中的摄像头芯片基本相同的有源像素传感器技术。然而，手机的芯片不能用于电子显微镜，因为强烈的电子束会瞬间破坏它们。因此，首先探测器必须能够抗辐射。第二，探测器所需的像素要大很多，以防止富含能量的电子一次激发多个像素。第三，摄像头采用的芯片必须非常薄，完成每次读出电子160万像素，否则电子散射将会使图像模糊并降低分辨率。目前传感器的厚度大约是一张纸厚度的一半。 /p p 　　冷冻电镜只需要少量的样品，因此那些无法分离得到大量样品，利用X射线晶体学方法进行分析的物质，现在可以利用冷冻电镜得到高分辨率结构。这同样适用于不容易结晶的非均相样品或柔性复合物，因为不同颗粒或构象的物质的冷冻电镜图像在图像处理阶段很容易分离开。 /p p 　　新的检测器提供了另一种决定性的优势：当电子束撞击薄的、不支持冷冻的样品时，它们的快速读出能够补偿小的不可避免地移动。在新的相机问世前，由于电子束诱导移动引起的模糊是一个看似不可逾越的问题。现在，通过快速连续拍摄，可以得到一个区域的数十张图像，并且电子束诱导移动被检测到并反转在电脑上。这种去除模糊的影响戏剧性的和天文学哈勃望远镜相类似，尽管在这两种情况下引起模糊的原因是不同的。 /p p 　　新的相机也促使了低温电子断层扫描成像的重大突破，低温电子断层扫描能够得到全细胞、细胞片、或细胞区室的三维图像，如线粒体。利用断层成像识别分子特征，采用标准CCD相机甚至已达到亚纳米细节，新的探测器问世也必然给断层成像研究带来巨大的变化。 /p p 　　在新相机问世的同时，强大的极大似然图像处理程序也被开发出来。这些程序定义可靠客观的标准，来对几万或几十万个的单粒子图像进行平均处理，为的是要实现高分辨率。先进的检测器和软件相结合，获取的冷冻电镜结构，在相同的标称分辨率下，其清晰度和map definition比采用X射线晶体学解析的结构要好，因为在冷冻电镜图像中包含着高质量的相位信息。 /p p 　　冷冻电镜的分辨率革命是否意味着X射线蛋白质晶体学时代即将结束?当然不是。在可预见的将来，分子量小于100kD的小蛋白，分辨率达到2 Å 或更好将依然是X射线晶体学的领域。但是对于大的，易碎的，或者柔性结构蛋白(如膜蛋白复合物)，它们很难形成晶体，但却在生物医学中起着关键的作用，新技术将对此带来重大突破。在未来，对分子量大、已知的蛋白复合物，如核糖体，进行结晶将可能不再是必要的。相反，它们的结构可以从容并迅速的通过冷冻电镜来确定。这真是激动人心的时刻。（编译：秦丽娟） /p p & nbsp & nbsp 原文检索： a href=" http://www.sciencemag.org/content/343/6178/1443.short" http://www.sciencemag.org/content/343/6178/1443.short /a /p

总部位于瑞士的研究人员最近发现了SARS-CoV-2奥密克戎变种中棘突蛋白的高分辨率冷冻EM结构，目前该变种已席卷欧洲和世界大部分地区。洛桑埃科尔理工学院生命科学学院病毒学和遗传学实验室的病毒学家迪迪埃特罗诺（Didier Trono）教授和同事们用200kV Glacios Cryo-Em仪筛选了蛋白质样本，然后最终数据收集在300kV Titan Krios G4上。特罗诺（Trono）及其同事在生物学评论（bioRXiv）预印本《cryo EM对Omicron SARS-COV-2变种棘突的结构分析及其对免疫逃避的影响》中写道：“数据是用CryoSPARC Live“实时”处理的，在距冷冻3小时后生成了第一张3D图谱。”预印本于2021年12月28日发布。a、 奥密克戎变体峰的冷冻电镜图谱。图谱染色对应于构成完整三聚体（A（绿色）、B（蓝色）和C（橙色））的每一个尖峰单体链。红色表示聚糖。单RBD up（单体C）的柔韧性几乎看不见。b、 奥密克戎棘突原子模型的侧面图为灰色，突变以黄色突出显示。c、 单体A的带状表示，突出显示灰色的不同区域（如图d所示）和黄色球体中的突变。突变被标记。红色标记的突变是与其他挥发性有机化合物共有的突变。d、 奥密克戎峰b区的俯视图，以黄色突出显示特定突变。[来自倪东春（Dongchun Ni）等人，bioRXiv（生物学评论）]。最近在Dubochet成像中心安装了电子显微镜，这是EPFL与洛桑大学（University of Lausanne）之间的合资项目。有了这些，研究人员能够在近原子尺度上观察奥密克戎变体的棘突蛋白的结构。DCI已经制作了一张分辨率为2Å的原始病毒棘突蛋白图像——他们声称这是迄今为止获得的最高分辨率——使科学家能够查看单个原子。EPFL和洛桑大学（University of Lausanne）的亨宁.蒂拉伯格（Henning Stahlberg）教授说：“我们现在可以准确地看到突变是什么使得奥密克戎变异体能完全抵制阿斯利康疫苗和辉瑞制药的一部分。”“在首次发现这种变异不到一个月后，确定奥密克戎的棘突蛋白的结构就像是在首次用望远镜观测后的几周内登上一颗行星，”特罗诺补充道。“这项技术的潜力非常惊人。”研究人员希望他们的cryo-EM数据将帮助科学家了解突变的棘突蛋白如何与ACE2细胞受体结合，从而为新疗法打开大门。Read the bioRXiv preprint here. About the authors： 丽贝卡.普尔博士（Dr Rebecca Pool）丽贝卡是《显微镜与分析》的新闻编辑，也是一名自由科学记者，拥有材料科学博士学位。她曾在《威利分析科学》、《自然光子学》、《SPIE光子学聚焦》、《物理世界》、《科幻一代》、《工程与技术杂志》、《世界钢铁》等杂志上发表文章。供稿：符斌

东方国际招标有限责任公司受中国科学院长春应用化学研究所委托，根据《中华人民共和国政府采购法》等有关规定，现对中国科学院长春应用化学研究所原子分辨率双球差透射电子显微镜招标采购项目进行公开招标，欢迎合格的供应商前来投标。　　项目名称：中国科学院长春应用化学研究所原子分辨率双球差透射电子显微镜招标采购项目　　项目编号：OITC-G16031838　　项目联系方式：　　项目联系人：王军　　项目联系电话：68725599-8440　　采购单位联系方式：　　采购单位：中国科学院长春应用化学研究所　　地址：吉林省长春市人民大街5625号　　联系方式：苑老师 0431-85262186　　代理机构联系方式：　　代理机构：东方国际招标有限责任公司　　代理机构联系人：王军 68725599-8440　　代理机构地址： 北京市海淀区阜成路67号银都大厦15层　　一、采购项目的名称、数量、简要规格描述或项目基本概况介绍：　　二、投标人的资格要求：　　1) 符合《中华人民共和国政府采购法》第二十二条要求 2) 按本投标邀请的规定获取招标文件。3) 投标人不得为列入失信被执行人、重大税收违法案件当事人名单、政府采购严重违法失信行为记录名单的供应商。4) 代理商投标必须有授权书。　　三、招标文件的发售时间及地点等：　　预算金额：2130.0 万元(人民币)　　时间：2016年11月17日 09:00 至 2016年11月23日 17:00(双休日及法定节假日除外)　　地点：5、 招标文件采用网上电子发售购买方式,招标文件销售时间:2016年11月17日—23日.(5个工作日,节假日除外)：1)有兴趣的投标人可登陆网址(http://www.o-science.com招标在线频道 频道服务电话：68729910)，完成投标人注册手续(免费)，然后登录系统浏览该项目下产品的“技术指标”，已注册的投标人无需重新注册。如决定购买招标文件，请完成标书款缴费及标书下载手续，并与招标机构进行确认。每包600元人民币。2)投标人可以电汇的形式支付标书款(应以公司名义汇款至下述指定账号)，在开标现场向东方国际招标有限责任公司索取标书款发票。　　招标文件售价：￥600.0 元，本公告包含的招标文件售价总和　　招标文件获取方式：5、 招标文件采用网上电子发售购买方式,招标文件销售时间:2016年11月17日—23日.(5个工作日,节假日除外)：1)有兴趣的投标人可登陆网址(http://www.o-science.com招标在线频道 频道服务电话：68729910)，完成投标人注册手续(免费)，然后登录系统浏览该项目下产品的“技术指标”，已注册的投标人无需重新注册。如决定购买招标文件，请完成标书款缴费及标书下载手续，并与招标机构进行确认。每包600元人民币。2)投标人可以电汇的形式支付标书款(应以公司名义汇款至下述指定账号)，在开标现场向东方国际招标有限责任公司索取标书款发票。　　