收缩性

美国卡内基梅隆大学和中国香港中文大学的研究人员开发了一种能利用各种材料创建超高分辨率、复杂3D纳米结构的策略。研究成果近日发表在《科学》杂志上。研究团队此次开发的新技术，为微加工领域的长期挑战找到新的解决方案：一种将可印刷纳米设备的尺寸减小到几十纳米长、几个原子厚的方法。他们的方案与传统的被称为膨胀显微镜的方式相反，他们在水凝胶中创建材料的3D图案，并将其缩小以获得纳米级分辨率。一般3D纳米级打印机聚焦激光点以连续处理材料并需要很长时间才能完成设计，而研究人员开发的飞秒投影双光子光刻技术，能改变激光脉冲的宽度以形成图案化的光片，从而使包含数十万个像素的整个图像在不影响轴向分辨率的情况下立即打印。该方法比以前的纳米打印技术快1000倍，并可能导致具有成本效益的大规模纳米打印用于生物技术、光子学或纳米设备。研究人员引导飞秒双光子激光修改水凝胶的网络结构和孔径，为水分散性材料创建边界，然后将水凝胶浸入含有金属、合金、金刚石、分子晶体、聚合物或钢笔墨水等纳米颗粒的水中。纳米材料被自动吸引到水凝胶中的印刷图案上并完美组装。随着凝胶收缩和脱水，材料变得更加密集并相互连接。如果将打印的水凝胶放入银纳米颗粒溶液中，银纳米颗粒会沿着激光打印的图案自组装到凝胶中。随着凝胶变干，它可收缩到原来大小的1/13，使银密度足以形成纳米银线并导电。

碳排放再收缩，智易时代对焦钢铁焦化企业CO监测随着全球气候变化问题日益严重，碳排放已成为应对气候变化的重要关注点。而钢铁焦化行业是一氧化碳排放的主要来源之一，开展钢铁焦化行业一氧化碳治理，有效控制一氧化碳排放，对持续改善大气环境质量非常重要。在这一背景下，智易时代以科技创新为驱动，致力于推动工业生产节能减排成果监测，并在钢铁焦化企业CO监测方面取得了显著成果。在我们的监测系统中，一系列精密的传感器和数据分析工具实时监测企业生产过程中的碳排放量及相关环境参数，如温度、湿度、压力、风速等。这些传感器安装在各个产尘点和烟囱上，以便全面掌握企业碳排放情况。因此智易时代针对焦钢铁焦化企业的特点，开发出一套CO监测系统，实现对生产过程中CO浓度的实时监测。该系统采用先进的传感器技术和数据分析算法，能够准确、快速地检测出CO浓度，为企业管理者提供重要数据支持。分析仪具有测量精度高、可靠性好、相应时间快、操作简便且适用范围广等特点，支持手动校准和自动校准，校准程序可由用户自行设置，且支持远程控制和远程上传。实时测量数据和仪器状态参数均可实现自动传输、查询等，可供监测部门方便、准确地判断空气质量水平。监测效果：通过长期监测，系统能够有效识别并预警CO浓度超标的情况，从而降低因CO浓度过高导致的安全风险。同时，系统还可以为企业提供数据支持，帮助企业优化生产工艺，降低碳排放。价值提升：CO监测系统的应用，不仅提高了企业的安全水平，也为企业管理者提供了重要的数据支持。通过对数据的分析，企业可以优化生产工艺，提高能源利用效率，从而实现低碳排放的目标。未来，智易时代将继续加大研发投入，推动更多环保、高效的技术应用于实际生产中，助力企业实现低碳发展。

p 　　华大基因身为国内基因测序行业的龙头企业，一直备受外界瞩目，然而最近的大幅裁员和项目搁浅也将其推上风口浪尖。 /p p 　　近日，外媒称华大基因对其加州基因测序子公司Complete Genomics(以下简称CG)进行大幅裁员，但具体数量不详，克利夫· 里德已经辞去了该公司CEO的职务，其超级基因测序仪RevolocityTM的上市计划也暂时搁浅。 /p p 　　对此，华大基因公共传播部刘旭林对《中国经营报》记者证实CG确有大幅裁员， RevolocityTM平台相关的研发与商业活动也将被延缓，但没有就原因作出进一步解释。 /p p 　　在IPO前期出现这般大动作的调整，业内人士认为，华大基因方面虽然对于股市和市场的反应不是很在意，但这种大幅裁员会影响它的融资和市盈率。此外，CG还是美国纳斯达克上市公司，裁员对其影响也会非常大。 /p p 　　 strong 异动 /strong /p p 　　今年7月份以来，华大基因在人事变动上屡次发生“地震”，在华大任职16年的原CEO王俊辞去CEO职务，外界关于华大基因高管内斗的传闻甚嚣尘上。 /p p 　　北京鼎臣医药管理咨询中心负责人史立臣认为，此次CG裁员或是由华大高层的人事变动引起的战略调整，但目前看来，华大基因对于整体性的发展战略规划不是很清晰，这样的异动对企业发展影响重大。 /p p 　　目前，华大基因的估值也是市场的焦点，在此之前，国内还没有出现过可以参照的相关企业，可对标的只有美国的Illumina，全球基因测序的龙头企业，当前的市值在255亿美元左右，市盈率50多倍。 /p p 　　2012年9月，华大基因以1.17亿美元收购了CG公司，当前拥有约200名员工。其主要产品为RevolocityTM基因测序仪，该系统一年可完成1万个基因组的测序。 /p p 　　外媒称，即将离职的CG公司 CEO克利夫· 里德称，在王俊今夏辞去华大基因CEO之后，华大基因对公司战略进行了重新评估。结果是决定将CG子公司变成华大基因的研发机构，主要任务不再是提供RevolocityTM基因测序仪。 /p p 　　刘旭林对记者表示，华大基因与CG将在加州山景城成立联合研发中心，专注前沿临床研究。这将为华大基因无创产前检测业务提供更多的支持，并加速其桌面测序系统进入需求日益增长的中国市场。 /p p 　　从今年7月份到现在，华大基因经历了几次重大的人事变动，首先是原CEO王俊辞去CEO等集团职务，仅保留董事一职 9月，山东省济宁市市长梅永红正式离职，加盟华大，出任国家基因库负责人 10月，王俊在宣告进入人工智能领域创业的同时，也宣告了华大基因的另外3位高管原华大基因首席运营官吴淳、首席科学家李英睿及首席信息官黎浩担任联合创始人。 /p p 　　王俊的离去，被外界认为是核心团队的失血。CG这家子公司更是被华大基因寄予厚望，此时大幅裁员，也招致外界的一些消极揣测。在今年8月宣布上市计划之后，华大基因的一举一动都受到资本市场的关注。 /p p 　　 strong 暗斗 /strong /p p 　　目前，华大基因除了筹备上市，还在利用孵化项目布局基因生态系统，旨在瞄准精准医疗，外界也认为是为了拓展版图，提升上市估值。 /p p 　　2013年，华大基因全额收购CG子公司，旨在通过反向收购上游公司来补齐仪器设备核心技术的短板。 /p p 　　在此之前，华大基因曾于2010年买下128台Illumina测序仪，一跃成为全球最大的测序服务商，而Illumina随即宣布其配套试剂价格每年将涨价4%。 /p p 　　华大基因往上游收购的策略旨在打通基因测序产业链，其董事长汪建曾表示，数年内使基因诊疗成为全球医院标配。 /p p 　　但是外界对于CG的技术能力一直存有争议，甚至有华大基因内部人士曾对媒体透露“CG正在努力升级，华大基因考虑重新买回Illumina测序仪”的消息传出。 /p p 　　直到今年6月，CG在欧洲宣布推出超级测序仪RevolocityTM测序系统，这是一个超大型集成式测序仪。华大基因当时声称“一年可完成10000个全基因组测序，并将增加到每年30000个——超越所有现有的测序方案。” /p p 　　目前计划搁浅，有业内人士认为这是“做砸了”的信号。 /p p 　　但一名行业人士对记者表示，CG这家子公司现在对于华大基因来说已经有些“鸡肋”，研发和运营CG这家公司的成本实际高于直接向Illumina购买设备的成本。且售卖RevolocityTM测序仪和竞争对手相比，没有太多优势。从这个意义上来说，压低CG的人力成本也是一种合理的战略收缩策略。虽说长痛不如短痛，但选择在上市前夕做这么大的变动倒是出人意料。 /p p 　　此外，华大基因今年10月份推出了自主研发的桌面测序解决方案BGISEQ-500，业内人士认为，这款产品使用到了CG的核心专利技术，更小巧灵活，更适合临床使用，对于华大基因的战略布局意义比较重大。“在掌握了核心的技术之后，在国内已经可以实现类似BGISEQ-500这种产品的产业化发展，没有必要在海外养这么多人的一支团队。”该人士对记者表示。 /p p 　　从测序服务商转向测序上游供应商，华大基因的路径与产业化应用市场的成熟度提升不无关系，随着全球基因测序仪市场的增速放缓，产业链上下游开启了明争暗斗。 /p p 　　 strong 瓶颈 /strong /p p 　　根据Markets& amp Markets的一项研究报告显示，2014年二代基因测序的全球市场为25亿美元，预计2020年将达到87亿美元，复合增长率23%。其中，二代基因测序是基因学领域中增长最快的子行业，超过基因芯片和PCR技术。 /p p 　　据不完全统计，仅在北上广三地，提供基因检测二代测序服务的公司就已经超过百家，竞争激烈。 /p p 　　一家提供试剂给华大基因的公司人士对记者透露，他们既提供试剂给华大基因，但也在基因测序行业中与其展开竞争，关系比较复杂。 /p p 　　国内也有十多家基因治疗概念股和许多非上市公司受到资本的热捧。达安基因、迪诊断及紫鑫药业等也在分别与国内外科研机构合作，开展基因测序服务并生产相关仪器及试剂。 /p p 　　而在产业链上游，由于仪器的高技术壁垒形成了寡头垄断格局，主要以Illumina、罗氏等几家欧美企业为主导。业内人士认为，在中下游的试剂耗材方面，国内企业尚存在一定的机会，因为测序仪器未来或将免费赠送，可将赢利点放在试剂耗材和服务端。 /p p 　　就测序服务本身来说，技术水平要求较低，需要大量人工。而中国享有人力资源丰富的优势，未来或出现像富士康这种规模的第三方检测工厂。 /p p 　　目前人类全基因组测序成本已经降到1000 美元以下，未来这一数字还将持续下降。目前主流的的二代测序技术已经走进临床，在肿瘤分子诊断领域、遗传病筛查领域和产前诊断领域中已经占据一席之地。 /p p 　　一名行业人士对记者表示，无创产前检测(NIPT)作为二代基因测序应用最成熟的领域，市场价格在2000~2500元左右。随着二胎政策的开放，二代基因测序产业的市场规模还将扩大到200亿元左右。 /p p 　　此外，精准医疗在我国也迎来了政策风口。 /p p 　　今年以来，先后公布了成立中国精准医学战略专家组、在2030年前在精准医疗领域投入600亿元、公布产前筛查与诊断高通量测序试点单位以及放宽审批等利好政策，刺激企业纷纷推出新产品。 /p p 　　但是业内人士对记者表示，目前基因测序行业仍存在一些发展瓶颈，比如CFDA和卫计委分两条路在推进，但是监管方不明 美国有类似妇产科联盟这样的专业和权威的第三方机构给予相关建议，但在国内相对缺失 此外，还存在行业缺乏统一标准、卫生标准和准入门槛等的制定工作难度较大的问题。 /p

大家好，本周为大家分享一篇发表在Nat. Commun.上的文章：Structure and dynamics of endogenous cardiac troponin complex in human heart tissue captured by native nanoproteomics ，文章的通讯作者是威斯康星大学麦迪逊分校的葛瑛教授。　　蛋白质大多都是通过组装成蛋白复合物来执行特定的生物功能，因而表征内源性蛋白复合物的结构和动力学将有助于生命过程的理解。蛋白复合物在其组装、翻译后修饰(Post-translational modifications，PTMs)和非共价结合等方面是高度动态的，在native状态下通常以低丰度存在，这给研究其结构和动态性的传统结构生物学技术(如X-ray和NMR)带来了巨大的挑战。非变性Top-down质谱(nTDMS)结合了非变性质谱和Top-down蛋白组学的优势，目前已发展成蛋白复合物结构表征的有力工具，可以保留蛋白质亚基-配体间的非共价作用和PTMs等重要信息。然而，由于内源性蛋白复合物自身的低丰度特性，导致对其的分离纯化和检测非常困难，所以nTDMS目前仅限用于过表达的重组或高丰度蛋白质的表征。在本研究中，作者开发了一种非变性纳米蛋白质组学(Native nanoproteomics)技术平台，通过使用表面功能化的超顺磁性纳米颗粒(Nanoparticles，NPs)直接富集组织中的蛋白复合物，然后再利用高分辨质谱表征其结构和动态性。这里选用心肌肌钙蛋白(Cardiac troponin，cTn)异源三聚体复合物(~77 kDa)作为研究对象。cTn三聚体复合物是调节横纹肌肌动蛋白收缩的Ca2+离子调节蛋白，由TnC、cTnI和cTnT这3个亚基组成。其中，TnC是Ca2+结合亚基，cTnI是抑制肌动蛋白-肌球蛋白相互作用的亚基，而cTnT细丝锚定亚基。TnC与Ca2+的结合，以及cTnI 亚基的磷酸化，会共同引起细丝上的分子级联事件，诱导心肌收缩所必需的肌动蛋白-肌球蛋白交叉桥的形成。传统结构生物学技术不能有效捕获cTn复合物高度动态的构象变化，并且先前研究用的cTn复合物是由原核细胞表达的，缺乏PTMs的信息。因此，作者开发了native纳米蛋白组学的方法，以实现对人内源性cTn复合物结构和动力学的全面表征。作者首先使用肽功能化的超顺磁性氧化铁NPs富集了人心脏的内源性cTn复合物，同时优化了非变性蛋白提取缓冲液(高离子强度LiCl溶液，生理pH)。富集到的cTn复合物中的3种亚基的含量比例为1:1:1，真实反应了肌节cTn异源三聚体复合物的组成。作者也发现含有750 mM L-Arg，750 mM咪唑和50 mM L-Glu(pH 7.5)的溶液对蛋白复合物的洗脱效果最好，并且不会破坏亚基间的相互作用。该富集方法具有很好的重现性，proteoforms信息得到很好保留，且可以直接用于化学计量分析。总的实验流程如图1所示，洗脱后的cTn复合物经体积排阻色谱(Sze-exclusion chromatography，SEC)除盐和交换至醋酸铵溶液中，随后对cTn复合物进行多种nTDMS分析：1)在线SEC监测复合物 2)超高分辨傅里叶变换离子回旋共振质谱(FTICR-MS)表征复合物的化学计量比和proteoforms 3)捕获离子淌度质谱(TIMS-MS)解析调控复合物构象变化中的非共价作用的结构动态性。　　图1. 用于表征人心脏中内源性cTn复合物的native纳米蛋白组学平台。　　为了全面表征内源性cTn复合物，作者使用FTICR-MS进行proteoforms测序和复合物表征。图2展示了native状态下检测丰度最高的cTn复合物的电荷态(19+)，其中包含了4种独特的proteoforms，这些复合物主要带有单磷酸化的cTnT、单磷酸化和双磷酸化的cTnI，以及结合了3个Ca2+的TnC。这些结果表明人cTn复合物在肌节中以结构多样化的分子组成存在，具有高度异质的共价和非共价修饰，可产生一系列不同的完整复合物。　　图2. FTICR-MS分析展示的cTn复合物状态。红色方框中是最高丰度电荷态(19+)的放大谱图，理论同位素分布(红色圆圈)可以与谱图很好叠加，说明结果具有高质量精度(质量偏差在2 ppm 以内)。　　作者接着对cTn复合物进行complex-up分析，以研究复合物的化学计量比及其组成。图3a~3b分别显示的是完整cTn三聚体复合物，以及经CAD碎裂后的蛋白亚基谱图。但这里没有检测到cTnI单体，可能是因为cTnI和TnC在native状态下的亲和力很强，且cTnI单体带的电荷不多，导致其在高m/z区域出峰，所以不易被检测到.随后，作者又对解离出的亚基进行complex-down分析。图3c展示了检测到的cTnT的多种proteoforms：未磷酸化的 cTnT、单磷酸化的cTnT(p cTnT)和 C 端 Lys 截断的磷酸化cTnT(pcTnT [aa 1-286])，CAD碎裂谱图也发现cTnT的C端较N端更易暴露在外界溶剂中。图3e则是cTn(I-C)二聚体的谱图，共检测到6种具有不同数量Ca2+结合和磷酸化的proteoforms。二级谱图可将cTnI的两个磷酸化位点准确定位在Ser22和Ser23，同时发现cTnI序列两端都较内部区域更易暴露于溶剂中。但还无法通过nTDMS准确推断Ca2+结合和磷酸化是如何影响cTn复合物的稳定性。作者在此也没有优化FTICR-MS在非常高m/z范围的离子检测，所以也会遗漏带少量电荷的cTn复合物信息。　　图3.nTDMS表征人心脏来源的cTn复合物。(a~b)完整cTn复合物和经CAD碎裂后的亚基谱图 (c~d)cTnT单体及其代表性的CAD碎裂谱图 (e~f)cTn(I-C)二聚体及其代表性的CAD碎裂谱图。　　人TnC蛋白含有3个钙结合EF-hand基序(结构域 II~IV)。结构域 II与Ca2+结合的亲和力较低，是触发心肌收缩的调控域。结构域 III 和 IV则与Ca2+具有强的亲和力，在心肌舒张和收缩时均始终保持与Ca2+充分结合，但结构域 II只有在收缩时才被Ca2+占据。这里观察到了TnC分别与0、1、2和3个Ca2+结合的情况，通过CAD碎裂也进一步定位了TnC与Ca2+结合的具体氨基酸序列(图4)。研究发现结构域 II的骨架最容易发生碎裂，而结构域 III的骨架最难碎裂。目前结构域 II~IV的序列在UniprotKb中分别对应65DEDGSGTVDFDE76、105DKNADGYIDLDE116和141DKNNDGRIDY152。这里分别将与1、2和3个Ca2+结合的TnC隔离出来进行CAD碎裂(m/z分别为2312、2316和2321)，可以更准确地将结构域 III、II和IV的序列分别定位到113DLD115、141DKNND145和73DFDE76(图4c)，表明非变性纳米蛋白组学方法在定位非共价金属结合方面具有高分辨能力。　　图4.nTDMS定位 TnC与Ca2+结合的结构域。(a)FTICR-MS隔离与不同数量Ca2+结合的TnC单体 (b~c)与两个Ca2+结合的TnC的CAD碎裂谱图，蓝色、红色和黄色方框分别对应结构域 II 、III和IV。　　Ca2+与TnC的结合会对cTn复合物的功能和构象有着很大影响。cTn复合物的核心区维持着构象的稳定，但当Ca2+与TnC发生结合时，其柔性区会经历广泛的构象变化，复合物结构会从“closed”状态转变成“opened”状态，这会促进肌动蛋白和肌球蛋白间的相互作用，最终导致心肌收缩。然而，传统结构生物学技术很难捕获cTn复合物与Ca2+结合时的构象变化。因此，作者使用离子淌度质谱来分析cTn复合物的构象变化。TnC亚基和与Ca2+结合的cTn(I-C)二聚体的淌度分离谱图如图5所示。与0~3个Ca2+结合的TnC的碰撞截面(Collision Cross-Section，CCS)值分别为1853、1849、1829和1844 Å2(图5a~5b)，TnC构象比IMPACT预测的更为紧凑，但cTn(I-C)二聚体的CCS值与预测的非常接近(图5c~5d)。作者推测TnC与两个Ca2+结合会形成更致密的构象，是因为在静息舒张时Ca2+与结构域 III 和 IV充分结合。当第三个 Ca2+与结构域II结合时，TnC转变为“opened”构象，使其N端与cTnI的C端相结合，进而引发心肌收缩(图5e)。cTn(I-C)二聚体与Ca2+结合时的构象变化也是如此(图5f)。　　图5.TnC单体(a~b)和与Ca2+结合的cTn(I-C)二聚体(c~d)的离子淌度分离谱图 (e~f)TnC和cTn(I-C)二聚体与Ca2+结合时的构象变化。　　最后，作者通过添加EGTA来剥离cTn复合物中的Ca2+，以进一步研究Ca2+在维持复合物结构稳定性上的作用。图6b~6c是没有EGTA孵育时的cTn复合物的TIMS-MS谱图。cTn复合物的CCS值与理论预测值非常符合。随着EGTA孵育浓度的增加(25、50和100mM)，Ca2+逐渐被螯合，cTn复合物的结构也越来越舒展，体现在平均电荷态逐渐增加，以及逐渐在较低m/z范围内出峰，这表明cTn复合物构象的稳定性丢失与EGTA浓度的增加相关(图6d~6f)。虽然100mM EGTA孵育也不敢保证Ca2+的完全剥离，并且cTnI的存在又会增强TnC与Ca2+的结合，但TIMS-MS为我们研究cTn复合物与Ca2+结合时的构象变化提供了一种切实可行的分析手段。　　图6.cTn复合物与EGTA孵育时的构象变化。(a)cTn复合物的构象随EGTA孵育浓度的增加发生改变 (b~c)cTn复合物的TIMS-MS谱图 (d~f)cTn复合物与不同浓度EGTA(25、50和100mM)孵育的谱图和CCS分析。　　总的来说，本研究开发了一种可用于内源性蛋白复合物富集和结构表征的非变性纳米蛋白组学方法，以获取其组装、proteoforms异质性和动态非共价结合等方面的生物信息。本文采用的功能化NPs可被灵活设计成选择性结合特定的靶蛋白，在富集和洗脱过程中可以很好保持其近似生理条件下的存在状态。更为重要的是，功能化NPs与nTDMS的整合可以作为一种强有力的结构生物学工具，可以作为传统技术的补充，用于内源性蛋白复合物的表征。　　撰稿：陈昌明 编辑：李惠琳文章引用：Structure and dynamics of endogenous cardiac troponin complex in human heart tissue captured by native nanoproteomics　　参考文献　　Chapman EA,Roberts DS, Tiambeng TN, et al. Structure and dynamics of endogenous cardiac troponin complex in human heart tissue captured by native nanoproteomics. Nat Commun. 2023 14(1):8400. Published 2023 Dec 18. doi:10.1038/s41467-023-43321-z