四、投标截止时间：2016年12月06日 14:00　　五、开标时间：2016年12月06日 14:00　　六、开标地点：　　在东方国际招标有限责任公司1513会议室公开开标　　七、其它补充事宜　　本项目允许采购进口产品。　　招标机构名称：东方国际招标有限责任公司　　地　　址：北京市海淀区阜成路67号银都大厦15层 邮　　编：100142　　电　　话： 68725599-8440 传　　真：68458922　　电子信箱：wangjun@osic.com.cn 联系人：王军　　人民币支付银行：　　开户名(全称)：东方国际招标有限责任公司　　开户银行：招商银行北京西三环支行　　帐号：862081657710001　　招标人：中国科学院长春应用化学研究所　　地址：吉林省长春市人民大街5625号　　电话：0431-85262186　　备注：鼓励以电汇方式购买招标文件、递交投标保证金和支付中标服务费：　　须在电汇凭据附言栏中写明招标编号及用途。　　以电汇方式购买招标文件的，还需注明项目名称、供应商名称、联系人及联系方式、邮寄地址等相关信息(传真010-68458922)。　　投标保证金只能采用电汇或银行保函支付。　　a)信用信息查询渠道：“信用中国”网站(www.creditchina.gov.cn)、中国政府采购网(www.ccgp.gov.cn)等。　　b)信用信息查询截止时点：同投标截止期，即查询投标人截止到投标截止期的信用信息记录。　　c)信用信息查询记录和证据留存的具体方式：信用信息查询记录将以网站截图打印稿形式与其他采购文件一并保存。　　d)信用信息的使用规则：如投标人为“信用中国”网站(www.creditchina.gov.cn)中列入失信被执行人或重大税收违法案件当事人名单的供应商，或为中国政府采购网(www.ccgp.gov.cn)政府采购严重违法失信行为记录名单中被财政部门禁止参加政府采购活动的供应商，则其投标将被拒绝。　　八、采购项目需要落实的政府采购政策：　　中华人民共和国政府采购法

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 12 月 17 日，《自然》（Nature）杂志盘点了今年发表的科学新闻和研究观点，从中选出了十项最为重大的科学发现，既包括新冠病毒研究、压力如何导致白发、HIV 治疗等医学方面的研究，也有银河系快速射电暴等天文学发现，其中，科学家首次将冷冻电镜分辨率达到原子级别，并获得了迄今为止使用单粒子冷冻电子显微镜（cryo-EM）的方法获得的最清晰图像，首次确定了蛋白质中单个原子的位置。这对于未来生物学的研究意义重大。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 据悉《Nature》每年都会公布其认为的十大科学发现，其中不乏一些科学仪器上的重大突破。2020年 span style=" text-indent: 2em " 这十大科学发现涉及 14 篇研究论文，其中 12 篇发表于《自然》杂志，另两篇发表于《科学》（Science）杂志。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 1、打破物质 - 反物质的镜像对称性 /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/616dfc92-094a-4a8c-a85b-17f37a6a557e.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " 在 T2K 实验中，位于日本神冈天文台的地下探测器探测到穿过地球 295 公里的中微子（或反中微子） /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 日本 T2K 中微子合作组织的研究发表于 4 月 15 日的《自然》杂志，报告了轻子破坏粒子 - 反粒子镜像对称（也称为 CP 对称）的可能发现。轻子的 CP 破缺难以观测，却可以利用中微子进行搜索。中微子有三种 “味”，由它们所关联的带电轻子（电子、μ子或τ子）决定，并且可以在运动过程中从一种味转变为另一种味。如果 CP 对称守恒，μ中微子到电中微子转换的振荡概率将与反μ中微子到反电中微子转换的振荡概率相同。在 T2K 实验中，位于日本神冈天文台的地下探测器探测到穿过地球 295 公里的中微子（或反中微子）。实验测量了μ中微子到电中微子转换的振荡概率，结果在 95% 的置信水平上排除了 CP 守恒，这可能是宇宙中物质 - 反物质不对称性起源的最早标志。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 原始论文：Nature 580，339-344（2020）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 2、南极上空臭氧层的修复使高速气流停止漂移 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 20 世纪 80 年代中期，科学家在南极上空发现了春季大气臭氧层空洞，这揭示了人类制造的臭氧消耗物质（ODSs）对大气层的威胁。位于海拔 10 到 20 公里处的南极臭氧层空洞也影响了南半球大气环流，进而影响地表的气候。最明显的一个趋势是，夏季的高速气流开始向极地移动。高速气流是行星尺度的大气环流现象，地球上有数条环绕的高速气流带。1987 年的《蒙特利尔议定书》及其随后的修正案禁止了臭氧消耗物质的生产和使用。因此，大气中臭氧消耗物质浓度正在下降，臭氧层已经出现初步的恢复迹象。Banerjee 等人的研究指出，自臭氧层开始恢复以来，空洞相关的环流效应已经停止。以前曾有人注意到这种环流效应停止的趋势，但 Banerjee 等人首次正式将其归因于《蒙特利尔议定书》的影响。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 原始论文：Nature 579，544-548（2020）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 3、史前爱尔兰贵族墓葬遗址 /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/57593d22-37f8-49cc-a8b3-0f28ce8a3e0c.jpg" title=" 2.jpg" alt=" 2.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " 纽格莱奇墓（Newgrange）是爱尔兰最著名的石隧墓，也是该国最著名的史前墓地之一，由复杂的工程技术建造而成 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 爱尔兰都柏林三一学院的 Cassidy 等人研究了农耕社会的社会结构，重点研究了被埋葬在石隧墓（欧洲的一种通道式巨石墓葬建筑）中的古代贵族。纽格莱奇墓（Newgrange）是爱尔兰最著名的石隧墓，也是该国最著名的史前墓地之一，由复杂的工程技术建造而成，墓室在一条很长的石砌通道的尽头。在陵墓入口上方有一个像窗一样的开口，在一年中白天最短的那天（冬至），这个开口可以让阳光照进墓室。研究人员对墓中发现的古代人类遗骸进行了 DNA 分析，揭示了一场罕见且出人意料的事件。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 原始论文：Nature 582，384–388 （2020）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 4、卫星图像绘制地球树木地图 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " Brandt 等人的论文报道了他们对覆盖西非西撒哈拉和萨赫勒地区超过 130 多万平方公里的高分辨率卫星图像的分析结果，他们绘制了大约 18 亿棵树木的位置和大小。在此之前，科学家还从未在如此大的区域内绘制出如此精细的树木地图。商业卫星已经开始收集数据，能够捕捉到大小在 1 平方米或以下的地面物体。陆地遥感领域因此即将迎来根本性的飞跃：从侧重于综合景观尺度的测量，到有可能在大范围或全球尺度上绘制每棵树的位置和树冠大小。