外骨骼是一种包裹身体的刚性结构，通常用来辅助关节运动。这种“外服”试图像人造肌肉一样，帮助穿着者的肌肉收缩和伸展。 最早的机器人外骨骼的开发可以追溯到1965年左右，当时通用电气公司开发了哈迪曼（Hardiman），这是一种大型全身外骨骼，该项目由美国军方投资，设计方案类似于今天的机械外骨骼。军方的目的是让穿戴者拥有超人一样的力量。哈迪曼拥有28个关节和两个抓取臂，由复杂的液压和电子系统驱动。实验中，穿戴者曾成功举起过1500磅的重物。不过遗憾的是，限于当时的技术条件，哈迪曼自己也臃肿不堪，自重达1500磅。如此重量的外骨骼自然难以操控，稳定性不佳，体重带来的另一个问题是能源不足。结果哈迪曼没能走出实验室。 而同一时期，1969年，前南斯拉夫的米哈伊洛普平研究所（Mihajlo Pupin Institute），也做了动力外骨骼研究工作，目的是为了帮助下肢瘫痪患者实现部分运动功能，他们在全世界第一个提出了步态运动系统（legged locomotion systems）的概念。当代研究 人类一直没有停止对外骨骼的研究。继续向前迈进，我们关注到来自英国普雷斯顿市中央兰开夏大学（UCLAN）机械工程高级讲师Matt Dickinson博士。Matt博士在大学新建的工程创新中心工作，主要研究概念设计，特别侧重于复合材料通过3D打印技术的应用。 马特说：“老实说，如果你三年前告诉我，我们即将开发世界领先的外骨骼技术，我会质疑你的理智，但现在我们确实做到了。” “这一切都要归功于2019年赢得地区初级工程师比赛的一名当地青少年。幸运的是，我当时负责评估每一个参赛项目，而有一个项目立即触动了我，他提到为什么没有给患有肌肉疾病的儿童穿的特殊套装或外骨骼来帮助小朋友进行活动。我的第一直觉是，市场上肯定已经有这样的设备，但我发现我错了！” 欠缺开发的原因纯粹是设计。例如，你如何制作一套能随主人“生长”的衣服，既轻便又实用，而且成本低，以至于所有人都能穿？ “作为一名机械工程师，我的第一个想法是用铝制作这套外穿装置，回过头来看，这完全是不可行的，而且制作成本非常昂贵。” 所需的材料必须是轻量的和容易获得的，但也必须是负担得起的。简而言之，如果没有人能够真正维护它，或者如果低收入家庭负担不起它，那么这项技术将是不可行的。 “外穿装置的结构被称为被动设计系统，这意味着它是整个装置的一部分，起着收缩点的作用，就像肌肉一样，但也是一个被动的外骨骼，分配力量和载荷。” “基于这个想法，我们试图将这各种技术结合起来，以构建一种混合系统，该系统将支持人体架构，并有助于肌肉的收缩和伸展，这也帮助我们开发出了现在的这一套新的驱动方法。” “我最初认为有可能支持这一设计的材料是聚乳酸（PLA）。在当时，还没有人测试这种材料是否能够支撑人体，但结果很快表明我们确实发现了一种非常特殊的东西。” 设计的第一次迭代证明了复合材料的适用性，尽管还需要解决材料对紫外线的反应问题以及人体皮肤中乳酸对材料的潜在浸渍问题。 “皮肤有时会激活材料中的乳酸，这会导致细菌的形成，最终破坏其结构完整性。于是我们加入了一种嵌入铜纳米颗粒的材料，它在人体汗液和复合材料之间形成了一道屏障——如果你愿意，这会是一种完美的抗菌剂，”马特说。 该项目还在探索短切碳PET的使用。复合材料提供了额外的强度，它将被用来作为外穿装置的支撑结构的核心，包裹在聚乳酸和碳纤维中。 “基本上，和所有研发一样，事情都在不断发展。这些是我们目前正在开发的材料，但我们仍在不断寻求开发新的复合材料，看看是否比当前的更适合。”马特继续说道。困局突破 “但这个情况下，我们的研发也碰到了困境，除非我们更好地了解这些材料的机械性能，也正好在这个时候，我们遇到了Tinius Olsen。” 光学引伸计、传感器以及非常强大的Horizon测试软件。公司的技术人员也在现场，根据研发的需要提供建议和指导。 然而，这次合作，还不仅仅是关于机械和测试建议。通过Tinius Olsen，Matt被介绍给ASTM标准委员会，成为F48.04外骨骼开发标准委员会的小组主席。 “ASTM F48委员会主要关注的是正在使用的部件的失效疲劳，与任何将用于人类使用的研发项目一样。通过日常使用中的压缩、拉伸和弯曲运动，对所用部件和/或材料进行预期寿命的评估。我们现在使用的Tinius Olsen的测试系统能够使我们更高效的进行所需的测试，大大缩短研发时间。” 在英国一个大型工程展上的一次偶然相遇为工作伙伴关系奠定了基础，最初，Tinius Olsen出借了一个50kN的试验机、一个“ASTM也对我们的研发项目带来了相当大的帮助，我们实际上已经从普雷斯顿的一个小实验室上升到了国际舞台上，见证了这一研发项目呈指数级地向前推进。如果没有Tinius Olsen，我们根本无法达到目前的水平。” “我们的最终目标是开发一套能够提供辅助生活的外穿装置。它的设计并不是为了增加力量，而是为了让患有肌肉疾病的儿童更灵活、更独立，最重要的是，提高生活质量。”其他应用 这一研发不仅在医学领域可以成功应用，在其他行业也有它的用武之地。例如，美国宇航局（NASA）等航天机构可以将这项技术应用到他们的宇航服设计中，以应对计划于20世纪30年代中期进行的火星任务。 同时它也可以扩展到军事应用，不仅用于支持士兵和飞行员的身体结构，还能应用于负责重型飞机、坦克和飞机建造和维护的地勤人员和技术人员。 职业体育也可以从中受益。美式足球和橄榄球等体育运动中的身体防护装备是显而易见的应用，但在治疗运动损伤这一方面也能有所作为。 而在建筑业和其他制造业相关的重型起重作业中，这类外穿装置将会降低工人的工伤概率，也能因此减少因工人劳累和背部受伤而损失的工作时间。

大家好，本周为大家介绍一篇本课题组发表在ACS Chem. Biol.上的文章，Insights into Phosphorylation-Induced Protein Allostery and Conformational Dynamics of Glycogen Phosphorylase via Integrative Structural Mass Spectrometry and In Silico Modeling1。变构调节在自然界中广泛存在，可以用于调控细胞过程。糖原磷酸化酶（GP）是第一个被鉴定出的与变构调节相关的磷酸化蛋白。GP是一个分子量约196kD的同源二聚体蛋白，是糖代谢中重要的组分，也是2型糖尿病及癌症的靶点。AMP结合以及Ser14的磷酸化介导了GP的变构调节，使其构象从非活化的T-state GPb（未磷酸化状态）转变为活化的R-state GPa（磷酸化状态）。即使目前X-射线晶体学法解析出了GP的原子级蛋白结构，但受限于较大分子量，其结构动态性的检测较为困难，因此与GP变构调节相关的结构动态变化过程仍较为模糊。核磁共振（NMR）谱及分子动力学（MD）模拟等是探究蛋白质结构动态性的常用方法，但NMR分析存在分子量上限，且样品消耗量大，MD模拟的时间尺度和力场准确度有限。质谱（MS）法具有快速、灵敏的特点，是蛋白质结构、动态性以及构象变化分析中强有力的一款技术。氢氘交换质谱（HDX-MS）通过监测蛋白骨架酰胺氢原子与溶液中氘的交换来反映蛋白质构象动态性，因此适用于探究由配体、蛋白结合或共价修饰引起的蛋白质构象变化。同时，多个软件实现了由HDX-MS数据计算保护因子（PFs）和吉布斯自由能，从而提取残基水平的蛋白动态性信息。此外，在先前的工作中2, 3，我们整合了native MS和top-down方法（native top-down，nTD-MS技术），成功实现了多个蛋白复合物的一级序列到高阶结构等多方面信息的检测（包括测序、翻译后修饰、配体结合、结构稳定性、朝向等）。整合多种结构质谱法（整合结构质谱法）可以有效填补传统生物物理法中结构到动态性联系中的空缺，更好地表征变构调控现象。本文整合了HDX-MS、nTD-MS、PF分析、MD模拟以及变构信号分析检测了磷酸化介导的GP变构调控的结构和动态性基础，为GP的变构调控过程提供了见解。根据X-射线晶体学结构报道（图1a），T-state GPb转变为R-state GPa时，二聚体界面中N-末端尾部、α2、cap’（图1b）以及tower-tower helices区（图1c）发生了明显的结构重排，导致催化位点开放，从而底物磷酸吡哆醛（PLP）可以结合。尽管有晶体学报道，但与变构调控关联的构象动态性仍有待探寻。图1.（a）磷酸化介导T-state GPb（PDB：8GPB）向R-state GPa（PDB：1GPA）的构象转变；亚基相互作用界面：（b）C端区域和（c）tower-tower helices，GPb为蓝色，GPa为绿色。首先我们通过nTD-MS进行了检测。如图2a、b，谱图中观察到了GPb的单体和二聚体信号，其中二聚体为主要形式；GPa除了单体和二聚体外，谱图中还存在少量四聚体，但仍以二聚体为主要形式。当增加sampling cone（SC）电压时，GPb、GPa保留了其二聚体形式（图2c、d）。随后我们选择离子（29+）并在trap池中进行了碎裂（图2e、f、g、h），谱图低质荷比区GPa的碎片相对峰强度较GPb高，说明GP的二聚体互作界面较为稳定，且GPb亚基结构较GPa稳定。nTD-MS不仅能够探究GPb、GPa的结构差异，也能够为接下来的HDX-MS实验做好前期样品质量检查工作。图2.不同活化条件下GPb、GPa的nTD-MS谱图。（a、b）SC=40V；（c、d）SC=150V；（e、f）SC=150V、trap=100eV；（g，h）SC=150V、trap=200eV。左侧为GPb，右侧为GPa。随后我们进行了HDX-MS实验。图3a中展示了五个时间点的HDX heat map。图3b为通过PyHDX软件计算产生的PF值。其中N-端（1-22）以及tower helix前的loop区域（256-261）的氘代值较高、PF值较低，说明这些区域较为柔性或是结构较为无序。此外我们发现，tower-tower helices（262-276）区域的氘代值较低、PF值较高，表明helices的旋转可能是由前端可塑性铰链区触发的，而非helices本身的变形和重塑引起的，这些发现在晶体结构数据中均有吻合之处。除这两个区域外，GPa和GPb基本保持了稳定的整体结构。而从1μs原子级MD模拟计算得到的均方根波动（RMSF）和溶剂可及表面（SASA）中我们也发现（图3c），这两个区域数据与HDX-MS信息有所吻合，但MD模拟中部分区域未和HDX-MS相吻合的区域可能跟序列覆盖不足相关。图3. （a、d）GPb和GPa在不同标记时间下的氘代热图并映射到结构中（PDB: 1GPA）。（b、e）基于HDX-MS数据计算得到的PF值并映射到晶体结构中。（c、f）MD模拟中RMSF和SASA值并映射到结构中。从氘代差异图（图4a）中可以看出，4个区域呈氘代降低趋势（红色方框），多个区域呈氘代上升趋势（蓝色方框）（GPa-GPb）。而PF差的变化趋势与氘代变化趋势基本一致（图4b）。由数据可知，N-端和tower-tower helices的变化说明磷酸化介导的变构稳定了这两个区域，α1-cap-α2区域的动态性轻微下降。除此之外多个区域（尤其是tower-tower helices序列后的区域）均表现为PF值下降，说明相比于GPb，GPa催化位点附近的区域动态性增强了。接下来我们根据HDX kinetic plot特征将其进行了分类，并详细讨论了所属区域的变化。图4.（a）GPa-GPb HDX-MS的氘代差异图。（b）GPb到GPa PF的变化。 首先是N-端和C-端的变化（图5）。N-端残基1-22表现氘代下降，这说明N-端具有一定可塑性。受N-端区域磷酸化和结构变化影响，C-端区域也产生了一定的变化。此外，残基30-50（cap区）和残基111-117（α4back-loop）区表现氘代下降，而103-109（α4front）表现氘代上升。根据晶体结构推测，cap区和α4back-loop的氘代变化受N-末端变化影响，原有的残基相互作用被打破，形成新的残基间相互作用，同时这两个区域也经历了结构重排，因此表现出较明显的氘代变化。残基88-99（β2-α3）和残基125-141（β3-L-α6）氘代上升。总的来说，磷酸化使得cap′/α2界面互作增强了，同时磷酸化基团和精氨酸残基的静电相互作用是cap区产生变化的主要原因，而α1和α2起到锚定作用，其相对位置基本保持不变。图5.GPb（a）和GPa（b）的N-端和C-端区域的局部结构和HDX动力学曲线（c）。 此外，tower-tower helices（α7，残基262-278）区的变化同样值得关注（图6）。250s loop是表面暴露区域，未与其他区域发生接触，其氘代下降可能是因为自身结构的收缩。而肽段262-267和268-274氘代下降提示该区域可能发生了低周转率或强互作的结合反应。280s loop区氘代值上升。这些变化均说明，tower-tower helix的角度的改变不仅影响了二聚体界面结构，而且还影响了其靠近催化位点的周围区域。因此我们结合晶体结构推测，磷酸化和N-端相对位置的改变，使250s loop自身结构收缩，从而打破了Tyr262' -Pro281和Tyr262-Tyr280′之间的相互作用，导致两个亚基的tower helices发生相对滑动，倾斜角度增加。图6.GPb（a）和GPa（b）tower helix区域的局部结构和HDX动力学曲线（c）。 最后是催化位点、PLP结合位点和糖原存储位点的变化情况（图7）。催化位点周围多数区域均表现氘代上升趋势。我们推测，随着Pro281、Ile165和Asn133间的相互作用被打破，Arg569与Ile165、Pro281、Asn133间的互作也随之打破，因此催化位点和PLP结合位点周围的残基溶剂可及性上升，局部区域结构变得更为灵活，催化位点开放并转变为活化构象。糖原储存位点位于GP表面，距离催化位点30Å，除了α23（残基699−708）外，HDX-MS在糖原存储区没有观察到明显的变化。图7.GPb（a）和GPa（b）的催化位点和PLP（橙色）结合位点的局部结构和HDX动力学曲线（c）。结合以上所有数据，我们对磷酸化调节的动态机制进行了推测（流程图1）。磷酸化后，N-端尾部残基与acidic patch的互作被打破，也导致N-端尾部的有序化以及C-端尾部的无序化以及伴随的其他结构变化。通过在pSer14和Arg69和Arg43′之间形成新的盐桥，N-端残基被重定位，随之带来的是Asp838和His36′间的盐桥断裂。随着三级和四级结构的转变，250s loop收缩并发挥类似“门环”的作用，当其收缩时，Tyr262′-Pro281与Tyr262-Tyr280′之间的相互作用、276-279区与162-164区之间的氢键也被打破，导致tower helix发生相对滑动，tower-tower helices之间的作用被打破，同时将结构变化传递到催化位点。最后，280s loop和催化位点以及PLP结合位点附近的残基松动，通往催化位点和底物磷酸盐识别位点的通道打开，酶得以活化。流程图1.GP变构调节过程中，被打破（蓝色）或新形成的（红色）关键残基相互作用。 本文整合nTD-MS、HDX-MS、PF分析和MD模拟检测了GP磷酸化变构调节过程的结构和动态基础，通过该整合结构手段揭示了GP构象柔性、局部动态性以及长程变构调控构象变化中值得关注的信息。各个方法具有各自的优势，但也在一定层面存在局限，我们期待将HDX-MS信息与计算模拟信息进行更深度的整合以实现二者对蛋白质结构更精确的分析。撰稿：罗宇翔编辑：李惠琳原文：Insights into Phosphorylation-Induced Protein Allostery and Conformational Dynamics of Glycogen Phosphorylase via Integrative Structural Mass Spectrometry and In Silico Modeling李惠琳课题组网址：https://www.x-mol.com/groups/li_huilin参考文献1. Huang, J. Chu, X. Luo, Y. Wang, Y. Zhang, Y. Zhang, Y. Li, H., Insights into Phosphorylation-Induced Protein Allostery and Conformational Dynamics ofGlycogen Phosphorylase via Integrative Structural Mass Spectrometry and In Silico Modeling. ACS Chem. Biol. 2022.2. Li, H. Nguyen, H. H. Ogorzalek Loo, R. R. Campuzano, I. D. G. Loo, J. A., An integrated native mass spectrometry and top-down proteomics method that connects sequence to structure and function of macromolecular complexes. Nat. Chem. 2018, 10 (2), 139-148.3. Li, H. Wongkongkathep, P. Van Orden, S. L. Ogorzalek Loo, R. R. Loo, J. A., Revealing ligand binding sites and quantifying subunit variants of noncovalent protein complexes in a single native top-down FTICR MS experiment. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2014, 25 (12), 2060-8.