这一进展无疑也将根本性地改变我们思考、监测、模拟和管理全球陆地生态系统的方式。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 原始论文：Nature 587，78–82 （2020）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 5、杀死潜伏的 HIV 病毒 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 导致艾滋病的 HIV 病毒可以长期 “潜伏”在宿主细胞中，几乎不进行转录，因此不会被免疫系统发现。在《自然》杂志 1 月同期发表的两项研究中，报道了被称为 “激活并杀死”（Shock and kill）的治疗策略，旨在扭转这种潜伏期，通过增加病毒基因的表达（激活），使被感染细胞更容易被免疫系统消灭（杀死）。两组研究人员都描述了在动物模型中的干预措施，这可能是迄今为止报道的最有效的激活手段，而且是可重复的。Nixon 及其同事使用了一种名为 AZD5582 的药物，用于激活转录因子 NF-κB——HIV-1 基因表达的主要刺激因子。McBrien 等人则将两种免疫干预措施结合起来，先通过抗体疗法耗竭 CD8+ T 细胞（降低病毒转录水平的免疫细胞），再进行 N-803 药物治疗，该药物可激活 HIV-1 的转录。除了这些进展，这两项研究还展示了用药物逆转病毒潜伏相关的概念和技术挑战。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 原始论文：Nature 578，154-159 （2020）； Nature 578，160–165 （2020）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 6、基因编辑破解挑食之谜 /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/9a948422-5a68-488a-accf-f56686806425.jpg" title=" 4.jpg" alt=" 4.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 一种学名为 Drosophila sechellia 的果蝇只以有毒的诺丽果柑（Morinda citrifolia）为食，是什么让这个物种如此挑食？ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 一种学名为 Drosophila sechellia 的果蝇只以有毒的诺丽果柑（Morinda citrifolia）为食。与其他喜欢各种水果的果蝇相比，是什么让这个物种如此挑食？Auer 等人利用基因组编辑工具 CRISPR-Cas9 破解了这个谜题。他们发现，相比其他果蝇，D。sechellia 体内表达气味受体 22a 蛋白（Or22a）的感觉神经元格外丰富，而 Or22a 氨基酸序列的微小变化正是果蝇 D。sechellia 偏爱诺丽果的关键原因。他们还发现了其他几种可能导致这种简单行为转变的演化改变。即使是喜欢臭水果的小小果蝇，也能有力地揭示大脑如何演化出复杂的行为。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 原始论文：Nature 579，402-408（2020）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 7、银河系中的快速射电暴 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 发表在 11 月《自然》杂志上的三篇论文报道了对一个快速射电暴（FRB）现象的探测，显示其来源位于银河系内。有趣的是，快速射电暴伴随着 X 射线的爆发。这一发现是通过综合了多台太空望远镜和地面望远镜的观测结果得出的。顾名思义，“快速射电暴”是指一种瞬态的无线电波明亮脉冲，爆发持续时间约为毫秒级。研究者于 2007 年首次发现了这一现象，由于存在时间很短，使得探测它们并确定其在天空中的位置变得异常困难。这是第一个被探测到具有除无线电波外辐射的快速射电暴，也是该现象在银河系内的首次发现。这三项观测也首次证实了磁星是快速射电暴的来源之一，这是目前唯一被观测验证的可产生快速射电暴的天体。值得一提的是，其中一篇论文来自中国的研究团队，第一作者为北京师范大学的林琳博士，观测结果则是来自中国 “天眼”——500 米口径球面射电望远镜（FAST）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 原始论文：Nature 587，54–58 （2020）； Nature 587，59–62 （2020）； Nature 587，63–65 （2020）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 8、冷冻电镜达到原子分辨率 /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/f07a8b58-30c2-4331-afbb-cc59a021f45d.jpg" title=" 5.jpg" alt=" 5.jpg" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " Yip 等人和 Nakane 等人报道了迄今为止使用单粒子冷冻电子显微镜（cryo-EM）的方法获得的最清晰图像，首次确定了蛋白质中单个原子的位置 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 结构生物学的一个基本原理是，一旦研究人员能够以足够的分辨率直接观察到大分子，就有可能理解其三维结构与生物功能之间的联系。在今年 10 月《自然》杂志同期发表的两项研究中，Yip 等人和 Nakane 等人报道了迄今为止使用单粒子冷冻电子显微镜（cryo-EM）的方法获得的最清晰图像，首次确定了蛋白质中单个原子的位置。两个小组使用的硬件都经过改良，突破了以往 cryo-EM 成像在分辨率上的限制。随着这些技术的发展，cryo-EM 图像信噪比的提高将扩展冷冻电镜技术的适用性。也许这些技术的融合将使 cryo-EM 的结构测定达到甚至超越 1 埃（0.1 纳米）的分辨率——这在过去几乎是不可能实现的成就。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 原始论文：Nature 587，157–161 （2020）； Nature 587，152–156 （2020）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 9、干扰素缺乏可导致新冠重症 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在 9 月在线发表于《科学》的两篇论文中，Zhang 等人和 Bastard 等人阐明了影响感染新冠病毒后是否发展为重症的一个关键因素——干扰素尤其是 I 型干扰素（IFN-I）的缺乏。这种缺乏可能由不同原因导致，比如编码关键抗病毒信号分子的基因发生遗传突变，或由于抗体与 I 型干扰素结合并使其 “中和”。I 型干扰素缺乏如何导致危及生命的重症 COVID-19？最直接的解释是这种缺乏导致病毒不受控制地复制和传播。另一方面，I 型干扰素缺乏也可能对免疫系统功能有其他影响。IFN-I 诱导通路基因突变的个体将从提供干扰素的治疗中受益。此外，那些对 IFN-α和 IFN-ω具有中和性抗体的人也可能受益于治疗中提供的其他类型的干扰素，如 IFN-β和 IFN-λ。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 原始论文：Science 370，eabd4570 （2020）； Science 370，eabd4585 （2020）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 10、压力为何会使头发变白？ /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这是《自然》杂志 “新闻与观点”栏目在 2020 年读者浏览最多的一项研究报道。目前对压力对头发变白的相对作用尚不完全清楚。头发的颜色由黑素细胞决定，这些细胞来自于毛囊凸起部分的黑色素干细胞（MeSCs）。这篇发表于 1 月《自然》杂志的论文是哈佛大学许雅捷团队的成果，第一作者是张兵博士。研究报告称，在压力引起的 “战斗或逃跑”反应中，交感神经系统的神经元会释放出神经递质分子去甲肾上腺素；在极端应激或高水平去甲肾上腺素暴露下，黑色素干细胞的增殖分化显著增加，导致黑色素细胞大量迁移，远离毛囊隆突区，但由于没有替代的干细胞，便导致头发变白。这项研究将有助于了解压力如何影响其他的干细胞，也为寻找阻止和逆转压力的方法提供了线索。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 原始论文：Nature 577，676-681（2020）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " br/ /p