撰文：李一鸣水凝胶具有类似于生物组织的富水性和弹性，被广泛用于多种领域，如：化妆品中的面膜、退热贴，农业用薄膜，建筑中结露防止剂、调湿剂，医疗中的药物载体等等。然而，传统水凝胶在零下温度时将出现结冰及随之而来的弹性消失现象，大地限制了其在生物组织工程中的应用。长久以来，这个问题一直未得到有效解决。近，北京航空航天大学刘明杰教授领导的研究团队从自然界获取灵感，根据高纬度和高海拔地区的生物因细胞多脂而度耐寒的现象，成功制备出一种具有异质网络结构的二元油水凝胶。该凝胶除可在-78-80 ℃的宽温度范围内保持稳定弹性外，还具有优良的自适应（随溶剂性质不同而变化的）润湿性。那么它是如何制备出来的？又有哪些应用前景呢？让我们一起来看下面的介绍。材料制备团队首先以聚n,n-二甲基丙烯酰胺的亲水网络（hpn）为三维支架，然后对分散其中的甲基丙烯酸正丁酯进行原位聚合得到亲油网络（opn），由此实现水凝胶和油凝胶二元相互渗透的异质网络结构。性能介绍01溶胀性能图1. 具有不同网络结构溶胶的溶胀行为及透光性变化油水凝胶中两组分相反的溶剂（水性和油性），受亲和作用影响使其在水和油中均产生溶胀；当凝胶具有合适的opn/hpn质量比时，两组分在空间上的相互约束使其在水和油中的膨胀体积相近。此外，在水和油中，两组分的相对分布状态存在差异，导致水和油中溶胀样品的透光性不同。02自适应润湿性 图2.油水凝胶的自适应表面润湿性和结构重构特征。其中(b-d)为样品表面共聚焦raman成分图从宏观上看，该油水凝胶可产生随溶剂性质改变而变化的表面润湿行为，并与微观异质网络在不同溶剂中的结构重排有关：当凝胶在水下时，网络中的hpns溶胀并导致表面opns向内收缩，使凝胶转变为类水凝胶，从而产生超疏油性；当凝胶在油下时，opns向油中溶胀并导致网络中的hpns向内坍缩，使凝胶转变为类油凝胶，从而产生超疏水性。在实验中，团队使用horiba labram hr evolution型共聚焦拉曼光谱仪，并用labspec-6软件进行数据处理，得到不同环境下凝胶表面的共聚焦raman图像，从而在亚微米级精度表征了上述变化的化学结构改变。另外，该油水凝胶还具有快地（抗冻和耐热性 图3.宽温度范围内的弹性稳定性对于热响应机械性能，异质网络结构的二元油水凝胶表现更为出众。它不会出现传统水凝胶在-10 ℃断裂和油凝胶在80 ℃瘫软的现象，因为它的的互补效应使该油水凝胶从更低的实验温度到80 ℃高温均保持稳定的弹性。以此观之，它具有强的抗冻和耐热能力。应用前景基于以上特性，团队相信，该油水凝胶在智能开关系统、抗冻、防蜡、防着色和异质催化等领域具有广阔的应用前景。据悉，利用其自适应润湿性，该团队在此研究中已对油水凝胶作为智能开关的油水分离系统进行了实验探索。另外，此研究中异质网络的概念，以及二元凝胶性能对水凝胶和油凝胶性能的桥接思路，将启发研究者开发出更多功能独特及优势互补的多元软性材料。此项研究工作得到了国家自然科学基金、国家重大科学研究计划、中国科学院重点部署项目、中央高校基本科研业务费专项资金和国家青年千人计划等的资金支持。相关研究成果已于近期发表在英国自然出版集团旗下的快讯类在线期刊《nature communications》上。本文参考文献： hainan gao, ziguang zhao, yudongcai, jiajia zhou, wendahua, lie chen, li wang, jianqi zhang, dong han, mingjie liu, lei jiang, “adaptive and freeze-tolerant heteronetworkorganohydrogels with enhanced mechanical stability over a wide temperature range”. nature communications 2017, 8, 15911horiba科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 jobin yvon 光学光谱技术，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。今天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。

智能变形水凝胶作为一种软、湿态智能材料，能在外界环境的刺激下将自身化学能转化为机械能，同时伴随体积及形态的转变，因此一直以来被认为是理解与验证生物变形的理想平台。经过多年的发展，智能变形水凝胶已然能模仿自然界中的大部分变形行为，并展现出多刺激响应、可编程、程序化形态转变等诸多特点。然而，自然界的生命体不仅能改变自身形态，还可将这种原位的变形高效地转化为运动，从而满足自身示警、捕食及避险等需求。因此如何模仿生命体的运动行为，并进一步使智能变形水凝胶实现越野运动依然是一个巨大的挑战。 　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队陈涛研究员长期从事功能与智能高分子水凝胶及其在仿生变形、变色及运动等方面的前沿探索研究。近期，该团队与浙江大学、之江实验室的郑音飞教授合作，基于前期提出的界面扩散聚合(IDP)策略(CCS Chem. 2022, DOI: 10.31635/ccschem.022.202201942)，成功编程智能高分子水凝胶的各向异性结构，从而模仿尺蠖的爬行行为，实现了智能变形水凝胶全地形的越野爬行行为(图1)。 　　为了能实现高效的变形-运动转变，研究人员利用冰模板的方法，制备了具有超快温度响应的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)凝胶海绵。其可在5s内收缩到自身体积的40%，并且由其制备而得的双层水凝胶驱动器展示出88°/s的快速弯曲变形(图2)。值得一提的是，与传统的智能变形材料通过减小自身厚度来加快响应速度的方式不同，即使该凝胶厚度增加到2mm，其驱动速度也不会有较大损失。因此，在保证凝胶驱动变形速度的同时，PNIPAm凝胶海绵能具有更大的体积从而能将自身更多的化学能转化为机械能。 　　进一步地，为了增强凝胶变形的可控性，研究人员基于凝胶结构设计以及IDP策略，通过在PNIPAm凝胶海绵的表面定制化地生长含有Fe3O4纳米颗粒的光热凝胶，使得所制备的双层水凝胶驱动器能在近红外(NIR)光驱动下产生向光性及自持振动行为(图3)。除此之外，研究人员还可通过IDP策略，将制备好的双层水凝胶驱动器切断并重新排序组装，从而实现在NIR光下的多自由度程序化变形。 　　基于凝胶的程序化变形，这种双层的水凝胶驱动器能通过模仿自然界中尺蠖爬行的过程，利用时空调控的原位变形与环境的交互来实现高效的爬行运动。具体而言，一束NIR光首先照射的凝胶的头部，由于Fe3O4纳米颗粒的光热作用与PNIPAm凝胶海绵的热响应形变的协同作用，凝胶头部快速弯曲变形，并与粗糙基底形成卯榫结构增大其与基底的摩擦力。而后，NIR逐步移向凝胶中部，并不断触发所经凝胶的热弯曲收缩，使得凝胶整体收缩前进。当NIR移动到凝胶尾部时，对称相反的结构使得凝胶尾部凝胶向上弯曲从而抬起凝胶头部，使得其与基底的卯榫结构打开，解除锚定作用。最后，当移除NIR光后，头部的凝胶会快速回复到初始状态从而触发下一次循环。因此水凝胶也可在这种动态的卯榫锚定模式下，实现持续地爬行过程(图4)。值得一提的是，利用这种动态的卯榫锚定模式，该双层水凝胶驱动器可以适应多种粗糙表面，甚至可在普通的自然沙地上实现快速爬行。 　　此外，得益于IDP策略对凝胶结构的编程，双层水凝胶驱动器可进一步仿生进化出二维的六触手形态，通过水凝胶触手之间的互相配合实现快速的二维爬行。并且通过触手的程序化变形，水凝胶还可在爬行过程中不断调整自身体积，从而适应地形的变化，并成功穿越隘口，山谷以及山脊等一系列复杂地形(图5)。 　　该工作近期以题为“The Dynamic Mortise-and-Tenon Interlock Assists Hydrated Soft Robots Toward Off-Road Locomotion”的论文在线发表在Science合作期刊Research(DOI: org/10.34133/research.0015)上。本研究得到了国家重点研发计划(2022YFB3200071)、浙江省自然科学基金(LD22E050008，LD22A020002)、浙江省重点研发计划(2022C01002)、中国科学院青年创新促进会(2019297)、浙江省医药卫生重点科技项目、国家卫生健康委员会科研基金(WKJ-ZJ-2009)和国家重大科研仪器开发项目(81827804)等项目的支持。图1 水凝胶的仿生进化及越野爬行图2 具有快速温敏驱动的凝胶海绵图3 NIR下光热水凝胶驱动器的程序化变形过程图4 仿尺蠖多地形快速爬行图5 水凝胶二维越野爬行

1连铸坯质量及内部典型缺陷类型 连铸坯质量决定着最终钢铁产品的质量。从广义来说所谓连铸坯质量是得到合格产品所允许的连铸坯缺陷的严重程度，连铸坯存在的缺陷在允许范围以内，叫合格产品。 连铸坯的质量缺陷主要为内部质量缺陷和表面质量缺陷,因其成因不同,控制,抑制缺陷的产生及提高质量的措施和方法也不尽相同。 连铸坯内部缺陷主要有中心疏松、中心缩孔、夹杂物、气孔、裂纹、氢脆等，连铸坯质量是从以下几个方面进行评价的：(1)连铸坯的纯净度：指钢中夹杂物的含量，形态和分布。 (2)连铸坯的表面质量：主要是指连铸坯表面是否存在裂纹、夹渣及皮下气泡等缺陷。连铸坯这些表面缺陷主要是钢液在结晶器内坯壳形成生长过程中产生的，与浇注温度、拉坯速度、保护渣性能、浸入式水口的设计，结晶式的内腔形状、水缝均匀情况，结晶器振动以及结晶器液面的稳定因素有关。(3)连铸坯的内部质量：是指连铸坯是否具有正确的凝固结构，以及裂纹、偏析、疏松、夹杂、气孔等缺陷程度。二冷区冷却水的合理分配、支撑系统的严格对中是保证铸坯质量的关键。 只有提供高质量的连铸坯，才能轧制高品质的产品。因此在钢生产流程中，生产无缺陷或不影响终端产品性能的可容忍缺陷铸坯，生产无缺陷或不影响结构件安全可靠性能的可容忍缺陷的钢材是冶金工作者的重要任务。随着科学技术的不断发展以及传统物理学、材料学的不断完善，连铸钢缺陷检测已经进入了纳米检测时代。扫描电镜以其高分辨率、高放大倍数及大景深的特点为连铸钢缺陷分析与对策研究提供了无限可能，使得材料分析变得更加具有科学性和实用性。扫描电镜广泛用于材料的形貌组织观察、材料断口分析和失效分析、材料实时微区成分分析、元素定量、定性成分分析、快速的多元素面扫描和线扫描分布测量、晶体/晶粒的相鉴定、晶粒与夹杂物尺寸和形状分析、晶体、晶粒取向测量等领域。电子显微镜已经成为钢铁行业在产品研发、质量检验、缺陷分析、产品失效分析等方面强有力的工具和检测手段。2连铸坯典型内部缺陷宏观和微观特征及形成机理简介2.1 缩孔缺陷特征 在横向酸浸低倍试片上存在于铸坯中心区域、形状不规则、孔壁粗糙并带有枝晶状的孔洞，孔洞暗黑。一般出现于铸坯最后凝固部位，在铸坯纵向轴线方向呈现的是间断分布的孔洞。形成机理 连铸圆坯在凝固冷却过程中由于温度梯度大、冷却速度快和结晶生长的不规则性，局部优先生长的树枝晶产生“搭桥”现象，把正在凝固中的铸坯分隔成若干个小区域，造成钢水补充不足，钢液完全凝固时引起体积收缩，在铸坯最后凝固的中心区域形成缩孔。另外，拉坯速度过快，浇注温度高，钢水过热度大等都将影响铸坯中心缩孔的大小。因连铸时钢水不断补充到液相，故连铸圆坯中纵向无连续的集中缩孔，只是间断出现缩孔。微观特征 缩孔内壁呈现自由凝固光滑枝晶特征，见图1。图1 连铸坯心部断口中不致密的疏松和缩孔2.2 疏松缺陷特征 在横向酸浸低倍试片的中心区域呈现出的分散小黑点、不规则多边形或圆形小孔隙组成的不致密组织。较严重时，有连接成海绵状的趋势。形成机理 连铸过程中浇注温度过高，中包钢水过热度较大，铸坯在二冷区冷却凝固过程中由于温度梯度作用，柱状晶强烈向中心方向生长。中心疏松的产生可看成是铸坯中心的柱状晶向中心生长，碰到一起造成了“搭桥”阻止了桥上面的钢液向桥下面钢液凝固收缩的补充，当桥下面钢液全部凝固后就留下了许多小孔隙；或钢液以枝状晶凝固时，枝晶间富集杂质的低熔点钢液在最后凝固过程中产生收缩，与此同时，脱溶气体逸出而产生孔隙；或是钢中的非金属夹杂物在热酸浸时被腐蚀掉而留下孔隙。钢中含有较多的气体和夹杂时，会加重疏松程度。疏松对钢材性质的影响程度取决于疏松点的大小、数量和密集程度。微观特征 不致密的自由凝固枝晶特征，常有夹杂物伴生，见图2、图3。图2 连铸坯心部断口中疏松与枝晶状硫化物图3 连铸坯心部断口中不致密的疏松缺陷图4 连铸坯中部断口中柱状晶及小气孔缺陷2.3柱状晶发达缺陷特征 在横向酸浸低倍试片上，铸坯的上半弧枝晶发达至中心，下半弧枝晶相对细小。形成原因 连铸结晶器内钢液的凝固热传导对铸坯表面质量有非常大的影响。研究发现随着结晶器冷却强度（热流）的增加，坯壳的不均匀程度提高。如果冷却水冷却不均匀，上弧冷却强，就可能造成上弧柱状晶发达穿透至中心；下弧冷却弱，柱状晶就相对比较细小。微观特征 发达的枝晶状柱状晶其上常有小气孔或夹杂物存在，见图4。2.4 非金属夹杂物缺陷特征 在横向酸浸低倍试片上的连铸坯内弧侧、皮下1/4—1/5半径部位分布有不同形状的孔隙或空洞（夹杂被酸浸掉）。在硫印图片上能观察到随机分布的黑点。形成机理 按夹杂物来源，非金属夹杂物分为内生夹杂和外来夹杂。内生夹杂是指冶炼时脱氧产物和浇注过程中钢水的二次氧化所生成的产物未能排出而残留在钢中的夹杂物。外来夹杂是指冶炼和浇注过程中由外部混入钢中的耐火材料、保护渣、未融化的合金料等外来产物。这些内生或外来夹杂在连铸上浮过程中被内弧侧捕捉而不能上浮到结晶器液面是造成内弧夹杂物聚集的原因。微观特征 连铸坯中夹杂物多呈球状、块状、颗粒状，分布在疏松、气孔、晶界等部位，见图5、图6 图5 连铸坯心部断口晶界上的颗粒状碳氮化物图6 连铸坯心部断口中光滑气孔及枝晶状硫化物2.5 氢致裂纹缺陷特征 在横向酸浸低倍试片上氢致裂纹的分布形态是距铸坯周边一定距离的细短裂纹，有的裂纹呈锯齿状。在纵向试样上，氢致裂纹与纤维方向大致平行或成一定角度，裂缝的锯齿状特征更明显。在纵向断口上呈现的是椭圆形的银灰色斑点，一般称之为铸态白点。形成机理 氢致裂纹是由于熔于钢液中的氢原子在连铸坯凝固冷却过程中脱熔并析集到夹杂、疏松等空隙中化合成分子氢产生巨大的压力并与钢相变时产生的热应力、组织应力叠加，在局部缺陷区域产生巨大的气体压力，当超过钢的强度极限时，导致钢坯内部产生裂纹。微观特征 断口呈氢脆解理或准解理特征，见图7、图8。图7 连铸坯断口上的氢脆解理特征（H 5.4PPm）图8 连铸坯断口上的氢脆解理及颗粒状氧化物2.6连铸坯正常

砥志研思！江南大学-苏州纽迈联合研究所月度交流会圆满落幕2019年3月8日，初春气息渐浓，又是一年春好处，江南大学-苏州纽迈联合研究所月度交流会在江南大学食品学院如期举行。江南大学食品科学与工程学科教授、博士生导师，食品学院农产品加工与贮藏教研室主任张慜教授、苏州纽迈分析仪器股份有限公司董事长杨培强先生携同江南大学食品学院孙卿博士、吴晓菲博士、李琳琳博士、孙亚男博士、Bimal Chitrakar博士共同出席了本次交流会。并对联合研究所现今的研究进程、未来的发展方向展开了深入的交流与探讨。孙亚男博士、李琳琳博士、吴晓菲博士、张慜教授、杨培强董事长、Bimal Chitrakar博士、孙卿博士（从左到右）过去的一年里，在张慜教授的悉心指导下，与会的各食品学院博士使用纽迈公司生产的科学仪器，围绕低场核磁共振技术在食品干燥领域的研究与应用这一主题，砥志研思，不断突破，取得了丰硕的研究成果，共计发布了六篇学术性论文，其中两篇更是登上了国际干燥领域的权威SCI刊物《Drying Technology》，并获得两个专利授予书。会议中，各位博士分别以自己的研究方向为主题进行了成果汇报。各位博士分别以自己的研究方向为主题进行了成果汇报 孙卿博士以“基于低场核磁的智能检测干燥技术与设备研发”为主题，创建了食品干燥这一过程中各环节水分变化的神经网络优化模型，着眼于数据优化与设备创新，曲径通幽。吴晓菲博士以“低场核磁监测上海青茎秆在红外常压干燥过程中的水分状态及其收缩率的变化”为主题，通过干燥过程中的水分变化，剖析了这一过程中含水率、收缩率以及水分活度的变化与核磁参数的相关性，并基于低场核磁参数建立了PLSR模型以预测干燥过程中各项指标的变化节点，擘肌分理，不遗毫发。李琳琳博士以“基于低场核磁共振技术的山药介电特性智能检测方法的研究”为主题，通过分析食品干燥过程中物料的介电特性，发现相关关系，分析数据，并建立关系模型，由此及彼，遥相应和。孙亚男博士基于LF-NMR智能检测，展现了姜干燥过程中的风味变化，探究生活细微之处，严谨之余不乏妙语横生。Bimal Chitrakar博士则以“Annual Progress Report on Project from Niumag Company”为主题，基于LF-NMR数据中的T2弛豫时间分析展示了苹果、番茄等六种不同水果的水分活度状态，独出机杼，游刃有余。联合研究所共同创始人之一杨培强先生对各位博士精彩的成果展示给予了高度评价，并表示：“从各位的研究成果来看，我认为纽迈公司对于联合研究所的支持是值得的！将核磁技术在食品领域的影响不断扩大并创造不可估量的价值，是我，也是纽迈公司对此次项目创立的初心。未来，人工智能是大势所趋，将食品干燥产业链智能化，通过数据模型打造食品干燥全自动检测系统是我所期望的发展方向，大家大胆做，放心做，纽迈公司也会尽全力给在座各位的学术研究给予相应的支持，让我们一起开创食品干燥领域美好的明天！”张慜教授总结道：“对于食品干燥检测系统的创立，要结合低场核磁设备，微波烘干技术以及智能化软件这三方面来发酵整合，着眼于实际应用，实现食品干燥产业化，为未来人类生活提供便利与创新，实现可持续发展，是我们为之不懈努力，坚定不移的目标！”江南大学-纽迈公司联合研究所项目共计五年，现如今已是第二年。这五年很短，因为过去的一年已在眨眼之间转瞬即逝；这五年又很长，因为这五年是江南大学-纽迈公司联合研究所中每个人五年的汇聚，汇聚的不仅仅是时间，还有渗透在时光中的汗水与热情，那些看得见的成果与默默无闻的努力奉献，汇聚在与会人员的笑容里，矢志不移，砥志研思。相关论文： 1）Yanan Sun, Min Zhang*, Dongcui Fan，Effect of ultrasonic on deterioration of oil in microwave vacuum frying and prediction of frying oil quality based on low-field nuclear magnetic resonance (LF-NMR) ，Ultrasonics - Sonochemistry，Volume 51, March 2019, Pages 77-89【2017 IF6.012】 2）Qing Sun, Min Zhang*, 5th Food Drying Workshop (FDW 2018) &10th LF-NMR National Conference,Drying Technology, accepted，2019(2017 IF2.219) 3）Qing Sun, Min Zhang*, Arun S. Mujumdar，Recent developments of artificial intelligence in drying of fresh food: A review，Critical Reviews in Food Science and Nutrition, accepted (2017 IF6.015) 4）Xiao-fei Wu, Min Zhang*, Zhongqin Li，Dehydration modeling of Cordyceps militaris in mid-infrared-assisted convection drying system: Using low-field nuclear magnetic resonance with the aid of ELM and PLSR，Drying Technology，accepted 5)Qing Sun, Min Zhang*, Arun S. Mujumdar, Peiqiang Yang，Combined LF-NMR and artificial intelligence for continuous real-time monitoring of carrot in microwave vacuum drying, Food and Bioprocess Technology，accepted6）Linlin Li, Min Zhang*, Peiqiang Yang，Suitability of LF-NMR to analysis water state and predict dielectric properties of Chinese yam during microwave vacuum drying，LWT - Food Science and Technology，accepted 7）Yanan Sun, Min Zhang*, Bhesh Bhandari, Peiqiang Yang，Intelligent detection of flavor changes in ginger during microwave vacuum drying based on LF-NMR，Food Research International, accepted推荐仪器： 中尺寸核磁共振成像分析仪NMI20-060V-I

风力发电风力发电作为可再生能源之一，受到多个国家的推广。多年来，风力发电一直是澳大利亚可再生能源的主要来源之一，发电量足以满足澳大利亚7.1%的总电力需求。截至2018年底，澳大利亚共有94个风电场，提供了近6GW的风力发电容量。但随着风电场的老化和保修期的延长，业主和运营商进行预防性维护的重要性增加。今天就给大家说一个如何借助FLIR红外热像仪，检测即将发生的组件故障，从而避免代价高昂的故障和停机的方法。预防性维护工具：热像仪保修期后的维护对于提高风电机组安装的可靠性和盈利能力至关重要。为了降低维护成本和提高成本效益，运营商正越来越多地从被动维护转向预防性维护活动。风力涡轮机的部件很容易磨损，并可能发生故障。因此，预防性维护和定期检查非常重要。但是，通常维护成本可能很高，所以运营商需要尽可能高效地组织预防性检查。在风力涡轮机的使用寿命中，每千瓦时的运行和维护成本很容易占到总成本的20%到25%。经事实证明，热成像技术是允许操作人员检查风力涡轮机和周围电气系统的所有电气和机械部件的技术。无论是电气部件还是机械部件，通常是部件在发生故障前会变热。因此，热成像仪在故障发生前就能发现温度的上升，这些热点将在热成像仪中清晰地显示出来，从而可以规避停机风险。通过热成像仪还可以显示齿轮箱和电机问题，包括轴错位，以及难以解决的电气问题，如连接松动和负载不平衡等。热成像仪的多功能性使维护人员能够充分利用其预防性维护计划。案例展示：预防终端的潜在故障断路肘形终端通常用于风电场和公用事业应用、变压器、接线盒和隔离开关中。这种类型的终端故障对于相邻设备的损坏和服务中断来说可能非常危险和昂贵。下面是一个失败的死断线连接的例子。在这种情况下，受损部件可能会导致大约15小时及25MW的电力损失。1850 KVA变压器上的断头弯管故障终端故障可能是由于装配不良、安装人员经验不足或未严格遵守说明造成的。环境条件也会使材料膨胀、收缩或移动，从而导致终端失效。电缆可能会被堆积在终端柜下方死区的重冰压坏，从而对电缆造成应力。冬季设备的冻胀也会影响电缆的移动，导致潜在的故障。用于稳定1850 KVA风力发电机变压器上导线的支架当用热像仪观察时，异常的断路肘清楚地显示为热损失。在对1850KVA风力发电机变压器进行常规红外扫描时发现异常在下面的例子中，您可以看到带有缺陷的暴露终端和覆盖终端之间的温差。在一组试验中，故意损坏一个终端，并使其承受100A的电流持续75分钟。第二张图像显示了安装屏蔽罩的相同终端，以显示两个区域之间的加热模式和增量。100A测试开始15分钟：裸连接器44.2°C与安装屏蔽罩26.9°C，相差17.3°C100A测试开始45分钟：裸连接器69.6°C与安装屏蔽罩35.7°C，相差33.9°C100A测试开始75分钟：裸连接器72.3°C与安装屏蔽罩40.9°C，相差38.4°C使用红外热像仪的优势红外热成像仪提供了对风力涡轮机热特征的即时概述，允许操作员一眼就能看到缺陷。有了红外热成像仪，检查工作甚至可以在地面上完成，而不需要爬上塔顶。准确度可能是维修人员使用红外热成像仪的原因之一。使用红外热成像仪，您不仅可以看到叶片外表的缺陷，还可以看到叶片内部更深的缺陷（如果问题持续存在，可能导致最终失败）。红外热成像仪允许检查员远距离覆盖大面积区域。这样就可以减少操作人员检查的数量，加快了维护工作，并提高了成本效益。用于预防性维护的FLIR热像仪

日前，某家具企业送检了一批“铁胶”，检测发现游离甲醛为每千克0.15克。经调查得知，“铁胶”属于环氧树脂胶，由于其黏结强度高，俗称“铁胶”。依据国标GB18583-2001环氧类胶水属于溶剂类胶水，甲醛限值为不得检出(即小于检出限值)。在检测结果面前，相关供应商承认了所供“铁胶”为非环保产品，同意调换产品。 　　家具企业一般使用的是水性乳白胶(聚醋酸乙烯胶水)，近年来，经过竹木草注册登记体系的规范检测，很少检出游离甲醛不合格的情况。但家具企业在胶黏部分强度要求大的异型结构件时，会使用俗称“铁胶”的环氧树脂胶，它具有黏附力强、收缩率低等优良特性，通常包括A组分和B组分。A组分一般是环氧树脂和稀释剂的混合，B组分一般是固化剂。“铁胶”稀释剂中可能含有苯、甲苯、二甲苯，且一定含有VOC类物质。有些便宜的环氧树脂胶实际上是环氧-酚醛树脂胶，胶水中含有酚醛树脂所以可能含有游离甲醛。另外也有胶水厂家将甲醛溶液当防腐剂加入产品中而导致游离甲醛超标。 　　对此，检验检疫部门提醒相关企业，要严格执行竹木草登记注册体系的原料检测控制要求，定期对原料进行抽样验证，对于用量少的辅料也要纳入检测监控范围。

偏头痛是一种影响极为广泛的神经系统疾病，在全球范围内波及超过10亿人口，造成了巨大的社会经济负担。据统计，欧洲每年因偏头痛造成超过270亿欧元的经济损失，在中国约每11个成人中就有1人遭受偏头痛的困扰。此外，偏头痛还会伴随包括抑郁症、焦虑症、癫痫、肥胖和其它慢性疼痛等一系列病症，给患者及其家庭带来沉重负担。 　　5-羟色胺(5-HT)家族受体是偏头痛、抑郁症、精神分裂症等中枢神经疾病的重要靶点。其中，5-HT1B、5-HT1D和5-HT1F三种亚型与偏头痛的治疗密切相关。多年以来，靶向5-HT1B/1D的激动剂曲普坦类药物被广泛用于偏头痛的治疗。然而，该类药物的血管收缩特性给患有冠心病、脑血管疾病或高血压病史的患者带来了一定的治疗风险。2019年，美国FDA批准了一种高选择性靶向5-HT1F的新型急性偏头痛治疗药物——拉米替坦(Lasmiditan)。拉米替坦能有效地避免曲普坦类药物在心血管方面的副作用，然而其选择性靶向5-HT1F受体的机理尚不明确。5-HT1F作为极具前景的抗偏头痛靶点，对其结构、功能以及选择性药物的作用机制的研究具有重要意义。 　　近日，中国科学院上海药物研究所徐华强课题组利用冷冻电镜技术，首次解析了5-HT1F受体结合G蛋白以及抗偏头痛药物拉米替坦的复合物结构，揭示了拉米替坦选择性结合5-HT1F受体的结构基础。 　　冷冻电镜技术，也叫冷冻电子显微镜技术，是在低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术，即把样品冻起来并保持低温放进显微镜里面，用高度相干的电子作为光源从上面照下来，透过样品和附近的冰层，受到散射。研究人员再利用探测器和透镜系统把散射信号成像记录下来，最后进行信号处理，得到样品的结构。 　　冷冻电镜技术作为一种重要的结构生物学研究方法，它与X射线晶体学、核磁共振一起构成了高分辨率结构生物学研究的基础。这项技术获得了2017年的诺贝尔化学奖。获奖理由是“开发出冷冻电子显微镜技术(也称为低温电子显微镜技术)用于确定溶液中的生物分子的高分辨率结构”，简化了生物细胞的成像过程，提高了成像质量。 　　徐华强课题组的成果以“Structural basis for recognition of anti-migraine drug lasmiditan by the serotonin receptor 5-HT1F–G protein complex”为题，于2021年7月8日在《细胞研究》(Cell Research)上在线发表。 5-HT1F属于5-HT1亚家族成员，但在同源性和配体激活效应上与该亚家族的其它亚型差别相对较大，这也使得5-HT1F成为具有潜力的选择性抗偏头痛靶点。研究团队经过纯化、冷冻制样和数据处理等条件摸索，突破了5-HT1F受体-G蛋白复合物表达量低、复合物组装不稳定的技术瓶颈，最终获得高质量的复合物结构。5-HT1F受体的胞外区附近结构相对其他5-HT亚型受体具有显著的构象变化，这也是药物拉米替坦能够高选择性结合5-HT1F受体的结构基础。a-b. 5-HT1F-Gi-拉米替坦复合物的电镜密度图(a)和原子模型(b)； c. 拉米替坦的结合口袋示意图； d. 拉米替坦与5-HT1F受体的相互作用模式图； e. G蛋白招募实验显示拉米替坦对5-HT1F受体具有高度选择性。 徐华强课题组长期致力于在5-羟色胺家族受体的结构与功能研究，并取得了一系列系统性的重要成果。该研究团队于2013年在Science上发表首个5-HT1B受体的晶体结构1；于2018年在Cell Discovery上发表了首个拮抗状态的5-HT1B受体结构2；于2021年3月在Nature上发表3个不同亚型的5-HT受体与G蛋白复合物的冷冻电镜结构，并首次揭示了5-HT受体的脂质调控、组成型激活以及与抗精神分裂症、抗抑郁药物阿立哌唑的作用机制3。该团队在5-HT1F受体和抗偏头痛药物的作用机制上取得的成果，进一步实现了5-HT受体系统研究领域的重要突破。 　　上海药物所和上海科技大学联合培养博士生黄思婕、上海药物所博士生徐沛雨和研究助理谭阳霞为文章的共同第一作者；上海药物所徐华强研究员和蒋轶研究员为文章的共同通讯作者。该研究获得了国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、上海市市级科技重大专项、国家自然科学基金和国家科技重大专项的资助。

近日，国际食品包装协会公布了“2010年度中国食品包装行业‘十大隐忧产品’”，其中就包括了人们日常生活中几乎离不开的快餐盒、食品袋、一次性纸杯、保鲜膜等物品。请关注—— 　　打破砂锅 　　在饭店用餐后，用一次性塑料餐盒把剩菜打包带回家 到菜市场买熟食，用塑料袋提回家 到朋友家做客，用洁白发亮的纸杯喝水 透明耐用的太空杯，即使一个不小心摔在地上，也不会破……谁也不会想到，这些在日常生活中经常用到的东西，一旦选择不慎，就有可能买到劣质、有毒产品，危害到消费者的健康和安全。 　　为提高消费者对这些产品的警惕，1月28日，国际食品包装协会公布了“2010年度中国食品包装行业‘十大隐忧产品’”，其中包括一次性塑料餐饮具、食品用塑料袋、置物盘、纸杯、太空杯与婴儿奶瓶、PVC(聚氯乙烯)保鲜膜等。 　　警惕伪劣产品误导消费者 　　一次性塑料餐饮具中最常见的是发泡塑料餐盒，很多快餐店使用的都是便宜、劣质的发泡塑料餐盒。国际食品包装协会秘书长董金狮说，为降低成本，在劣质的一次性塑料餐饮具生产中，企业大量使用工业级碳酸钙、滑石粉、石蜡等有毒有害原辅材料，或加入有致癌作用的荧光增白剂掩盖杂质，甚至添加了来源不明的废塑料。如长期使用，有毒有害物质将渗入食物内，可能导致消费者慢性中毒。 　　食品用塑料袋也是消费者经常使用的产品，由于直接与食品接触，国家对食品用塑料袋不仅原料要求高，而且要求应在食品袋上注明“食品用”字样。然而，目前市场上非正规的食品用塑料袋，不仅没有标注字样，甚至是用废塑料等违规原辅材料、染色生产的 有的是伪造或冒用他人QS生产许可证欺骗消费者 还有部分食品用塑料袋厚度不足0.015毫米，属于国家明令的淘汰类产品。 　　董金狮说，由于宣传力度不足，许多消费者都不了解非食品用与食品用塑料袋间的区别，使用非食品用塑料袋盛装食品的情况时有发生。 　　密胺餐具又称仿瓷餐具，去年国家质量监督检验检疫总局对劣质仿瓷餐具进行了围剿，但劣质餐具改头换面照样出现在市场上。目前市场上部分置物盘是用有毒尿素甲醛树脂生产的仿瓷餐具，再穿“置物盘”新衣，并在产品上印制盛装水果等食品图案，放在正规仿瓷餐具旁销售，误导消费者将“置物盘”当作可盛装食品的器具。 　　其实，即使是合格的密胺仿瓷餐具，对使用条件也有要求，尤其是不能用微波炉加热。合格密胺餐具使用温度不应超过150℃，用脲醛树脂生产的不合格餐具耐温只是80℃。在80℃以上，脲醛树脂仿瓷餐具就会挥发致癌物质甲醛。 　　长期使用含双酚A产品易致癌 　　2010年度中国食品包装行业“十大隐忧产品”评选提示，目前市场上充斥着大量不合格纸杯，主要原因是劣质纸杯生产厂家为减少成本，使用回收废纸、废塑料进行生产 为增白，还在原料里增加了一些国家明令禁止用于食品包装生产的荧光剂等 为使纸杯外图案更鲜艳，使用劣质含苯型油墨，由于含有苯、甲苯、二甲苯等有害溶剂，汞、铅、砷等重金属，对人体存在严重危害。 　　而太空杯与婴儿奶瓶之所以入选“十大隐忧产品”，是因为部分不法企业在生产太空杯与婴儿奶瓶时，添加了双酚A。双酚A大量用于生产环氧树脂、聚碳酸酯、聚酯树脂等，可用作聚氯乙烯稳定剂、塑料抗氧化剂、紫外线吸收剂、农用杀菌剂、橡胶防老剂等。 　　双酚A属低毒品，实验证明，人体长期使用含有双酚A的食品包装，有可能导致前列腺癌、乳腺癌、糖尿病及心脏、肝脏等器官的病变。目前，欧盟各国逐渐对有机化工原料双酚A下达了禁令。 　　部分超市出售熟食用PVC保鲜膜包裹，由于PVC保鲜膜内含较多增塑剂，用它包装肉食、熟食、油脂食品或用微波炉加热，均可能导致增塑剂与氯乙烯单体溶出到食物中。有些消费者用PVC保鲜膜包裹身体减肥，也会导致增塑剂和氯乙烯单体溶出，威胁健康。此外，由于对健康和环境存在危害，PVC热收缩膜、食品包装材料及添加剂、奶制品包装袋、商品过度包装也被列入2010年食品包装行业“十大隐忧产品”。 　　认清标志，正规途径购买 　　为了加强食品包装的安全性，国家质量监督检验检疫总局早在2006年开始对食品用塑料包装、容器、工具等制品实施市场准入(QS)制度，部分生产企业陆续取得了国家颁布的生产许可证。国家标准化管理委员会也在2009年12月1日正式实施《塑料一次性餐饮具通用技术要求》等。 　　董金狮建议消费者，在使用一次性塑料餐饮具时，注意盒底是否有QS标志和编号 食品用塑料袋是否有注明“食品用”字样，厚度是否大于0.015毫米 应去大型商场和正规超市购买置物盘、纸杯、太空杯与婴儿奶瓶、PVC保鲜膜等，购买时注意密胺餐具底部是否有QS标志和编号 而合格纸杯上应有生产许可标识(QS)、生产日期和厂家信息 使用PVC保鲜膜时要注意“不能接触带油脂食品”“不得微波炉加热”“不得高温使用”等。 　　由于纸杯目前执行的标准为轻工部的行业标准《纸杯》，标准中并没有对油墨提出要求，董金狮呼吁，应尽快出台纸杯的国家标准，禁止使用劣质含苯型油墨，确保纸杯的质量安全。