超高分辨率让“不可能”变为“可能”!史晓磊Isotope Abundance同位素丰度，是指自然界中存在的某一元素的各种同位素的相对含量（以原子百分计）。如1H的同位素丰度为99.985%，2H为0.015%。可用于追踪物质的运行和变化规律，借助同位素原子以研究有机反应历程的方法，称之为同位素示踪法。因其所引用的同位素标记化合物的化学量是极微量的，不会对体内生理过程产生影响，获得的分析结果符合生理条件，在代谢组学研究中被广泛应用。想在不受13C干扰的条件下去测量低丰度的2H示踪以用于代谢研究，是几乎不可能的，由于来自四极杆质谱的M+1质量同位素13C丰度很高，约为 18%，严重干扰了测定2H的标记示踪[1]。但实际上，2H(0.015%)的低自然丰度使得示踪剂剂量在理论上小于0.5%是可能的[2]，这需要极高分辨率的质谱才能实现完全的基线分离，而Orbitrap Exploris GC 240出现之后，凭借其240000的超高分辨率，让以往在代谢研究中不可能实现的难题变为可能。今天为大家分享一篇美国德克萨斯大学西南医学中心的研究人员利用Orbitrap Exploris GC 240分析棕榈酸中的2H同位素示踪剂的应用。图1.棕榈酸酯C16H31O2的质量同位素分布摘要新生脂肪生成(De novo lipogenesis, DNL)是由碳水化合物等非脂质营养物质合成的脂肪酸，是长期储存热量和维持细胞膜的主要营养物质[3]。监测DNL在细胞器、细胞、组织活检、小鼠模型和人类等环境中的功能，将有助于发现新的分子生理学和许多不同疾病的潜在干预措施。DNL通量通常通过氘水(2H2O)给药后2H掺入脂肪酸来测量。本文利用GC-Orbitrap解析2H和13C脂肪酸质同位素，允许DNL定量使用较低的2H2O剂量和较短的实验周期。NewOrbitrap Exploris™ GC 240科研利器，引领潮流图2. 稳定同位素2H2O是测定DNL的基础 图3.EI模式下的棕榈酸甲酯的质谱图图4.NCI模式下的棕榈酸五氟苯酯质谱图 通过比较棕榈酸甲酯在EI模式和五氟溴代苯衍生棕榈酸酯在NCI模式下的质谱图，NCI测定五氟苯酯产生了未破碎的棕榈酸盐离子(C16H31O2，精确分子量为255.2324)，比EI检测甲酯的效率和灵敏度高1000倍(见图3和图4)。 图5. 采用不同条件验证2H在棕榈酸中的示踪标记 针对不同AGC（自动增益控制）目标的靶向选择离子监测(Target-SIM)(2*104, 2*105和3*106)，2H1和13C1的M + 1两种方法都能很好地分辨。而但全扫描数据为易受离子损失，特别是在AGC目标值高的情况下，容易产生空间电荷效应。同时，准确度高(94-107%)，精度高(变异系数6.模拟人体水富集到0.3% 2H2O时棕榈酸质量富集作为DNL的函数研究棕榈酸酯13C1和2H1 (M + 1)质量位移需要用165,000的最小分辨率进行分辨，以往用傅立叶变换离子回旋共振质谱法（FT-ICR-MS）可以实现，但扫描时间长，并需要超导磁体[7]，不易实现。当GC-Orbitrap商业化之后，成为很多代谢组学实验室进行分辨13C和2H的首选。为了确定这种方法是否比单位分辨率的质谱更有优势，模拟了超高分辨率的质谱0-10%的DNL分数范围和0.3%的体内水富集。结果证明，GC-Orbitrap为检测极低前体和产物富集的DNL提供了主要的理论优势。 图7. 在其他脂肪酸中也可以检测到2H富集 结论 本文介绍了一种HR-Orbitrap-GC-MS方法，该方法解决了其他同位素的2H质谱富集，来研究DNL生成。在棕榈酸中直接检测2H质量同位素可防止在低富集时与13C自然丰度的卷积，实验证明，DNL可以在1小时内检测完成，且2H2O的剂量比以前更低[8]。Orbitrap Exploris GC 240因其超高的24万分辨率解决了代谢组学研究中一直以来的难题，成为代谢组学研究中不可或缺的利器。 参考文献：1. Brunengraber, H., Kelleher, J. K. & Des Rosiers, C. Applications of mass isotopomer analysis to nutritional research. Annu. Rev. Nutr. 17, 559 (1997). 2. Diraison, F., Pachiaudi, C. & Beylot, M. In vivo measurement of plasma cholesterol and fatty acid synthesis with deuterated water: 3. Wallace, M. & Metallo, C. M. Tracing insights into de novo lipogenesis in liver and adipose tissues. Semin Cell Dev Biol, https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2020.02.012 (2020). 4. Murphy, E. J. Stable isotope methods for the in vivo measurement of lipogenesis and triglyceride metabolism. J. Anim. Sci. 84, E94–E104 (2006). 5. Su, X., Lu, W. & Rabinowitz, J. D. Metabolite spectral accuracy on orbitraps.Anal. Chem. 89, 5940–5948 (2017). 6. Fernandez, C. A., Des Rosiers, C., Previs, S. F., David, F. & Brunengraber, H.Correction of 13C mass isotopomer distributions for natural stable isotope abundance. J. Mass Spectrom. 31, 255–262 (1996). determination of the average number of deuterium atoms incorporated. Metabolism 45,817–821 (1996). 7. Herath, K. B. et al. Determination of low levels of 2H-labeling using highresolution mass spectrometry: application in studies of lipid flux and beyond.Rapid Commun. Mass Spectrom. 28, 239–244 (2014). 8. Previs, S. F. et al. Using [(2)H]water to quantify the contribution of de novo palmitate synthesis in plasma: enabling back-to-back studies. Am. J. Physiol.Endocrinol. Metab. 315, E63–E71 (2018).

4D前沿技术原位动态听客户说 CUSTOMER唯一一款适合实验室的动态显微CT揭秘革命性X射线显微CT显微CT，是现有的唯一一种能够对样品的内部结构和成分进行成像的显微镜方法。如今，显微 CT 的无损成像技术可以随着时间的变化跟踪记录样品的动态行为，时间就是第四维，这是最新的时间分辨显微CT（4D CT）。尽管4D CT向科学界展示了一种全新的研究方法，能够以微米级分辨率从内到外跟踪样品的变化过程，但该方法仍有一些局限性：实验室中的传统显微CT 是一种相对较慢的成像方法。在CT 360度旋转扫描过程中，采集的时间需要快于样品内部发生变化的时间，否则重建出的三维结果会有运动伪影，这意味着传统实验室中的时间分辨 CT 只能用于跟踪监测非常缓慢的过程，例如金属腐蚀，蠕变过程或缓慢结晶现象。在破坏性实验情况下，例如压缩实验，这类实验需要在不同阶段停止，以便进行准静态成像，传统时间分辨CT无法跟踪快速和不间断的变化过程。如今，最快速的解决方案是用同步加速器显微CT，它的时间分辨率远小于每秒一圈。然而，它们的可用范围相当有限、运行成本也十分昂贵。相对以上2种方案，动态显微 CT 解决方案DynaTOM，适用范围更广，性价比更高，目前，是市场上唯一一款介于传统实验室显微 CT 和同步加速器显微 CT 之间的桥梁。DynaTOM动态显微CT不仅具有高读取速度且高功率的 X 射线源和探测器，能够在几秒钟内采集完整的 3D 断层图像。更重要的是可实现样品或射线源-探测器的连续、无限旋转。解决哪些痛点FEATURES终于可实现不间断的3D原位实验的CT系统达到低至0.6微米的空间分辨率能构建出完整的层析图像，以秒为单位终于将实验室的显微CT时间分辨率极限降低到几秒钟应用场景 APPLICATION已经被成功应用于：一、作为验证计算模型的工具动态 CT 被用作数值模型的验证工具，预测和模拟泡沫金属的机械性能。这些泡沫金属是我们日常生活中存在的许多物体和材料的关键材料。它们在轻型车辆中使用但不会影响强度（航空航天、汽车），也可用于减振（作汽车的车前防撞缓冲区）。然而，表征这些泡沫金属并非易事，因为它们是不透明的、复杂的3D 结构。传统的机械测试只能从宏观角度测试材料性能，无法完全了解微观细节。因此，通常将数值建模作为一种新的工具来模拟实验和预测泡沫金属的应力应变行为。但到目前为止，还没有真正的方法可以验证这些数值模型的结果，因此引入了动态显微CT 来评估泡沫金属压缩模拟结果的有效性。（泡沫支柱的屈曲在实验（左）和模拟（右）中展现）二、作为量化药片快速结构变化的工具动态 CT 用于更好地了解药物固体剂型（片剂或胶囊）的溶解过程。剂型是控制患者的活性药物成分的主要形式，通常由压实的粉末和添加的赋形剂组成。为了将活性药物成分输送给患者，压实的片剂需要机械破碎成更小的颗粒。而辅料的混合是必不可少的，因为它可以控制药物在体内的释放过程并确保产品的品质。因此，固体剂型是在不同长度尺度上具有高度异质性的复杂结构。大多数了解片剂溶解行为的定量研究都是基于测量整个片剂或单个颗粒的体积增加。通常，体积增加是由于产品与水接触时的溶胀机制。可以通过液滴方法或直接通过毛细管吸收来添加水，并且通常可以直观地记录体积变化。然而，为了同时研究水在片剂内部的渗透、崩解和溶胀，需要以非破坏性和全 3D 方式可视化该过程。（动态实验在时间轴上的三个不同阶段。水锋在平板电脑上移动得非常快；吸水后，样品中存在大的裂缝和空隙，并且观察到体积增加。）三、更多应用实例，请搜索bilibili视频号：TESCAN中国实验室中的动态显微 CT 是时间分辨、无损成像的新前沿。在实验室显微 CT 系统上快速、不间断地成像的能力为先进材料开辟了新的评估方法，并使工程师能够通过原位实验验证或纠正材料行为。结合使用专业解决方案的数值模型，这种新的分析方法将显着提高新材料和设备的开发速度，同时降低其开发成本。(以上文章已被科技界4大杂志巨头之一Wiley旗下的Wiley Analytical Science收录。具体应用内容请关注下一期“前沿分享”） 敬请期待下一期...