微型蠕动泵是一种小型而强大的液体输送设备，它被广泛应用于医疗、生物技术、环保、化工等众多领域。微型蠕动泵以其独特的工作原理和出色的性能受到了行业内外的关注和青睐。本文将全面介绍微型蠕动泵的原理、特点、应用及选择要点，帮助读者更好地了解和应用该设备。一、微型蠕动泵的工作原理微型蠕动泵基于蠕动泵的工作原理，即通过弹性管的收缩和蠕动运动实现液体输送。它的核心部件是管道和驱动装置。当驱动装置开始运转时，管道内的弹性管会被挤压和放松，从而将管道内的液体推送出去。微型蠕动泵以其独特的工作方式保证了输送液体的准确性和稳定性。二、微型蠕动泵的特点1. 紧凑小巧：微型蠕动泵体积小巧，重量轻，便于携带和安装。2. 高性能：微型蠕动泵具备高精度和高精确性，可实现精密的流量控制。3. 耐腐蚀性强：微型蠕动泵采用优质耐腐蚀材料制造，具有良好的耐腐蚀性，适应性广泛。4. 无泄漏：微型蠕动泵采用无泄漏设计，避免了对环境的污染和对操作人员的伤害。5. 低噪音：微型蠕动泵采用静音技术，噪音低，操作过程中不会产生噪音污染。三、微型蠕动泵的应用领域1. 医疗领域：微型蠕动泵在医疗器械中广泛应用，如药物输液、血液透析、血液分离等。2. 生物技术领域：微型蠕动泵可用于生物反应器的供料、生物制药等。3. 环保领域：微型蠕动泵可用于废水处理、气体监测等环保设备的液体输送。4. 化工领域：微型蠕动泵可用于化工生产过程中的液体加料、混合、输送等工作。5. 实验室研究：微型蠕动泵在实验室中无论是颗粒分选、加液分析还是试剂配置，都能发挥重要作用。四、选择微型蠕动泵的要点1. 流量需求：根据实际工作需求确定所需的流量范围，选择相应的微型蠕动泵。2. 压力要求：考虑工作过程中的液体输送压力，选择适合的微型蠕动泵。3. 耐腐蚀性：根据所输送液体的性质，选择具有良好耐腐蚀性的微型蠕动泵材料。4. 稳定性要求：考虑工作过程中的稳定性要求，选择具有高精确性的微型蠕动泵。5. 噪音控制：根据工作环境的要求，选择噪音较低的微型蠕动泵。综上所述，微型蠕动泵以其小巧便携、高性能、耐腐蚀、无泄漏和低噪音等特点，广泛应用于医疗、生物技术、环保、化工等领域。在选择微型蠕动泵时，需考虑流量、压力、耐腐蚀性、稳定性和噪音等因素。相信通过本文的介绍，读者对微型蠕动泵有了更全面的了解，能够在实际应用中做出更为精准的选择。

1月6日，《自然》杂志以封面文章形式发表了被誉为“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜（FAST）的最新成果。在该成果中，中国科学院国家天文台研究员李菂等领导的国际合作团队，通过FAST平台，采用原创的中性氢窄线自吸收方法，首次获得原恒星核包层中的高置信度的塞曼效应测量结果。研究发现，星际介质具有连贯性的磁场结构，异于标准模型预测，为解决恒星形成三大经典问题之一的“磁通量问题”提供了重要的观测证据。《中国科学报》了解到，这是FAST产出的系列重大成果之一。自2020年1月11日通过国家验收至今，FAST已运行近两周年。基于超高灵敏度的明显优势，它已成为中低频射电天文领域的观天利器。《自然》杂志封面 中国科学院国家天文台供图又一重磅，挑战星际磁场标准模型磁场在恒星、行星和生命的产生中发挥着重要作用，过程复杂。“磁通量问题”是恒星形成经典三大问题之一，分子云的星际磁场强度测量是全球天文界的共同挑战。恒星诞生于分子云中，分子云中的致密区域发生塌缩，最终形成恒星。恒星磁场的标准模型认为，在恒星形成过程中，磁场和重力是相互抗衡的力量，在分子云密度高的地方，重力越大，磁场也越强。按照这一模型，重力和磁场不断拉扯，以至于恒星形成需要上千万年。测量分子云的星际磁场强度并不是件容易的事。目前，可用于测量磁场强度的唯一手段就是“塞曼效应”。1896年，荷兰物理学家塞曼发现，把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱发生变化，一条谱线会分裂成几条偏振化的谱线。根据光谱的变化，科学家就可以反推出磁场的强度。但是，探测分子云的塞曼效应难度很大。“分子和磁场的作用普遍非常弱，塞曼效应也非常弱。”李菂说。为更好地测量出星际磁场，李菂团队另辟蹊径，原创出一种通过测量氢原子的谱线来测量星际磁场的方法——中性氢窄线自吸收方法。“原子对磁场的响应会比分子强。氢原子是宇宙中丰度最高的元素，广泛存在于宇宙的不同时期，也是不同尺度物质分布的最佳示踪物之一。”李菂说。FAST为李菂等人提出的新方法创造了应用的机会。“FAST是探测暗弱中性氢源的利器。”李菂说。通过FAST，研究人员测量了L1544分子云包层的磁场强度，首次实现了原创的中性氢窄线自吸收方法塞曼效应的探测，也实现了利用原子辐射手段来探测分子云磁场的“从0到1”的突破。研究人员发现，与标准模型的预测结果不同，星际介质从恒星外围的冷中性气体到原恒星核，具有基本一致、连贯性的磁场结构。“由此，我们将恒星形成的时间从上千万年减少到百万年。”李菂说。这一研究成果引起了国际学者的关注。未参与此项研究的美国伊利诺伊大学教授理查德克鲁切尔评价：“通过观测中性氢窄线自吸收的塞曼效应，FAST首次揭示了在恒星形成的早期阶段，磁压不足以阻止引力收缩，这与恒星形成的标准理论不一致。这一发现对于理解恒星形成的天体物理过程至关重要，并显示了FAST在解决重大天体物理问题方面的潜力。”运行两年，FAST产出一系列大成果从2020年1月11日通过国家验收至今，两年来，FAST好消息频传。仅2021年，FAST就产出了不少重要成果。2021年10月14日，《自然》发表了FAST获得迄今最大快速射电暴爆发事件样本的成果。快速射电暴（FRB）是宇宙中最明亮射电爆发现象，由于起源未知，它成为天文学研究的热点。国家天文台科研人员领导的国际合作团队，利用FAST对快速射电暴FRB121102进行观测，在约50天内探测到1652次爆发事件，获得迄今为止最大的快速射电暴爆发事件样本，超过此前本领域所有文章发表的爆发事件总和。这一成果还首次揭示出快速射电暴爆发率的完整能谱及其双峰结构。“FAST多科学目标巡天已经发现至少6例新快速射电暴，为揭示这一宇宙中神秘现象的机制、推进这一天文学全新领域的发展作出独特的贡献。”国家天文台副研究员王培说。面向未来，观天利器正摩拳擦掌5

大自然为人类社会的进步和发展提供了源源不断的灵感和动力。向自然学习，有所发现，有所发明，有所创造，有所进步，是科学发展的一条行之有效的途径。松塔的吸湿运动为人工驱动器的设计和制造提供了许多灵感。目前认为，松塔的开合是由鳞片外层的“肉”（石细胞，sclerids）比内层的“筋”（维管束，vascular bundle）的收缩膨胀更大引起的。但以往的研究只专注于研究松塔的弯曲机制，而忽略了弯曲过程和原本的功能特点。松塔为了让风和动物把种子传播到远离母树的地方繁衍，只有在长期干燥的环境下才会打开。对于松塔的超慢运动，目前的机理还无法给出相应的解释，并且这一机制也很难解释单独的维管束也具有湿度响应特征。因此，松塔的超慢湿度响应机制目前仍然是不清楚的。最近，中国科学院理化技术研究所王树涛研究员团队和北京航空航天大学刘欢教授团队合作，重新审视松塔的吸湿运动，揭示了松塔湿度响应的超慢运动的奥秘，并受此启发研发了具有类松塔湿度响应的超慢运动的人工驱动装置，其运动速度比现有的湿度响应驱动器低两个数量级，其整个运动过程难以察觉。相关工作以“Unperceivable motion mimicking hygroscopic geometric reshaping of pine cones”为题发表在Nature Materials杂志上。该工作得到了国家自然科学基金项目的大力支持。文章第一作者是张飞龙博士和杨曼博士，通讯作者为王树涛研究员和刘欢教授，徐雪涛和刘熹博士共同参与本研究，江雷院士为本研究提供了专业的指导。现象与发现1.松塔的吸湿变形是一个超慢的过程松塔完全打开需要相当长的时间，约24小时(图1a)。在具有吸湿变形能力的植物组织中，松塔鳞片的厚度归一化的形变速度是最小的（图1b），这与其长距离种子传播的功能是一致的。2.维管束本身也能够吸湿变形研究发现，维管束（VB）本身就可以吸湿变形，且具有比外层的“肉”（skin）更大的变形能力和运动速度(图1c, d)，表明VB在鳞片的湿度响应运动中起关键作用。而“肉”和整个鳞片的运动速度都远低于骨架（skeletons）和VBs。同样，与骨架和VBs相比，浸水的鳞片和“肉”的含水量更高，脱水速度更慢。因此，可以得出结论，VBs驱动鳞片的吸湿变形，而保水性好的“肉”减缓形变速度。图1. 松塔、鳞片及其各组成部分的吸湿运动。维管束（VB）的变形机制1.弹簧状微管和方形微管的异质结构为了探究VBs的弯曲机理，作者对VB的微观结构及各组成的吸湿膨胀行为进行了研究。从横断面扫描电镜图可以看出，VB具有典型的异质结构，包含两种管状的细胞壁，且两者边界清晰(图2a-d)。重构的微管三维结构图和纵向截面图进一步证实了，维管束是由平行排列的弹簧状微管和方形微管组成的典型的异质结构 (图2 e-g)。2.弹簧状微管和方形微管的吸湿膨胀行为不同通过机械剥离的方法，作者得到了弹簧状微管/方形微管对，并利用环境扫描电镜(ESEM)对其吸湿运动进行了原位观察(图2h)。随着相对湿度的增加，弹簧状微管伸长，微管对向方形微管侧弯曲(图3c)。相反，随着湿度的降低，微管对向弹簧状微管侧弯曲。根据上述结果，作者提出了一维弹簧状微管/方形微管异质结构的简化模型以解释VB的吸湿形变(图2i)。图2. 维管束的异质结构和弯曲机制仿松塔的超慢运动驱动器受此启发，研究人员利用双组份3D打印技术制备了由弹簧状管和方形管构成的异质结构的基本单元，在管中填充吸湿聚合物，以模拟鳞片中的“肉”增加吸湿路径，降低膨胀速度 (图3a, b)。打印出的弹簧状管/方形管展现出类似于松塔的吸湿变形性能(图3c)。利用简化模型与3d打印技术的可编辑性和兼容性，仅通过调节结构就可以实现各种精细的形状转变调控(图3d)。利用打印出的弹簧状管/方形管对，作者制作了一个可移动工作台，实现对上面的物体的超慢运输，不会周围的环境水造成干扰 (图3e-g)。利用打印出的弹簧状管/方形管对作为支架，探测器也可以在超慢运动的情况下增大监测范围(图3h)。图3. 仿松塔结构的超慢驱动装置该工作为理解松塔和其他植物组织的湿度响应形变提供了新的思路和结构基础，也为开发刺激响应驱动器提供了新的物理模型。该工作被新加坡国立大学（NUS）的Cecilia Laschi教授和意大利理工学院（IIT）的Barbara Mazzolai教授在《Nature Materials》杂志同期的News & Views专栏以“Move imperceptibly”为题，进行了专题报道。摩方精密简介摩方精密作为微纳3D打印的先行者和领导者，拥有全球领先的超高精度打印系统，其面投影微立体光刻（PμSL）技术可应用于精密电子器件、医疗器械、微流控、微机械等众多科研领域。在三维复杂结构微加工领域，摩方团队拥有超过二十年的科研及工程实践经验。针对客户在新产品开发中可能出现的工艺和材料难题，摩方将持续提供简易高效的技术支持方案。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41563-022-01391-2来源：材料科学前沿官网：https://www.bmftec.cn/links/7

8月18日，在近百名来宾的共同见证下，奥林巴斯在上海震旦博物馆发布了新一代激光扫描共聚焦显微镜新品——FV3000，这是FV系列时隔12年之后的又一力作。FV3000凭借其无可匹敌的高灵敏度、高速、高分辨率成像能力，不仅可以提供从活细胞成像到图像处理分析的全套解决方案，还可以在活细胞及组织的宏观和微观层级的观测模式上，也同样保持极佳的成像效果，无愧为生命科学领域的里程碑。发布会上，来自京都大学生命研究科的松田道行教授发表了“活组织细胞通讯的可视化”主题演讲，深入浅出的讲解方式令在场观众受益匪浅。奥林巴斯新一代激光扫描共聚焦显微镜新品FV3000发布(从右至左：奥林巴斯(中国)有限公司科学事业统括本部总经理 清水嘉毅先生、市场营业本部 生命科学部部长 波多野仁先生、技术服务部部长 张超美先生)京都大学生命研究科松田道行教授发表“活组织细胞通讯的可视化”主题演讲　　刷新业界新记录——超高速成像、超高灵敏度　　传统激光扫描共聚焦显微镜已经很好地满足固定状态下的细胞和切片的成像，但是生命科学的研究目的，是要追踪活细胞、活组织甚至活动物状态下生物学状态和变化。如果把传统显微镜比作固定物体摆拍的话，那么对活细胞和组织标本进行高灵敏度、高速成像，就犹如对赛场上的运动健儿进行高速连拍。FV3000产品图　　根据发布会的介绍，FV3000引入了两套扫描振镜，其中一套是高分辨率扫描振镜，具有先进显微镜特有的高分辨率成像能力 另一套是共振式扫描振镜，在保持大视野成像基础上兼顾了高速成像的表现。在全视野成像标准下，FV3000能够实现一秒钟内在屏幕上连续投射出 438张静止画面的采集速度，创下了业内扫描速度的新记录，可实时观察测钙、血流、心肌收缩等活细胞反应。　　此外，FV3000还应用了奥林巴斯新进研发的独家专利——“TruSpectral全真光谱超高灵敏检测”技术。与传统激光共聚焦显微镜相比，FV3000对标本的激光照射强度更低，荧光检测灵敏度更高，能有效保护珍贵的荧光标本。　　从宏观到微观的跨越——高精准物镜、高分辨率　　如果把图像扫描和处理系统比作FV3000的大脑，那么高精准物镜就是它的眼睛。FV3000采用最高精度的激光器和光路元件，提供多种独有物镜为不同应用和科研实验提供最优化的方案，如硅油物镜能够进行深层活细胞的高分辨率观察，超级色差校准物镜提高了共定位分析的可靠性，NA1.7超高分辨率物镜也是超高分辨率计划诺贝尔获奖者的科研首选。　　 现场来宾在工作人员讲解下深入了解FV3000产品　　另外，FV3000还可配置专利超高分辨技术FV-OSR，其应用非常广泛，可提供多达4通道同步超高分辨率技术成像，适用于大部分样本。FV-OSR对荧光染料无特殊要求，轻松突破光学分辨极限，实现高达120nm的超高分辨图像。在聚焦超高分辨细节的同时，FV3000还可根据需要，从1.25X物镜的低倍全局成像切换到150X物镜的高倍细节观察，实现大视野成像，完成从宏观到微观不同层级的图像采集。　　承光之力点亮生命 光学科技谱写世纪篇章　　凭借近一个世纪的光学研究努力，奥林巴斯始终秉承“Social IN”的经营理念，致力于以光学科技守护美丽生命。作为全球领先的显微镜产品和服务供应商，奥林巴斯自1920年自主研发了日本第一台商用显微镜“旭号”开始，就一直在显微镜领域不断攻克科技难关、坚持光学技术的不断创新，始终站在显微镜领域发展的前沿。此次FV3000的发布也必将成为显微镜历史发展中的重要时刻，它的诞生将使细胞生物学、肿瘤研究、干细胞研究、神经科学研究等领域的研究再上一个新的台阶。　　奥林巴斯生命科学领域负责人表示：“FV3000的研发离不开奥林巴斯卓越的光学科技创新和积累，未来，奥林巴斯会不断开拓进取，用不断进步的显微技术和产品，帮助人们去发现和探索更多的未知世界，发现更多未知之美。秉承‘承光之力，点亮生命’的品牌理念，奥林巴斯会持续守护美丽生命，为实现人类幸福的生活不断努力”。