网络研讨会：高分辨率CT成像技术与应用时间：2016-09-08 14:00 注册方式打开以下链接并报名http://www.instrument.com.cn/webinar/meeting/meetingInsidePage/2104 讲座内容概要在过去的几十年中，显微成像技术取得了令人瞩目的发展，涌现出众多新的技术和设备，如光学显微镜，SEM/TEM， AFM等，将显微成像技术的分辨能力不断推向新的高度，从微米到纳米甚至是原子尺度。但是，所有这些技术都只是对样品表面形貌进行观测，对样品制备有严格的要求。而高分辨率CT成功的弥补了这一不足，可在无损的情况下对样品内部组分及三维结构进行精确表征。“高分辨CT技术及其应用”介绍了最新的x射线三维显微成像检测技术及其产品，该技术可对样品内部不同吸收系数的组分及微观结构进行三维高分辨率无损成像，在科研及工业领域有着广泛的应用，如石油地质，材料科学，先进制造等。欢迎各行各业对CT感兴趣的用户参与。

德国哥廷根大学医学中心纳米专家Ali Shaib和Silvio Rizzoli团队开发了一种用于普通光学显微镜的方法——ONE显微镜的技术，这项技术记录了单个蛋白质图像和从未见过的细胞结构图像，其细节程度甚至超过了价值数百万美元的“超分辨率”显微镜。相关研究结果发表于预印本网站bioRxiv。“显微镜技术应该有某种形式的民主。” Rizzoli指出，该新技术的高分辨率适用于很多人，而不是少数富裕的实验室。传统光学显微镜的能力受到光学定律的限制，这意味着小于200nm的物体观测是模糊的。Rizzoli说，研究人员已经开发出了超越物理的超分辨率方法，可以将这一极限降低到10nm左右。这种方法获得了2014年诺贝尔化学奖，它使用光学技巧来精确定位附着在蛋白质上的荧光分子。2015年，研究人员提出了另一种规避光学限制的方法。美国麻省理工学院神经工程师Edward Boyden领导的研究小组表明，充气组织（使用尿布中的一种吸收性化合物）可以使细胞物体彼此远离。这种被称为膨胀显微镜的技术使显微镜分辨率有了飞跃，可以分辨20nm左右的结构。Shaib和Rizzoli的技术融合了这两种方法，以达到1nm以下的分辨率。这种清晰度足以揭示单个蛋白质的形状，而此前通常使用更昂贵的结构生物学方法，对这些蛋白质进行更详细的成像，如冷冻电子显微镜。膨胀显微镜的简单性是其吸引力的一部分，Boyden估计，超过1000个实验室已经采用了这项技术。样品经过化学物质处理，将蛋白质固定在一种聚合物上，加入水后，聚合物膨胀到原来的1000倍，使分子分离。ONE显微镜技术也利用热或酶来分解蛋白质，这样单个片段在膨胀过程中就会被拉伸到不同的方向。研究人员已经使用他们的方法记录了一种神经分子GABAA受体的图片，这与蛋白质的高分辨率低温电子显微镜和X射线晶体学图非常相似。他们还捕捉到了一种名为耳铁蛋白的大块蛋白质的轮廓，这种蛋白质的结构尚未确定，它有助于在大脑中传递音频信号。这个形状类似于AlphaFold深度学习网络做出的结构预测。虽然该方法无法与低温电镜的分辨率相匹配，后者在某些情况下可以揭示小于0.2 nm的近原子级细节，但是低温电镜技术既小气又昂贵。Rizzoli说，相比之下，ONE显微镜可以提供一种快速而简单的方法来了解几乎任何分子的结构。Rizzoli说，开发这项技术的部分动机是扩大尖端光学显微镜的可及性。ONE显微镜方法很简单，适用于20世纪90年代过时的荧光显微镜。开罗德国大学制药技术专家Salma Tammam计划今年夏天派一名博士生学习这项技术。她的实验室研究纳米颗粒如何在细胞中移动，他们想要看到粒子及其运载物的细节。但与低收入和中等收入国家的许多研究人员一样，他们无法获得昂贵的超分辨率显微镜。德国莱布尼茨分子药理学中心突触生物学家Noa Lipstein说，扩大超分辨率显微镜的应用范围对资金雄厚机构的科学家也很重要。她最近成立了一个独立的研究小组，并选择将ONE显微镜应用于他们对神经突触细节的研究。

超透镜能够超越传统光学成像分辨率的极限，实现亚波长级别的微观结构和生物分子的更好观测。然而，超透镜的本征损耗一直是该领域长期存在的关键科学问题，限制了成像分辨率的进一步提升。　　近日，来自香港大学、国家纳米科学中心和英国帝国理工学院等机构的研究人员密切合作，提出了多频率组合复频波激发超透镜成像理论机制，通过虚拟增益来抵消本征损耗，成功提高了超透镜的成像分辨率约一个量级。该研究成果于8月18日在《科学》杂志上在线发表。　　“超透镜”概念最早由英国帝国理工学院教授John Pendry于2000年首次提出。根据理论预测，超透镜将具有突破传统光学成像分辨率极限的能力。随后，为实现超透镜构想，中国科学院外籍院士、香港大学教授张翔团队率先提出了新型银-聚合物超透镜的实验方案，极大推动了超透镜技术的发展和应用。此后，各国科学家纷纷加大研究投入，超透镜迅速成为光学领域的热门课题，并被广泛应用于生物医学、光纤通信、光学成像等场景。合成复频波方法提升超透镜成像质量的原理示意图（研究团队供图）　　目前，基于极化激元材料和超构材料的超透镜已被广泛验证可以实现亚衍射成像，但其本征损耗的严重限制了其分辨率进一步提升，从而也限制了其应用发展。　　为了解决这一重大挑战，由香港大学教授张霜、张翔、国家纳米科学中心研究员戴庆以及John Pendry组成国际科研团队开展联合攻关。　　在最新发表的论文中，张霜介绍：“针对光学损耗提出一种实用的解决方案，即借助多频率组合的复频波激发来获得虚拟增益，进而抵消光学体系的本征损耗。”　　作为验证，他们把这一方案运用到超透镜成像机制，理论上实现了成像分辨率的显著提升。最后，进一步借助微波频段双曲超构材料的超透镜实验进行了论证，获得与理论预期一致的良好成像效果。　　戴庆团队基于长期对原子制造技术下的高动量极化激元的积累，创制了基于合成复频波的碳化硅声子极化激元超透镜。“我们最终实现了超透镜成像分辨率约一个量级的提升，相信这将对光学成像领域产生巨大影响。”戴庆表示。　　科研人员介绍，合成复频波技术是一种克服光子学系统本征损耗的实用方法，不仅在超透镜成像领域有卓越的表现，还可以扩展到光学的其他领域，包括极化激元分子传感和波导器件等。该方法还可以针对不同的系统和几何形状进行定制化应用，为提高多频段光学性能、设计高密度集成光子芯片等方向提供了一条潜在的途径。　　“这是一个优美而普适的方法，可以拓展到其它波动体系来弥补损耗问题，如声波、弹性波以及量子波等。”张翔说。　　香港大学博士后管福鑫、国家纳米科学中心特别研究助理郭相东和香港大学博士生曾可博为本文共同一作。张霜、张翔、戴庆和John Pendry为本文共同通讯作者。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 近日，中国科学技术大学侯建国院士领衔的单分子科学团队的董振超研究组与罗毅研究组，在单分子拉曼成像领域取得重大进展，将空间分辨率推向新极限，实现了埃级单化学键分辨的分子内各种振动模式的实空间成像，并提出了一种全新的分子化学结构重构技术——扫描拉曼埃分辨显微术（Scanning Raman Picoscopy，SRP）。该成果于2019年11月8日在《国家科学评论》上在线发表研究论文“Visually Constructing the Chemical Structure of a Single Molecule by Scanning Raman Picoscopy”。 br/ /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202002/uepic/1c99e193-5263-4cb7-b135-48cb65706eae.jpg" title=" 图片2.png" alt=" 图片2.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 精确确定分子的化学结构对于任何一个分子相关领域都具有至关重要的意义，是深刻理解分子的化学、物理、生物等性质和功能的关键。