机器人技术是一门快速发展的高新技术，在许多领域得到了日益广泛的应用，并对人类社会产生着日益重大的影响。微型机器人（Micro-Robotics）是指集成了微型作业工具、各种微小型传感器，具有通用编程能力的小型移动机构，而微机电系统和微驱动器的出现和发展为微型机器人的诞生提供基础。诞生背景 微型机器人出现是和微机电系统(MEMS)的发展是分不开的，可以说微型机器人就是可编程通用的微型机电系统工程。20世纪80年代后期，随着大规模和超大规模集成电路的迅速发展，微电子技术与机械、光学等学科的交叉融合促进了MEMS技术的迅速发展。和微机电系统一样，微型机器人的发展和微驱动器的发展也是紧密相关的。1987年美国加州大学伯克利分校取得一项轰动世界的突破性成就，首次研制出了转子直径为60~120μm的微型静电动机，随后MIT也研制出了100μm的静电动机。发展现状近年来, 采用MEMS 技术的微型卫星、微型飞行器和进入狭窄空间的微机器人展示了诱人的应用前景和军民两用的战略意义。以日本(三菱电子公司、松下东京研究所和Sumitomo电子公司等)为代表的许多国家在这方面开展了大量研究，重点发展进入工业狭窄空间微机器人、进入人体狭窄空间医疗微系统和微型工厂。在国家自然科学基金、863高技术研究发展计划等的资助下, 清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、广东工业大学、上海大学等科研院所针对微型机器人和微操作系统进行了大量研究，并分别研制了原理样机。目前国内对微型机器人的研究主要集中在三个领域：面向煤气、化工、发电设备细小管道探测的微型机器人；针对人体、进入肠道的无创诊疗微型机器人；面向复杂机械系统非拆卸检修的微型机器人。发展瓶颈微型机器人结构尺寸微小，器件精密，可进行微细操作，具有小惯性、快速响应、高谐振频率、高附加值等特点。然而微型机器人并不是简单意义上普通机器人的微小化，而是集成有传感、控制、执行和能量的单元，是机械、电子、材料、控制、计算机和生物医学等多学科技术的交叉融合。而且建立微型机器人需要更为微小的驱动器、执行器、传感器、处理器等，由此展开的对微型机器人微部件的加工和研制，将有利于实现更高意义上的微系统集成。然而，传统的加工工艺远远满足不了这些微小部件加工需求，因此研究人员将目光逐步转移到近些年来非常火热的增材制造工艺。增材制造又称3D打印技术，它摒弃了传统加工工艺过程复杂、成本高、难度大等特点，能够快速、灵活设计各种复杂结构。而高精密微纳3D打印技术又成为微型机器人不可或缺的手段。3D打印技术在微型机器人的应用2019年4月，多伦多大学微型机器人实验室在《Science Robotics》刊登了一篇关于3D打印微型机器人的文章。研究人员将磁性元素钕的颗粒嵌入到柔性材料中，并通过3D打印技术设计二十多种不同形状的磁性机器人结构。研究人员使用一对强力的磁铁来翻转机器人特定部位钕的极性，使它们在磁场中发生排斥和吸引作用，并通过紫外线照射将这些磁性粒子锁定在相应的位置。通过特定的编程程序，控制微型机器人不同部位的极性，使其达到爬行、蠕动、翻滚、收缩等运动效果。文章链接：https://robotics.sciencemag.org/content/4/29/eaav4494现阶段，微型机器人大多还处于实验室或原型开发阶段，因此，现在所见到的微型机器人较为简单，但同时也能执行一些基本的操作指令，离实用化还有相当长的距离。未来随着技术的发展，会出现各种复杂三维的微型机器人，并且能够在各种复杂环境中作业。这同时亟需一种更为精密微细的加工工艺。下图是深圳摩方材料科技有限公司利用陶瓷3D打印机加工的微型齿轮，最小细节0.092mm。( BMF microArch S240陶瓷3D打印机加工的微型齿轮，最小细节可达0.092mm )一般而言，微型机器人整体尺寸不超过100mm，细节尺寸可以达到微米甚至纳米级别，这就对加工精度和自由度提出极高要求。传统的CNC加工工艺成本昂贵，灵活度低，一般适合大零部件的加工。而MEMS加工工艺过程复杂，垂直方向加工受限，适合二维加工。而3D打印技术，作为当前发展非常迅速的制造工艺，具有低成本、高效率、一体化加工成型的特点。虽然一直以来材料是3D打印技术难点之一，研究人员逐步开发一些功能性材料，比如掺杂磁性粉末颗粒增强磁性。并且也可以通过后期表面处理来弥补材料方面的不足，比如表面金属化、溅射镀膜、翻模等工艺。目前，能够实现高精度3D打印的工艺屈指可数，其中面投影微立体光刻（PμSL）工艺是其中之一。该工艺以深圳摩方材料科技有限公司为代表，已经研发出多款型号机型，并且实现商业化生产，为国内外多个大型公司提供高精密加工方案。下图是该公司10um精度设备nanoArch S140通过在高强度韧性树脂中掺杂磁性粉末颗粒（质量比20%）加工的磁性抓手以及磁性弹簧阵列结构。( 磁性抓手，最小壁厚可达0.070mm )( 磁性弹簧阵列，最小线径可达0.099mm )

机器人技术是一门快速发展的高新技术，在许多领域得到了日益广泛的应用，并对人类社会产生着日益重大的影响。微型机器人（Micro-Robotics）是指集成了微型作业工具、各种微小型传感器，具有通用编程能力的小型移动机构，而微机电系统和微驱动器的出现和发展为微型机器人的诞生提供基础。诞生背景 微型机器人出现是和微机电系统(MEMS)的发展是分不开的，可以说微型机器人就是可编程通用的微型机电系统工程。20世纪80年代后期，随着大规模和超大规模集成电路的迅速发展，微电子技术与机械、光学等学科的交叉融合促进了MEMS技术的迅速发展。和微机电系统一样，微型机器人的发展和微驱动器的发展也是紧密相关的。1987年美国加州大学伯克利分校取得一项轰动世界的突破性成就，首次研制出了转子直径为60~120μm的微型静电动机，随后MIT也研制出了100μm的静电动机。发展现状近年来, 采用MEMS 技术的微型卫星、微型飞行器和进入狭窄空间的微机器人展示了诱人的应用前景和军民两用的战略意义。以日本(三菱电子公司、松下东京研究所和Sumitomo电子公司等)为代表的许多国家在这方面开展了大量研究，重点发展进入工业狭窄空间微机器人、进入人体狭窄空间医疗微系统和微型工厂。在国家自然科学基金、863高技术研究发展计划等的资助下, 清华大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、广东工业大学、上海大学等科研院所针对微型机器人和微操作系统进行了大量研究，并分别研制了原理样机。目前国内对微型机器人的研究主要集中在三个领域：面向煤气、化工、发电设备细小管道探测的微型机器人；针对人体、进入肠道的无创诊疗微型机器人；面向复杂机械系统非拆卸检修的微型机器人。发展瓶颈微型机器人结构尺寸微小，器件精密，可进行微细操作，具有小惯性、快速响应、高谐振频率、高附加值等特点。然而微型机器人并不是简单意义上普通机器人的微小化，而是集成有传感、控制、执行和能量的单元，是机械、电子、材料、控制、计算机和生物医学等多学科技术的交叉融合。而且建立微型机器人需要更为微小的驱动器、执行器、传感器、处理器等，由此展开的对微型机器人微部件的加工和研制，将有利于实现更高意义上的微系统集成。然而，传统的加工工艺远远满足不了这些微小部件加工需求，因此研究人员将目光逐步转移到近些年来非常火热的增材制造工艺。增材制造又称3D打印技术，它摒弃了传统加工工艺过程复杂、成本高、难度大等特点，能够快速、灵活设计各种复杂结构。而高精密微纳3D打印技术又成为微型机器人不可或缺的手段。3D打印技术在微型机器人的应用2019年4月，多伦多大学微型机器人实验室在《Science Robotics》刊登了一篇关于3D打印微型机器人的文章。研究人员将磁性元素钕的颗粒嵌入到柔性材料中，并通过3D打印技术设计二十多种不同形状的磁性机器人结构。研究人员使用一对强力的磁铁来翻转机器人特定部位钕的极性，使它们在磁场中发生排斥和吸引作用，并通过紫外线照射将这些磁性粒子锁定在相应的位置。通过特定的编程程序，控制微型机器人不同部位的极性，使其达到爬行、蠕动、翻滚、收缩等运动效果。现阶段，微型机器人大多还处于实验室或原型开发阶段，因此，现在所见到的微型机器人较为简单，但同时也能执行一些基本的操作指令，离实用化还有相当长的距离。未来随着技术的发展，会出现各种复杂三维的微型机器人，并且能够在各种复杂环境中作业。这同时亟需一种更为精密微细的加工工艺。下图是深圳摩方材料科技有限公司利用陶瓷3D打印机加工的微型齿轮，最小细节0.092mm。( BMF microArch S240陶瓷3D打印机加工的微型齿轮，最小细节可达0.092mm )一般而言，微型机器人整体尺寸不超过100mm，细节尺寸可以达到微米甚至纳米级别，这就对加工精度和自由度提出极高要求。传统的CNC加工工艺成本昂贵，灵活度低，一般适合大零部件的加工。而MEMS加工工艺过程复杂，垂直方向加工受限，适合二维加工。而3D打印技术，作为当前发展非常迅速的制造工艺，具有低成本、高效率、一体化加工成型的特点。虽然一直以来材料是3D打印技术难点之一，研究人员逐步开发一些功能性材料，比如掺杂磁性粉末颗粒增强磁性。并且也可以通过后期表面处理来弥补材料方面的不足，比如表面金属化、溅射镀膜、翻模等工艺。目前，能够实现高精度3D打印的工艺屈指可数，其中面投影微立体光刻（PμSL）工艺是其中之一。该工艺以深圳摩方材料科技有限公司为代表，已经研发出多款型号机型，并且实现商业化生产，为国内外多个大型公司提供高精密加工方案。下图是该公司10um精度设备nanoArch S140通过在高强度韧性树脂中掺杂磁性粉末颗粒（质量比20%）加工的磁性抓手以及磁性弹簧阵列结构。( 磁性抓手，最小壁厚可达0.070mm )( 磁性弹簧阵列，最小线径可达0.099mm )—— END ——官网：https://www.bmftec.cn/links/10

2023年多家跨国仪器巨头宣布裁员。赛默飞相继宣布五轮裁员计划，Illumina、沃特世、安捷伦、NanoString等头部企业紧随其后，纷纷加入裁员行列。在全球经济一体化的大背景下，这场裁员浪潮也波及了国内部分仪器企业。为全面了解国内仪器公司的人员变动情况，仪器信息网特别整理了“2023年国内上市仪器公司人员数量变动榜”，以飨读者。2023年，国内40家上市的仪器企业人员变动情况显著。其中，四成企业进行了人员缩减，而六成企业则实现了员工数量的增长，整体员工总数较上一年增加了5727人。在这一波人员调整中，易瑞生物的减员比例最为显著，高达38.74%；而聚光科技在减员数量上位居榜首，其人员缩减规模超过千人。与此同时，日联科技则呈现出强劲的增员势头，增员比例高达74.06%，成为行业内增员比例最高的企业；舜宇光学和迈瑞医疗在增员数量上表现尤为抢眼，分别增加了3888人和1945人。在减员企业中，易瑞生物、禾信仪器、蓝盾光电、科华生物、中科美菱、聚光科技减员比例均达两位数。在企业营收出现下滑、利润空间受到压缩的情况下，通常会采取缩减开支和调整人员结构等措施来应对困境。对比“2023年国内仪器公司营收排行榜”，易瑞生物和科华生物营收同比下降超过了60%，相应地，减员比例分别达38.74%和20.60%。同样，蓝盾光电营收同比下滑15.83%，减员比例为21.36%；中科美菱营收同比下降25.51%，减员比例为17.69%。聚光科技2023年营业收入同比下降约2.7亿元，为了适应市场环境的变化，公司及时调整发展思路及经营目标，逐步收缩业务单元、调整组织结构、优化人员，减员数量高达1048人。而在增员企业中，共有11家增员比例达到了双位数。舜宇光学、迈瑞医疗、高德红外、苏试试验、泰坦科技、博晖创新继续保持2022年的扩张势头，不断壮大其业务规模。2023年，日联科技在科创板上市，营收同比增长显著，高达21.19%，在国产仪器行业中表现出色。与此同时，该公司也实现了大量增员，共计新增员工374人，增员比例超过70%。另一家值得关注的企业是皖仪科技，其营收同样实现了同比16.50%的大幅增长，并在2023年增员比例超10%。整体来看，2023年国内上市仪器公司人数变动较大，裁员潮与增员热并存。这反映了不同企业在面对市场变化时的不同应对策略。一方面，部分企业由于营收下滑和利润空间压缩而不得不进行裁员；另一方面，也有企业通过积极的市场策略和业务拓展实现了员工数量的增长。

类器官技术已进入新的发展阶段，技术发展重点主要包括器官芯片、AI高通量自动化、类器官样本库及药敏检测等，在疾病发生机理、新靶点发现、诊疗新策略探索、药敏检测、新药研发、再生医学等多方向拥有广泛的应用前景。为加强创新细胞分析技术与方法的交流，把最新的细胞分析技术与方法推介给广大生物医药领域用户，仪器信息网将于2024年07月03日举办第七届细胞分析网络会议（iConference on Cell Analysis，iCCA 2023）。会议依托成熟的网络会议平台，将为广大科研工作者、相关从业者提供一个突破时间地域限制的免费交流、学习平台，让大家足不出户便能聆听到精彩报告。报名链接及日程二维码https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/icca2024/ 【类器官与器官芯片】分会场精彩预览：报告主题：干细胞与血管类器官报告嘉宾：王凯北京大学 研究员严重下肢缺血（Critical limb ischemia, CLI）是由于下肢动脉狭窄或闭塞、血流灌注不足，从而导致下肢疼痛、溃疡或坏疽甚至截肢。目前，CLI的治疗尚无彻底治愈的药物，主要依赖于外科治疗，旨在通过绕过或消除动脉阻塞来重建血运，亦有复发的风险。针对以上的治疗困境，干细胞治疗等新疗法将为这些患者带来新的希望。本项目利用IPS衍生出来的可注射血管类器官在体内极强的生成血管的能力，有望孵化出一种新的细胞治疗方法，用于下肢缺血的治疗。报告主题：安捷伦细胞分析助力类器官研究报告嘉宾：周鑫安捷伦细胞分析事业部 产品应用经理1. 安捷伦类器官成像分析解决方案 2. 安捷伦类器官能量代谢分析Seahorse XF技术解决方案 3. 类器官分析案例分享报告主题：复杂类器官构建及其疾病应用报告嘉宾：冷泠中国医学科学院北京协和医院 教授冷泠研究团队基于空间基质组学技术及其研究成果，创建了多种复杂类器官模型，进行微生物感染致病机理、罕见病发病机制病等多项研究，推动类器官在罕见病治疗和药物筛选中的应用。报告主题：Hamilton自动化在细胞培养和3D类器官培养中的应用报告嘉宾：万米根哈美顿（上海）实验器材有限公司 应用工程师干细胞类的细胞系的培养一直是细胞培养中的难点。不合适的培养操作方式会对细胞克隆产生多种刺激导致细胞异常分化，细胞密度、克隆状态等因素也对干细胞的状态产生影响。Hamilton自动化液体处理系统可以自动化完成细胞接种、传代、维持培养和融合度检测等操作。3D类器官培养是疾病模型、体外药物发现和细胞治疗的重要工具。类器官药物敏感性高通量检测涉及患者类器官在微孔板（通常为96、384甚至1536孔板）中的分装、大规模药物微量施加、药物敏感性判读等多个关键环节。自动化液体处理系统可以通过控制关键因素确保整个过程的标准化，这包括培养液的自动配制、自动温敏基质胶铺板、类器官传代与铺板、自动孵育、自动高内涵染色和自动检测等多个环节。Hamilton专利的MagPip移液通道可实现基质胶和类器官的快速铺板。该系统的高精度和稳定性保证了实验结果的准确性和可靠性，助力生物医学领域的研究和创新。报告主题：工程化的胰岛类器官在糖尿病治疗中的应用报告嘉宾：王茜北京大学第三医院 研究员中国正面临着糖尿病带来的巨大医疗和经济负担，随着干细胞分化的蓬勃发展，干细胞来源胰岛类器官有望提供无限的细胞来源并应用于糖尿病患者的临床治疗中，然而其中的科学难题包括免疫排斥、缺血缺氧等仍亟待解决。针对上述关键科学问题，王茜研究员构建了一系列安全性、可大规模生产的可植入免疫隔离装置、仿生支架材料和功能增强型干细胞，用于高效地递送细胞及提高细胞移植后的存活率。报告主题：类器官模型建立和检测的要点梳理报告嘉宾：鲁扬赛默飞世尔科技 现场应用专家器官研究近几年有了迅速发展。随着多种自定义类器官模型的涌现，研究者也提出了诸如质量控制，形态观察和功能检测等更多需求。本次报告拟对类器官模型建立和检测过程中的主要步骤做出汇总和梳理，为研究者提供类器官研究的整体解决方案。报告主题：脑类器官及其在脑发育、脑疾病和系统互作模拟中的应用报告嘉宾：马少华清华大学深圳国际研究生院 副教授脑类器官，由胚胎干细胞或诱导多能干细胞培育而成，能够在体外模拟人脑的发育和功能，以及在体外模拟脑疾病的发生、发展以及治疗干预。此外，脑类器官通过与多器官、组织和细胞的共培养，能够探究神经系统与其他系统如免疫系统之间的互作及其调控机制，为脑科学研究和理解器官间的相互作用和维持生理稳态提供先进的研究工具。报告主题：一种类器官的电活动检测分析方法报告嘉宾：刘晓燕上海科技大学 工程师类器官作为目前研究的前沿技术之一，在疾病建模，抗癌药物筛选，药物毒理检测，基因和细胞疗法的领域有广大的应用前景。对于可以检测动作电位的类器官如心肌类器官，类脑器官而言，电生理活性检测是判断类器官是否能够模拟在体器官的标准之一。基于此向大家分享类器官简单培养方法的基础上，为大家介绍一种无创的可以实时监测类器官电生理活性的一种检测方法。此方法通过对类器官放电进行收集和处理，可以输出脑类器官的动作电位发放频率，发放数目，也可输出心肌类器官的FPDc，收缩频率，跳动频率等相关的心电图检测指标。可以更无创准确的反应类器官的电生理活性从而判断类器官的状态。

在近期的新冠疫情中，各类mRNA疫苗纷纷采用了LNP作为递送载体，有效避免了核酸被降解，提高了mRNA进入细胞的效率。在LNP的应用研究中，质量控制往往为重要也为困难的一环。LNP的质量（如其包封率、载药量与稳定性）很大程度上取决于其囊泡的结构是否均匀、稳定，这就需要研究人员对LNP进行透射电镜成像，来直接观测LNP的囊泡结构、粒径等形态信息。 随着科研的进步，人们对成像仪器的要求与日俱增。但是即便在高分辨成像设备多如牛毛的今天，生物样品的透射电镜成像却一直是一个难题。所谓“电镜易得，样品难求”，如何制得一个无损的电镜样品从而拍摄到清晰、高反差的生物样品图片，一直是生物样品透射电镜成像中的大的难题。这个难题很大程度上是由透射电镜的高电压与制样中的染色/负染步骤导致的。 负染是在使用传统透射电镜对生物样品成像时“不得不”采用的样品处理手段，但是负染的处理手段也会带来显著的问题： 、就是生物样品制样复杂，在制样染色过程中，样品容易产生收缩、膨胀、破碎以及内含物丢失等结构改变； 二、重金属盐离子本身会对生物样品的形貌造成不可逆的损害，这种损害在传统制样过程很难避免； 三、负染所得的“负像”并不能真实地反映生物样品的形貌特征，尤其对于LNP等囊泡结构，囊泡表面局部凹陷，可能会有少量染液遗留在凹陷处，或者载网表面有负染液残留的痕迹等，这些负染液在电镜观察时就会产生“假象”； 四、对于制样操作者的要求较高，生物样品的种类多种多样，而每一种生物样品负染时佳的制样条件（重金属盐溶液的种类、浓度，染色的时间长短等）都不一样。这就需要制样人员根据各自实验室的条件，在长时间地摸索与多次地试错来获取佳的制样条件，大量宝贵的时间和样品就这样浪费在染色制样条件的摸索中了； 五、传统透射电镜操作复杂，维护困难，而实验平台的透射电镜往往一“时”难求，生物样品的佳观测时间往往较短，经常会出现获得好的生物样品，却发现电镜早要在一周后才能预约的尴尬局面； 后，即便已经采用了负染等手段，LNP类的囊泡生物样品还是非常脆弱的，在成像过程中经常会出现囊泡被长时间电子流照射给“轰碎”的状况，这就迫使操作者加快操作速度，更加手忙脚乱。摆脱传统电镜桎梏的生物型透射电镜 Delong Instrument公司推出的LVEM生物型透射电子显微镜（LVEM5&25）采用了5kV与25kV的低加速电压设计，一次性地摆脱了上述所有的生物电镜成像难题，为生物样品的电镜成像提供为便捷高效的解决方案。 高衬度：低能量电子对有机分子产生更强烈的散射，具有更高对比度。无需染色：突破以往生物/轻材料成像需要重金属染色的局限性。高分辨率：无染色条件下能够达到1.5 nm的图像分辨率。多模式：LVEM5能够在TEM、SEM、STEM三种模式中自由切换。高效方便：真空准备只需要3分钟，空间小，环境需求低。易操作且成本低：友好智能化操作界面，低耗材，低维护费用，无需专业操作人员。生物样品友好 LVEM生物型透射电镜采用的5kV与25kV低电压设计，对生物样品不会造成任何损伤，与传统高压电镜相比，低电压反而提高了生物样品成像的衬度/反差；无需重金属染液负染，对于LNP等囊泡结构成像条件温和，摆脱了染液与负染过程本身可能对囊泡结构造成的损害，所得图像为“正像”，更加真实地展现囊泡的结构特征。 生物样品细节损失少 如下图所示，传统高压透射电镜本身就会带来样品细节损失，在80-120kV下的透射电镜成像过程中，大量十几纳米尺寸的颗粒会直接被“击穿”。而LVEM生物型透射电镜采用的5kV与25kV低电压设计，不仅避免了传统高压透射电镜长时间照射对于生物样品的损害，还可以保留下更多地小有机颗粒图像，获得更多地细节。小型化设计，操作更加方便 传统透射电子显微镜体积庞大，对放置环境有严格的要求，并且需要水冷机等外置设备。通常会占据整间实验室。LVEM电镜从根本上区别于传统电镜，尺寸较传统电镜缩小了90%，对放置环境无严格要求，无需任何外置冷却设备，可以安装在用户所需的任意实验室或办公室桌面。操作界面智能化，更加方便。 LVEM生物型电镜案例 LVEM生物型透射电镜对生物样品成像友好，除了LNP之外，对于病毒颗粒、外泌体、噬菌体、DNA、细胞切片等生物样品的成像效果也非常，可以满足研究人员多样化的成像需求，且其操作简便，制样简单，是使生物科研工作者研究更加游刃有余的“科研利器”。 部分用户单位：

墨水直写3D打印是一种应用广泛的增材制造技术，该方法依赖的墨水成分选择空间大并且制造成本相对低廉。然而，墨水直写方法受制于低打印分辨率，在打印高分辨率的三维结构方面十分困难。水凝胶是一个高度溶胀的高分子网络，失水时可以产生巨大的体积变化，利用三维水凝胶结构的体积收缩来制造微型结构是一个可选的方案。此外，墨水直写方法在打印具有复杂悬空结构时同样面临着挑战，常用的策略是后期将目标材料灌入打印的牺牲模板中来间接制造复杂三维结构。最近的研究工作集中在光固化牺牲模板上，但是去除这些模板一般需要高温处理或有毒溶剂，极大地限制了可灌注的目标材料种类。 　　近日，中国科大俞书宏院士团队报道了一种提升墨水直写3D打印技术分辨率的方法，该方法是基于一种可打印水凝胶(卡波姆凝胶)的可控收缩特性。研究人员通过引入分子链间的共价键交联赋予了水凝胶干燥后均匀收缩的特性，3D打印水凝胶结构的体积可收缩至原先的0.5%，提升了墨水直写3D打印技术的制造分辨率。此外，研究人员利用该水凝胶体系预先打印牺牲模板，而非将目标材料墨水直接纳入打印墨水体系，无需对目标墨水的流变性能进行重新设计，拓展了可制造材料的种类。该研究成果以“Controlled desiccationof preprinted hydrogel scaffolds toward complex 3D microarchitectures”为题发表在Advanced Materials上。我校博士生崔晨为论文的第一作者，俞书宏院士和高怀岭教授为通讯作者。 　　为了提高墨水直写3D打印技术的打印复杂度和打印分辨率，研究人员利用具有可控收缩特性的水凝胶微粒作为牺牲模板的墨水，打印的水凝胶牺牲模板在受控干燥后体积收缩了99.5%(图1g)，成功制造了具有亚毫米分辨率的复杂三维结构(以双螺旋结构为例)。研究表明，水凝胶中的分子间共价交联是实现水凝胶均匀收缩的关键因素之一。研究人员测试了多种交联方式的水凝胶，验证了该策略的普适性。图1 可控收缩水凝胶通过墨水直写3D打印制备牺牲模板，打印结构经过自然干燥，在保持原先结构的前提下体 积大大减小，由此提升了制造分辨率 　　为了进一步研究牺牲模板中孔道的几何各向异性对收缩均匀性的影响，研究人员分别打印了具有水平和竖直圆柱形孔道的支架。水平和竖直孔道截面的重叠系数分别为0.94和0.95，表明了孔道结构收缩前后的高形状保持率和水凝胶支架在三维空间的均匀收缩(图2a)。为了探索水凝胶的最大收缩倍数，使用氢氧化钠中和的卡波姆凝胶分别实现了在水平方向上5.95倍、在竖直方向上5.32倍的均匀收缩(图2b)。 　　研究人员进一步设计了一个具有三维导电通路的逻辑电路和磁性微型机器人作为概念验证。可控收缩的3D打印水凝胶在干燥后构成了微电路支架，注入的液态金属EGaIn构成了内部的导电通路。Micro LED被固定在立方体电路的五个表面上，通过连接底部不同的触点对，Micro LED会被依次点亮(图2g)。利用可控收缩的3D打印水凝胶作为牺牲模板还制造了特征尺寸为90微米的磁性微型机器人。在可控磁场的作用下，该微型机器人具有良好的旋转和运动功能。 图2 水凝胶牺牲支架中孔道的几何各向异性对均匀收缩的影响及制造的三维电路器件 　　研究人员利用可打印水凝胶的可控收缩特性提升了墨水直写3D打印技术的制造分辨率和结构复杂度。未来，水凝胶辅助3D打印方法将为解决三维微纳制造的经济性和灵活性问题提供新的思路。 　　该工作受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省高校协同创新项目、中央高校基本科研专项资金等资助。

随着造影剂及心跳门控技术的发展，显微计算机断层扫描技术(Micro-CT)成为临床前活体动物心脏研究的有利手段之一。Micro-CT可以在相对短时间内获得心腔高分辨率的三维图像，时间短也就意味着麻醉时间短，对心脏的副作用小，同时也满足高通量的成像。许多研究人员已经证明了，Micro-CT可以对心脏的形态学和整体心室收缩指数进行量化，如心搏量体积、射血分数(EF)，心脏输出量等。但是，使用Micro-CT评价收缩期排空或舒张期充盈的其他功能参数未见报道。舒张和收缩功能的评估是至关重要的，因为收缩功能异常常见于心血管疾病中，尤其在早期临床表现中；而舒张功能的改善与生存时间的延长有关。如果Micro-CT这种简单的成像模式，即可测定舒张和收缩期双心室功能参数，将对心肺疾病的诊断、预后具有重要意义。大鼠肺动脉高压模型为了评价Micro-CT能否同时评估左心室(LV)和右心室(RV)的动态舒张充盈和收缩排空，文中使用了SU5416-低氧(SuHx)大鼠肺动脉高压模型(PAH)和健康大鼠进行实验。肺动脉高压是一种罕见但极具破坏性的疾病，由于肺动脉血管收缩和重构，引起肺动脉低压升高。与LV不同，RV对后负荷的增加很敏感，随着疾病的进展，额外的负荷会导致RV肥大、纤维化和衰竭。实验方法使用PAH及健康大鼠，尾静脉注射血池型碘化造影剂eXIA160XL(Binitio Biomedical, Inc, Ottawa, Ontario, Canada)，剂量5μL/g体重，调整自动注射泵至速率0.3ml/min。大鼠经过气体麻醉后，置于珀金埃尔默Quantum GX microCT成像系统中进行成像，管电压调整至90Kvp，电流80 μA，仅需4min即可完成扫描。重建的数据加载到Analyze 12.0软件中，在心内膜轮廓线进行图像重建，计算所有重建的LV和RV体积。*相关缩写：EDV：舒张末期容积；ESV：收缩末期容积；SV：心博量；LV：左心室；RV：右心室；EF：射血分数。实验证实SuHx大鼠右心室显著增大，肺动脉扩张（图1A-1C），以及扁平的室间隔朝LV偏移，形成压缩的d型LV（图1A和1B）。而健康的对照组大鼠，图像显示没有异常。图1. SU5416-hypoxia(SuHx)和健康对照大鼠的心脏功能评价。(A)冠状面， (B) 横断面，(C)三维图像。此外，与对照组相比，SuHx大鼠RV舒张末期和收缩末期体积显著增加（图2A-C），而RV心搏量体积和EF明显减少，该结果与临床一致（图2C和2D）。同时，SuHx大鼠LV舒张末期，收缩末和心搏量显著低于对照组（图2E–2G）。值得注意的是，SuHx大鼠的LV EF不受影响，这表明LV收缩功能还可以维持（图2H）。SV= EDV-ESVEF=SV/EDV×100图2. SuHx和对照大鼠心脏容积及功能参数对比。(A)右心室舒张末期容积， (B) 右心室收缩末期容积，(C)右心室心博量容积，(D)右心室射血分数，(E)左心室舒张末期容积，(F)左心室收缩末期容积，(G)左心室心博量，(H)左心室射血分数。心脏肥大小鼠造影成像几十年以来，一些心脏肥大和心力衰竭的转基因小鼠模型被学者们用于心肌肥厚和心衰这些致命疾病可能的分子机制研究。其中Gαq（G蛋白的一种）过表达小鼠就是很好的模型，Gαq蛋白过表达可引起心肌细胞的肥大和左心室功能减退。在此文章中使用珀金埃尔默Quantum GX microCT成像系统来评价，Gαq过表达对心脏的影响。实验方法使用Gαq-过表达及健康小鼠作为模型，尾静脉注射ExiTron nano6000，100μl/只，注射后立即扫描，使用analyze软件进行分析，用四种颜色代表心脏的不同分区。由图中可以看出，Gαq过表达对心脏的影响，使用自带软件可以清晰的看到冠状面断层图像，可以划分出心脏的四个腔室（图3.上排）。蓝色：右心房，黄色：右心室，粉色：左心房，绿色：左心室。相应横断面的图像显示出心房和心室肥大（图3A）。通过软件可以测定各个腔室的容积，从而比较Gαq40小鼠和对照小鼠的心脏容积的差别。通过比较容积发现，相对比照小鼠，Gαq40转基因小鼠四个心腔都显示肥大，心房肥大更加明显（图3B）。图3. 心脏造影图像及定量数据。(A)造影后，对照组和Gαq40小鼠心脏成像；(B)心室及心腔的容积计算。参考文献1. Baktybek Kojonazarov, Alexander Belenkov etc., Evaluating Systolic and Diastolic Cardiac Function in Rodents Using Microscopic Computed Tomography. Circ Cardiovasc Imaging. 2018 11:e007653关于珀金埃尔默：珀金埃尔默致力于为创建更健康的世界而持续创新。我们为诊断、生命科学、食品及应用市场推出独特的解决方案，助力科学家、研究人员和临床医生解决最棘手的科学和医疗难题。凭借深厚的市场了解和技术专长，我们助力客户更早地获得更准确的洞见。在全球，我们拥有12500名专业技术人员，服务于150多个国家，时刻专注于帮助客户打造更健康的家庭，改善人类生活质量。2018年，珀金埃尔默年营收达到约28亿美元，为标准普尔500指数中的一员，纽交所上市代号1-877-PKI-NYSE。了解更多有关珀金埃尔默的信息，请访问www.perkinelmer.com.cn。

超高温接触角测量仪原理介绍：接触角（Contact angle）是指在气、液、固三相交点处的气-液界面的切线，此切线在液体一方的与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的量度，是现今表面性能检测的主要方法。由主体支架、专用光源、远焦镜头、工业成像CCD、高温高真空炉体、水循环冷却系统、真空泵、专用分析软件等组成。超高温接触角测量仪的应用： 在高温真空条件下，通过视频光学原理，测试各种材料的润湿铺展性能；目前已经广泛应用于陶瓷材料研究、金属材料研究、钎焊研究、航空航天材料研究、钢铁冶炼研究、复合材料研究等众多高校院所及企业。研究材料在高温状态下熔体与其相应的基底材料间的接触角变化规律。对于高熔点材料能实现高真空或惰性气体保护气氛下的表界面性能测试，而对于低熔点材料能现实升降温过程中的收缩、变形、融化、润湿、铺展及凝固行为进行图像化、定量化表征。设备性价比高、加热稳定、真空度高、功能全面、可满足各种金属材料科研的需要。1、测量液态金属在高温真空状态下对基材的润湿性能,评估不同材质在高温真空状态下润湿过程及附着性能 2、研究金属与陶瓷复合材料间的润湿性能,测量金属材料在高温真空状态下熔融时，在陶瓷材料上的接触角 3、研究钎焊过程,钎料在基材上的润湿铺展过程,动态分析钎料在高温下的接触角、润湿过程 4、测量金属在不同的高温状态下,以及不同的气体保护环境下,对于不同基材的接触角变化及区别:5、分析涂层与基材的接触角,分析涂层与基材的润湿过程及铺展机理,并研究不同温度及不同气氛下,润湿性能的区别:6、研究液体与固体间的接触角,评估液体与固体的附着粘附性能，分析固体的表面自由能 7、分析焊料与焊接体的接触角值,从而有效地提升焊接强度 8、基于分析接触角及表面张力的基础,控制合理润湿范围，查找有效的去除冶炼过程中炉垢的办法。应用案例超高温接触角测量仪核心参数：型号CA600 腔内环境大气环境/真空/惰性/有氧气氛高温系统温度范围室温～1200℃/室温～1700℃长期使用温度室温～1100℃/室温～1600℃真空下温度1000/1500测温电偶1200°：N型电偶 1700°：B型国际铂铑热电偶测温精度±1℃温度控制30段程序温度设定实现复杂热处理工艺的分析升温速率常温-1000℃≤10℃/min1000℃-1600℃≤5℃/min加热体1200°HRE合金电阻丝/1700度U型硅钼棒恒温区尺寸长200mm加热管尺寸内直径50mm*长度700mm测温系统温度监控，测温材质美国钨铼合金，测量精度±0.1℃，可实时测量加热管内温度。进样方式具有快速样品制备专用工具，以及样品装载专用工具，确保样品快速定位视窗法兰专用同轴双视窗法兰，备双通道惰性保护装置，可同时或单独使用某种工艺气体对内部金属进行保护，带真空系统及保护气体管路、双水冷装置。采用进口石英材质并可快拆更换。炉膛材质1200°C内采用石英，1700°C以上采用高纯刚玉保温材料湿法真空抽滤成型制备的多晶无极氧化铝陶瓷纤维材料样品尺寸5*5*5mm真空系统真空度范围1*10-1Pa采用机械真空泵+数字流量计+真空法兰1*10-3Pa采用分子泵+复合全量程高精度真空计+真空法兰材质两级组合，在高温下达到高真空要求；泵体采用高纯度不锈钢；配置复合真空计；真空系统也可以通保护气体水冷系统温控范围温度范围：5-35℃外形尺寸约460mm（长）*380mm（宽）*590mm（高）水泵流量15L/min冷却系统容量≥11L实测制冷量1520W成像系统镜头Subpixel0.7-4.5倍超高温高清远焦距工业级连续变倍式显微镜、工作距离500mm相机日本SONY原装进口高速工业级芯片(Onsemi行曝光)传感器类型1/2.9 英寸逐行扫描CMOS分辨率1280× 1024镜头控制仰视角度：±10度，精度：1度，前后180mm（微调50mm）*左右200mm（微调50mm）帧率全局曝光高速400帧/s（最快2.5ms采集/次）视频录像功能可录制整个高温润湿过程连续测量测量间隔时间可调、实时记录、连续测量光源系统组合方式采用石英扩散膜与均光板使得亮度更均匀，液滴轮廓更清晰光源进口CCS工业级冷光源（有效避免因光源散发热量蒸发液滴），寿命可达5万小时 亮度调节PWM数字调节功率10W测量软件CA V2.0静/动态接触角测量软件+表面能测量软件操作系统要求windows 10(64位)测量方式自动与手动计算方法自动拟合法（ms级别一键全自动拟合，不存在人工误差）、三点拟合、五点拟合、自动测量（包括圆拟合法/斜圆拟合法（Circle method/ Oblique Circle）、椭圆拟合法/斜椭圆拟合法(Ellipse method /Oblique Ellipse)）、凹凸面测量等基线拟合自动与手动角度范围0°＜θ＜180°精度0.1°分辨率0.001°分析自动计算多组数据中接触角的最大接触角、最小接触角、平均接触角，左右接触角分别计算与比较功能表面能测量方法Fowks法，OWRK法，Zisman法，EOS法，Acid-Base Theory法,Wu harmonic mean法,Extended Fowkes法，得到固体表面能。表面能单位mN/m输入电源220V 50-60Hz仪器尺寸约1500mm（长）*405mm(宽)* 725mm(高)润湿性分析粘附功一键自动分析铺展系数一键自动分析粘附张力一键自动分析精度0.001 mN/m单位mN/m选配件1.机械真空泵，真空度：1*10-1Pa 2. FJ-110分子泵组一套，最大抽气速率110L/s (对空气)，真空度：1*10-3Pa 3.惰性气体气氛保护（Ar，N2，He或混合气体）4.冷浴装置：5℃-35°超高温接触角测量仪测试方法