扫描隧道显微镜和原子力显微镜具有在实空间对单分子骨架进行成像的杰出能力，但这些技术通常缺乏精确确定单分子结构所必须的化学信息。拉曼散射光谱中包含了丰富的分子振动结构信息，不同化学基团的拉曼光谱的谱形特征各不相同，因此拉曼光谱可以作为分子化学基团的“指纹”识别工具，但常规拉曼成像技术达不到扫描针尖技术所具有的的超高空间分辨率。因此，将二者结合发展起来的针尖增强拉曼光谱技术（TERS），可以克服各自技术的缺陷，融合两种技术的优势，为实现单分子化学结构的确定提供了可能。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2013年，由侯建国院士领衔的单分子科学团队首次展示了亚纳米分辨的单分子拉曼成像技术 [Nature 498, 82 (2013)]，将具有化学识别能力的空间分辨率提高到了一个纳米以下（~5埃），此项突破性成果已被国际同行引用八百多次。在此基础上，研究者们一方面探索单分子拉曼成像技术空间分辨率的极限，另一方面思考如何充分发挥这项技术的独特优势。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 最近，该团队通过改进低温（液氦）超高真空针尖增强拉曼光谱系统和精细调控针尖尖端高度局域的等离激元场，将空间分辨率提高到了1.5埃的埃级单个化学键识别水平，在实空间获得了分子各种本征振动模式完整的空间成像图案，并发现和观察到了分子对称和反对称振动模式中显著不同的干涉效应。 span style=" text-indent: 2em " 更为重要的是，该团队基于埃级分辨的分子振动模式成像图以及由此揭示的新物理效应，结合化学基团的拉曼指纹数据库，提出了一种可视化构建分子结构的新方法——扫描拉曼埃分辨显微术。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 扫描拉曼埃分辨显微术充分彰显了基于拉曼信号的针尖扫描技术“锋芒毕显”地在实空间精确确定分子化学结构的能力。研究者以单个镁卟啉分子作为模型体系，采用“搭积木”(Lego-like)方式把各个化学基团拼接起来，实现对整个分子化学结构的构建。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 埃级分辨的扫描拉曼显微术所具备的这种解析未知分子化学结构的能力，无疑将引起化学、物理、材料和生物等领域科研人员的广泛兴趣，催生这一领域的大量相关研究。可以预见，通过与人工智能、机器学习相结合，SRP有望发展成为一种成熟和通用的技术，将为在单个化学键尺度上确定单分子的化学结构、原位研究表面物理化学过程和表面催化反应等提供新的手段，也为生物分子的高分辨成像和结构确定提供了新的思路。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 338px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202002/uepic/47c007ae-9907-4795-aaad-fd122b1fdc5f.jpg" title=" 5ed3bc27-97c4-4eec-bd3d-158345f6ee72.png" alt=" 5ed3bc27-97c4-4eec-bd3d-158345f6ee72.png" width=" 600" height=" 338" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " strong 扫描拉曼埃分辨显微术的艺术化效果图 /strong /p p style=" text-align: justify " 图片说明：高度局域化的等离激元电磁场会显著增强针尖下方单个分子内部局域化学基团的拉曼散射信号。将不同化学基团简正振动模式对应的拉曼成像图样进行合并，就可以采用类似“堆积木”的方式将各个化学基团拼接起来，构建出完整的分子化学结构。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 文章链接： /span a href=" https://academic.oup.com/nsr/article/6/6/1169/5614536" target=" _self" span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong span style=" text-indent: 2em " Visually Constructing the Chemical Structure of a Single Molecule by Scanning Raman Picoscopy /span /strong /span /a /p

在 X 射线 CT 中，空间分辨率是重要的量化参数之一，它被定义为重建图像中两点之间可以区分的最小线性距离。因此，对空间分辨率的适当评估是至关重要的，特别是对于微纳 CT 这种高精度要求的成像系统。目前有两种最常见的空间分辨率评估方法：第一种是利用分辨率测试卡评估，其包含了可进行直接视觉评估的图案结构，在工艺上可制成二维和三维结构，适用于 X 射线断层和 X 射线 CT。测试卡的优势在于操作简单，可直观评估分辨率。但测试卡有一个明确定义的结构分布，只能评估测试卡上所列的图案尺寸；第二种是利用遵守 ASTM E1695-95 标准（Standard Test Method for Measurement of Computed Tomography (CT) System Performance）的斜边法或边缘瞬变法，光源扫描圆柱体或球体边缘，随后基于一套标准的数据处理方法计算空间分辨率。该方法需严格遵守测试标准，能够精确度量空间分辨率且不受测试卡的图案尺寸限制。1Resolution-spirit—微纳 CT 空间分辨率测试捷克CACTUX公司推出的 Resolution-spirit 是按照 ASTM E1695-95 标准制造的微纳 CT 模体，并由超精密三维测量机 nano-CMM 标定。Resolution-spirit 是一个高精度的红宝石球(Φ=0.5~5 mm)，粘在一根碳棒上，如下图(左)所示。为评估 XY 平面的分辨率，只需对模体成像，如下图(右)所示，其中绿点为计算的质量中心。用户只需对模体边缘像素的数据进行处理，即两个红色圈内的数据，以质量中心为准，获得不同半径下强度分布—边缘响应函数(ERF)。这里最大挑战是以非常高的精度确定质量中心，如果没有正确地定义中心，那么根据中心对像素进行分组将不准确，错误将导致边缘模糊。然后依次通过求导和傅里叶变换得到点扩散函数(PSF)和调制传递函数(MTF)，根据体素大小和 MTF 精确算出空间分辨率。最后类推到其他平面，可获得 CT 系统的三维空间分辨率。例如，布尔诺理工大学的研究人员利用传统 2D 分辨率测试卡和模体对 Heliscan 微米 CT 进行分辨率测试，如下表所示，模体能提供更精确的度量。2 Voxel-spirit—纳米 CT 体素校准在锥束 X 射线 CT 中，光源、样品和探测器之间的距离(SOD和SDD)影响重建体的视觉保真度和体素大小。除了这两个距离的估计存在偏差外，体素大小的真实值还受到 X 射线源漂移、CT 组件热膨胀、探测器和转台倾斜等因素的影响。因此，使用参考样品进行校准是防止在估计体素大小时出现误差的适当工具。对于视场在 10 mm及以上的锥束CT，体素尺寸校准已经很好地建立起来，并且有大量合适的参考样品可用。然而，对于小视场、高分辨率的微纳 CT 来说，很难找到合适的参考样品。CACTUX 的 Voxel-spirit 可以对 SOD 和 SDD 的误差进行精确校准，从而提高重建质量和体素大小的准确性，其适用于视场较小且锥束放大倍率接近 1 的微纳 CT。voxel-spirit由两个高精度的红宝石球(Φ=0.3 mm)组成，它们粘在一根碳棒上，球中心间距(约0.5 mm)并且经过 nano-CMM 严格度量，精度约 70 nm，如下图所示。首先保证两个球体完全在视场内，光源中心与探测器平面正交，两球中心连线平行于探测器平面。在对 Voxel-spirit成像后，可根据下图公式 1 计算体素大小。根据这种关系，在体素大小上的误差可能是由于 SOD 和 SDD 的不精确以及像素大小 p 的不精确造成的，而这些在实验中都是难以精确测量的。因此，在给定的 CT 测量条件下，利用图像中两球中心间距 lCT 和真实度量过的球中心间距 lref，可以获得体素修正因子 cf，算出修正后的体素大小，如下图公式 2、3。3 R1-shadow—微纳 CT 机械误差校正在微纳 CT、双能 CT 或 4D CT中，旋转转台同样会引入误差，即旋转中心的不对准、装台的不稳定或移动等等。尤其是针对颗粒、粉末样品，更容易受到这些机械误差的影响。CACTUX 的 R1-shadow 可以快速直观地纠正这些机械误差，并且提供配套的数据处理软件。R1-shadow是一个由 kapton 制成的样品基底(Φ=25~100 um)，在中心处有一根碳纤维增强棒(Φ=2.5~10 um)作为机械误差校准的参考基准点，如下图所示。在确保基准点获得较高对比度的图像后，即可开始 CT 测量。下图展示了胶囊颗粒在机械误差修正前后的图像，可以清晰看到修正后的红色区域伪影消除了。 点击获取产品详细信息：捷克 CactuX—致力于提升您微纳 CT 系统的成像质量和测试效率参考文献：1. Standard Test Method for Measurement of Computed Tomography (CT) System Performance: E 1695–95. 1st edition. United States: American Society for Testing and Materials, 2013.2. Bla&zcaron ek P, &Scaron rámek J, Zikmund T, et al. Voxel size and calibration for CT measurements with a small field of view. Proceedings of the 9th Conference on Industrial Computed Tomography (iCT 2019), Padova, Italy. 2019: 13-15.3. Zemek M, Bla&zcaron ek P, &Scaron rámek J, et al. Voxel size calibration for high-resolution CT. 10th Conf. on Industrial Computed Tomography. 2020: 1-8.4. Laznovsky J, Brinek A, Salplachta J, et al. 3D spatial resolution evaluation for helical CT according to ASTM E1695–95. 10th Conference on Industrial Computed Tomography. 2020.5. Laznovsky J,Brinek A, Salplachta J, et al. Comparison of two different approaches for Spatial Resolution determination for X-ray Computed Tomography with helical scanning trajectory.

分辨率是扫描电子显微镜 (Scanning Electron Microscope, SEM)基本的性能判断指标，对成像而言，它是指能分辨两点之间的最小距离；对微区成分分析而言，它是指能分辨的最小区域。分辨距离或区域越小，性能越好，分辨率越高。一般来说，扫描电子显微镜的分辨率可能会受到以下因素的影响：一、入射电子束束斑直径该项指标决定了扫描电镜分辨率的极限，一般场发射电子枪可使束斑直径小于3nm。二、入射电子束在样品中的扩展效应扩散程度取决于入射束电子能量的高低和样品原子序数的大小。入射束能量越高，样品原子序数越小，则电子束作用体积越大，产生信号的区域随电子束的扩散而增大，从而降低了分辨率。三、调制信号分辨率与信号本身的能量和信号取样的区域范围相关，以二次电子为调制信号为例。当二次电子为调制信号时，由于其能量低(小于50 eV)，平均自由程短（10~100nm左右），只有在表层50～100nm的深度范围内的二次电子才能逸出样品表面，发生散射次数很有限，基本未向侧向扩展，因此，二次电子像分辨率约等于束斑直径，即扫描电镜分辨本领的极限。除了上述因素以外，图像分辨率还和工作条件密切相关，加速电压、束流束斑、工作距离、光阑大小、明暗对比度、探测器的选择等都会影响成像质量。例如，不管任何电镜、任何电压束流条件，都是工作距离越近，分辨率越好。不过工作距离越近，操作越危险，需要操作者谨慎操作避免试样碰撞极靴；且工作距离越近，试样允许的倾转角度也会受到更大的限制。由此可见，作为一种精密科学仪器，扫描电镜的使用是有较高操作要求的。而为了降低使用门槛，纳克微束FE-1050系列扫描电子显微镜进行了针对性的改进。一方面，在新一代电子光学镜筒的加持下，FE-1050系列展现出低电压、高分辨的卓越性能，达到1.5nm@1kV的国际先进水平；另一方面，FE-1050系列还配备了27个端口拓展以及宽大的主真空舱室，能够轻松应对各类成像、分析需求。当下，加快尖端科研仪器装备的国产化替代已成为实现高水平科技自立自强的重要工作，为强化战略科技力量，近期国家陆续出台多个相关政策，设立综合性国家科学中心、西部科学城等多个重大科技专项并推动其建设，以实现关键核心技术的加速发展。纳克微束作为央企科研国家队积极响应国家号召，致力于推动中国显微技术行业高质量发展，助力我国科学与技术硬实力提升。未来，纳克微束将陆续在全国各地布局演示中心，进一步探索材料科学、半导体、新能源、生命科学等前沿科技领域的应用场景，推动国产扫描电镜行业的高质量发展。转载文章均出于非盈利性的教育和科研目的，如稿件涉及版权等问题，请立即联系我们，我们会予以更改或删除相关文章，保证您的权益。

日本东京大学科学家利用六方氮化硼二维层中的硼空位，首次完成了在纳米级排列量子传感器的精细任务，从而能够检测磁场中的极小变化，实现了高分辨率磁场成像。氮化硼是一种含有氮和硼原子的薄晶体材料。氮化硼晶格中人工产生的自旋缺陷适合作为传感器。研究团队在制作出一层薄的六角形氮化硼薄膜后，将其附着在目标金丝上，然后用高速氦离子束轰击薄膜，这样就弹出了硼原子，形成了100平方纳米的硼空位。每个光点包含许多原子大小的空位，它们的行为就像微小的磁针。光斑距离越近，传感器的空间分辨率就越好。当电流流经导线时，研究人员测量每个点的磁场，发现磁场的测量值与模拟值非常接近，这证明了高分辨率量子传感器的有效性。即使在室温下，研究人员也可检测到传感器在磁场存在的情况下自旋状态的变化，从而检测到局部磁场和电流。此外，氮化硼纳米薄膜只通过范德华力附着在物体上，这意味着量子传感器很容易附着在不同的材料上。高分辨率量子传感器在量子材料和电子设备研究中具有潜在用途。例如，传感器可帮助开发使用纳米磁性材料作为存储元件的硬盘。原子大小的量子传感器有助于科学家对人脑进行成像、精确定位、绘制地下环境图、检测构造变化和火山喷发。此次的纳米级量子传感器也将成为半导体、磁性材料和超导体应用的“潜力股”。(a)六方氮化硼中的硼空位缺陷。空位可充当用于磁场测量的原子大小的量子传感器，对磁场敏感，就像一个纳米“磁针”。(b)量子传感器纳米阵列的光致发光可反应磁场的变化。图片来源：东京大学研究团队