蛋白质是生命活动生理功能的执行者，它更直观的表现生命的活动现象，它直接参与机体的免疫应答、免疫调节和催化过程。蛋白表达的差异水平会更直观的反应机体的生理状况和发病机制，因此蛋白质的定量检测对疾病的诊断、预后评价有着重要的意义。与此同时，单细胞技术正在通过直接研究个体细胞之间的生物变异，推动生物学和分子医学领域的革新。自上而下（Top-down）质谱方法是一种新兴的单细胞蛋白质组分析技术，可以同时分析蛋白质的各种异构体以及翻译后修饰，该技术可用于深入理解单个细胞的功能和细胞异质性。尤其是在蛋白质异构体的鉴定和定量方面，通过Top-down质谱技术，可以获得单个细胞蛋白质组的高分辨率和高质量信息，从而深入探究细胞内不同功能和代谢通路之间的关系，揭示细胞功能和生命过程的本质，进而推动生命科学领域的发展。然而，在单细胞蛋白质组学中，分析由基因突变、可变剪接和翻译后修饰引起的蛋白形式仍存在重大挑战。近日，在威斯康星大学麦迪逊分校葛瑛教授团队的一项新研究中,其团队开发了一种高灵敏的功能整合型Top-down蛋白质组学方法，全面分析单个细胞中的蛋白质形式。并将此方法应用于单个肌纤维（SMFs），以解析其在单细胞水平上的功能和蛋白质组学性质的异质性。该研究凸显了Top-down蛋白质组学在理解单细胞蛋白质异质性如何促进细胞功能的潜力。（原文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2222081120）研究团队开发了一种高灵敏的功能集成的Top-down蛋白质组学方法，用于对单个细胞的蛋白质形态进行全面分析。研究者将该方法应用于单个肌纤维（SMFs）中，以解析其单个细胞水平的异质性功能和蛋白质组学特性。值得注意的是，研究者从SMFs中检测到了大型蛋白形态的单细胞异质性（ 200 kDa）。使用从三种不同功能的肌肉中获得的SMFs，发现肌肉肌节蛋白形态存在纤维间的异质性，这可以与其功能异质性相关联。更重要的是，其检测到多种肌球蛋白重链的同工酶（~ 223 kDa），这是驱动肌肉收缩的运动蛋白，具有高度的重复性，以便对单个纤维类型进行分类。研究结果揭示了在个体肌肉细胞之间可能存在的蛋白质翻译后修饰和同工酶表达差异，并进一步将功能性与蛋白质组学相结合，可重复测量肌球蛋白同工酶，用于单个肌肉纤维类型的分类，凸显了Top-down蛋白质组学揭示复杂系统中细胞间变异的分子基础的潜力。该成果“High sensitivity top–down proteomics captures single muscle cell heterogeneity in large proteoforms”已于2023年5月1日在《美国科学院院报》(PNAS）上发表。值得一提的是，该文章从投稿到成功在PNAS上发表，仅仅历时4个月时间。研究团队: https://labs.wisc.edu/gelab/威斯康星大学麦迪逊分校 葛瑛教授

近日，Structure在线发表了中国科学院生物物理研究所章新政课题组完成的研究论文(Addressing Compressive Deformation of Proteins Embedded in Crystalline Ice)。该研究发现了晶态冰包埋的冷冻电镜样品会产生收缩形变，且形变随降温速率的增加而减少，并从晶态冰形成的降温速率出发发展了新型的无收缩形变的立方晶系晶态冰样品制备方法。 　　该工作发现结构无损的立方晶系晶态冰样品不仅消除了电子束诱导的快速漂移现象，而且显示出明显优于普通冷冻电镜玻璃态冰样品的数据质量，进一步为冷冻电镜实现原子分辨率奠定了基础。 　　大量实验数据证明，低降温速率制备的冷冻电镜样品有助于恢复数据采集时样品的束诱导漂移，但降温速率过低经常导致晶态冰的形成。传统认为晶态冰在生物样品冷冻过程中会对其结构造成破坏，故在冷冻电镜样品制备过程中一直避免使用。晶态冰的形成具体对蛋白质产生了什么破坏尚不清楚。 　　课题组系统性地将蛋白质在不同条件下包埋在晶态冰中，并通过冷冻电镜技术解析了晶态冰中的蛋白质三维结构。研究发现，在低降温速率形成的晶态冰中，蛋白质结构会产生收缩形变(图a)，且收缩量和蛋白质本身性质相关，越为刚性的蛋白质收缩量越小。另外，在一些蛋白质柔性区域，低降温速率晶态冰中的蛋白质存在密度畸变的问题(图a)。同时，二者随着晶态冰降温速率的增加显著变小，甚至无法探测(图b)。基于上述发现，研究发展了结构无损的立方晶系晶态冰样品的制备方法。通过该方法制备得到的晶态冰样品，其三维重构和玻璃态冰样品一致，不会对蛋白质结构造成可检测的破坏，且成像质量显著提高，不仅没有束诱导漂移(图c)，而且显著提高蛋白样品的分辨率。同样条件下，B-因子反映了样品的信噪比(图d)，人源去铁-铁蛋白晶态冰样品的B因子显著好于玻璃态冰样品。此外，在醛缩酶和谷氨酸脱氢酶上B因子也获得显著提升。 　　研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院战略性先导科技专项(B类)和中科院前沿科学重点研究计划的支持。冷冻电镜晶态冰样品性质。a、与玻璃态病毒样颗粒(VLP)样品(粉色)相比晶态冰样品(绿色)产生收缩形变，且严重形变时密度图出现断裂。b、提高降温速率，晶态冰样品的收缩形变减弱。c、在人源去铁-铁蛋白，醛缩酶和谷氨酸脱氢酶上，晶态冰样品恢复束诱导的快速漂移，前几帧样品分辨率明显恢复。d、B因子曲线斜率越大代表数据质量越好。与玻璃态冰样品(蓝色)相比，人源去铁-铁蛋白晶态冰样品(红色)有更好的B因子，展现出更高的数据质量。

p style=" text-indent: 2em " 美国加州大学洛杉矶分校研究人员14日在美国神经科学学会在线期刊《eNeuro》上发表研究报告称，他们利用RNA（核糖核酸），成功将一只海兔的记忆转移到另一只海兔身上。研究人员称，这一新研究将有助于开发恢复人类记忆的新疗法。 /p p style=" text-indent: 2em " 海兔，又称海蛞蝓，是螺类的一种。海兔的中枢神经系统有大约2万个神经元，虽然远无法与人类的1000亿个神经元相提并论，但其细胞和分子运行过程与人类神经元非常相似，因此被认为是研究人类大脑和记忆的极佳模型。 /p p style=" text-indent: 2em " 在此项研究中，研究人员通过对海兔进行轻微电击来增强其防御性收缩反射——一种用来保护自己免受潜在伤害的收缩反应。经受电击“训练”后，海兔会在受到触碰时长时间收缩起来，持续时间会长达50秒，而正常海兔的收缩反应持续时间只有1秒钟。 /p p style=" text-indent: 2em " 随后，研究人员分别从“受训”海兔和正常海兔的神经系统中提取RNA，将其分别注射到未曾受过任何电击的海兔体内。他们发现，注射了“受训”海兔RNA的海兔在被碰触时，会表现出长达40秒的防御性收缩反应，而那些注射未受电击海兔RNA的海兔则没有这样的表现。这表明，通过RNA注射，“受训”海兔的电击记忆转移给了新受体。 /p p style=" text-indent: 2em " 研究人员指出，他们的研究对开发恢复人类记忆的新疗法具有重要价值。研究报告资深作者、加州大学洛杉矶分校的神经生物学教授大卫· 格兰兹曼称，在不久的将来，科学家们或许能利用RNA来改善阿尔茨海默病或创伤后应激障碍的影响，恢复这些患者休眠的记忆。 /p

心血管系统是脊椎动物胚胎发育的第一个功能器官系统，其主要功能是运输、控制和维持全身的血流。由于不断暴露在来源于血流量和压力的多种机械力下，心血管系统是最容易受到机械力学刺激的系统之一。在这种情况下，心血管系统中的细胞由于心脏跳动产生的脉动变化以及血流产生的剪切应力等永久地受到力学刺激。一方面，流体剪切应力、血管壁机械牵张力、细胞与细胞之间的胞间力等外力组成了心血管系统的力学刺激。另一方面，心血管细胞力学描述了心血管的细胞或组织弹性的动力学。 心肌组织是由心肌细胞、心脏成纤维细胞、细胞外基质、血管等组成的复杂和高度层次化的组织，其组织结构与心脏的宏观力学和形态特性密切相关。随着心脏从单腔结构演变为多室结构，心脏瓣膜开始控制心脏周期中的单向血流。在此期间，心室肌细胞以纤维的形式排列，在心脏壁内形成复杂的层流模式，赋予了心脏包括各向异性、黏弹性在内的多种力学性能。此外，细胞外基质维持了心脏完整性并支持其功能。心脏间质外基质主要由成纤维细胞样细胞产生和维持，为心肌提供了必要的结构支持，保留了心室的力学特性。血流和基质成分的改变都将在一定程度上影响整个心脏的结构和功能。血管在组织结构较高，特别是大组织和器官结构的产生中发挥着重要作用。所有组织生长需要建立足够的血管结构。血管主要由血管内皮细胞（endothelial cells，ECs）和周围的平滑肌细胞（smooth muscle cells，SMCs）或周细胞组成。这些特殊组分维持了血管的黏弹性、各向异性等力学特性。EC排列在血管的内表面，其在循环和周围组织之间提供选择性结构屏障，调节血管通透性和血流。血管内皮功能可以通过血流速率、血管直径或动脉力学特性变化来评估，这些特性与血管收缩和舒张活动有关。此外，SMCs是构成血管壁组织和维持血管张力的主要细胞成分。血管SMCs在组织发育过程中，不断暴露于脉动牵张力等力学刺激中，这种力学作用至少在一定程度上促进了血管组织成分的发育。心血管结构或可替代性的改变可以对心脏功能、血管收缩和扩张能力产生重要影响。特别是在病理情况下，了解心血管结构和力学特性的变化是阐明心血管疾病发生的必要条件，因为这些特性是正常心血管功能的关键决定因素。2022年，关于心血管的生物力学与力学生物学研究主要集中在心血管组分、结构和功能方面。在生理或病理条件下，对心脏和血管壁的生物力学特性、血管内的血流动力学参数、以及响应力学刺激后的生物学改变进行了广泛研究。此外，在微流体技术、纳米技术和生物成像技术等新技术的应用以及心血管生物力学建模领域也取得了进步。然而，机体自身存在的复杂力学环境导致体内心血管力学生物学相关的研究较少。因此，体内环境中不同力学条件下心血管损伤修复的力学生物学研究是未来重要的研究方向。1 心血管生物力学研究1.1 心脏结构和功能的生物力学特征心脏具有复杂的三维结构，在整体器官水平上的功能来自于细胞亚结构到整个器官的内在结构-功能的协调作用。然而，对人体心脏结构中细胞生物力学特征的研究还处于早期阶段。在最近的报道中，Chen等[1]通过空间维度剖析了心肌细胞的异质性，并明确了心肌细胞和血管细胞的空间和功能分区。该项研究表明心房或心室内存在明显的空间异质性，为心脏不同分区的功能异质性提供了理论基础。心脏的基本功能是收缩功能，由此产生的收缩力是心脏独特的力学特性。心脏收缩是一种复杂的生物力学过程，需要心肌细胞的收缩和松弛协同作用，产生足够的收缩力，将血液推向体循环和肺循环。以往研究更多的关注心脏的形态结构、心室大小和室壁厚度等因素对心脏收缩功能的影响，而缺乏对心脏收缩功能的直接表征。Salgado-Almario等[2]构建了一种新的斑马鱼品系，可用于斑马鱼心脏收缩期和舒张期钙水平的成像。该研究通过将Ca2+水平和心脏收缩功能关联起来，可实现对收缩功能的表征，有利于心力衰竭和心律失常等疾病病理生理学机制的阐明。此外，在心脏周期中，心脏收缩或舒张引起的血液流动与发育中的心脏壁不断地相互作用，从而调节心脏发育的生物力学环境。因此，确定整个心脏壁的力学特性是十分重要的。Liu等[3]在健康的成年绵羊模型中研究了左心室和右心室的生物力学差异，观察到右心室在纵向上比左心室顺应性强，在周向上比左心室硬，这表明不同心室的力学特性对舒张期血液充盈的影响不同。未来的研究应该根据不同室壁的生物力学原理开发对应的特异性治疗方法。值得注意的是，心脏瓣膜是控制心脏血流的重要组成部分，其力学特征对心脏功能和心脏瓣膜疾病的发展都有重要影响。瓣膜的生物力学特征包括瓣膜的弹性和变形能力等。这些特征可以影响瓣膜的开合和阻力，进而影响心脏血液流动和血液循环。因此，揭示心脏瓣膜的生物力学特性具有重要意义。软组织的力学性能是由其复杂、不均匀的组成和结构所驱动的。在一项二尖瓣小叶组织研究中，Lin等[4]开发了一种具有高空间分辨率的无损测量技术，证明了厚度变化可引起二尖瓣异质性的存在。此外，Klyshnikov等[5]利用数值模拟方法分析了主动脉瓣瓣膜移动性对瓣膜瓣叶装置的应力-应变状态和几何形状的影响，从应力-应变状态分布的角度出发，该研究的仿真方法可以优化心脏瓣膜假体的小叶装置几何形状。由此可见，心脏结构和功能的生物力学特征是多方面因素的综合反映，评估和解析心脏的结构和形状有利于对心脏功能作用的阐明。1.2 血管结构和功能的生物力学特征血管包括心脏的血管和周围的血管系统，这些血管的生物力学特征对心脏功能有重要影响。血管结构取决于血管的类型，其功能可分为血流动力学功能和血管功能两部分。血管的弹性和柔韧性可以影响血管的阻力和血液流动速度，从而影响心脏负荷和排血量。此外，血管的厚度和硬度也会影响血压和血液流动的速度。从生物力学和力学生物学角度去解析血管的结构和功能是目前研究的重要方向。在心血管疾病相关药物的开发中，需要精确定位和分离冠状动脉以测量其动态血管张力变化。然而，如何记录离体血管的动态生物力学特性一直困扰着人们。Guo等[6]建立了一种冠状动脉环张力测量的标准化和程序化方案，通过多重肌电图系统监测冠状动脉环沿血管直径的收缩和扩张功能，确保了生理、病理和药物干预后血管张力记录的真实性。ECs和SMCs是血管结构和功能完整性所必需的主要细胞类型。ECs可调节血管张力和血管通透性，而SMCs负责维持正常的血管张力和结构的完整性。ECs可以分泌多种生物活性物质，如一氧化氮、血管紧张素等，对血管张力和血流动力学产生调节作用。ECs还能响应外部力学刺激，如流体剪切应力和压力变化等，从而改变ECs的形态和功能，影响血管壁的生物力学特征。SMCs可以收缩和松弛，调节血管的管径和血管阻力。除细胞因素外，血管的力学性质还受到血管壁中胶原和弹性蛋白的性质、空间排列等因素的影响。这是因为SMCs是高度可塑性的，它能响应细胞外基质（extracellular matrix，ECM）固有的力学信号。最近的一项研究显示，现有的微血管网络在力学刺激的加入或退出时表现出明显的重塑，并且排列程度出现相应的增加或减少。在这个过程中，纵向张力可导致纤维蛋白原纤维的纵向排列[7]。正是这些细胞和细胞外组分赋予了血管的黏弹性、各向异性等力学特性。总体而言，血管的结构和功能是复杂而多样的，涉及到多种生物力学特性的相互作用。研究血管的生物力学特征可以帮助人们更好地理解血管疾病的发生和发展，为疾病的治疗和预防提供科学依据。1.3 心血管疾病与生物力学关系的研究进展心血管疾病是一类常见的疾病，包括动脉粥样硬化、动脉瘤、心肌梗死等。这些疾病的发生和发展与心血管系统的生物力学特性密切相关。在心血管生物力学与力学生物学领域，近年来对心血管疾病与生物力学关系的研究取得了许多进展。1.3.1动脉粥样硬化的生物力学特征研究动脉粥样硬化是一种常见的动脉疾病，其特征为动脉壁上的脂质沉积和炎症反应，导致血管壁逐渐增厚和失去弹性。动脉粥样硬化的发生和发展是一个复杂的过程，涉及多个生物力学因素的相互作用。在动脉粥样硬化中，SMCs从收缩表型转变为合成表型，而影响SMCs表型变化的因素尚未完全阐明。Swiatlowska等[8]发现基质硬度（stiffness）和血流动力学压力（pressure）变化对SMCs表型具有重要影响。在动脉粥样硬化发展过程中，在高血压压力与基质顺应性（matrix compliance）共同的作用下，才会导致SMCs完整的表型转换[8]。提高对冠状动脉微结构力学的认识是开发动脉粥样硬化治疗工具和外科手术的基础。虽然对冠状动脉的被动双轴特性已有广泛的研究，但其区域差异以及组织微观结构与力学之间的关系尚未得到充分的表征。Pineda-Castillo等[9]利用双轴测试、偏振光成像和前室间动脉共聚焦显微镜来描述了猪前室间动脉近端、内侧和远端区域的被动双轴力学特性和微结构特性，为冠状动脉旁路移植术中吻合部位的选择和组织工程化血管移植物的设计提供指导。动脉粥样硬化斑块的破裂是引起患者死亡的主要原因；但目前尚不清楚这种异质的、高度胶原化的斑块组织的破裂机制，以及破裂发生与组织的纤维结构之间的关系。为了研究斑块的非均质结构和力学性质，Crielaard等[10]研制了力学成像管道（见图1）。通过多光子显微镜和数字图像相关分析，这条实验管道能够关联局部主要角度和胶原纤维取向的分散度、断裂行为和纤维斑块组织的应变情况。这为研究人员更好地了解、预测和预防动脉粥样硬化斑块破裂提供了帮助。图1 在拉伸测试过程中斑块组织样本中的破裂起始和扩展[10]除SMCs以外，最近的一项研究揭示了动脉粥样硬化中ECs表面力学性质的变化。Achner等通过基于原子力显微镜的纳米压痕技术发现内皮/皮层僵硬度的增加[11]。事实上，内皮功能障碍在血管硬化中的作用一直是一个重要的研究方向。ECs的可塑性在动脉粥样硬化的进展中起关键作用，暴露于扰动、振荡剪切应力区域的内皮细胞功能障碍是动脉粥样硬化的重要驱动因素[12]。由此可见，未来的研究如能进一步明确ECs和SMCs对血管硬化相关心血管疾病的贡献，则可能为恢复动脉粥样硬化中的血管内皮和平滑肌功能提供重要的靶点。1.3.2动脉瘤的生物力学特征研究主动脉SMCs在维持主动脉机械动态平衡方面起着至关重要的作用。动脉瘤主动脉的SMCs表型受到力学因素的影响，但是主动脉瘤中SMCs的骨架硬度的改变情况缺乏相关的数据。Petit等[13]以附着在不同基质硬度上的动脉瘤或健康SMCs为对象，通过原子力显微镜纳米压痕技术研究了细胞骨架硬度的区域差异性。该研究结果表明，动脉瘤SMCs和正常SMCs的平均硬度分布分别为16、12 kPa；然而，由于原子力显微镜纳米压痕硬度检测值的大量分散，两者之间的差异没有统计学意义。在腹主动脉瘤中，Qian等[14]采用基于超声波镊（ultrasonic tweezer）的微力学系统探究了SMCs的力学特性（见图2）。结果发现，动脉瘤病理发展中细胞骨架的变化改变了SMCs的细胞膜张力，从而调节了它们的力学特性。图2 基于超声波镊的微力学系统检测腹主动脉瘤中SMC的力学特性[14]a使用超声波激发微泡通过整合素结合到PDMS微柱阵列上的SMCs膜上的微力学系统示意图；b基于微柱的力学感受器和单细胞的超声波镊系统示意图二尖瓣主动脉瓣经常与升胸主动脉瘤相关，但目前尚不清楚瓣尖融合模式对生物力学和升胸主动脉瘤微观结构的影响。Xu等[15]通过双向拉伸试验对具有左右瓣尖融合以及右冠窦和无冠窦瓣尖融合的升胸主动脉瘤的力学行为进行了表征。此外，将材料模型与双轴实验数据进行拟合，得到模型参数，并使用组织学和质量分数分析来研究升胸主动脉瘤组织中弹性蛋白和胶原的基本微观结构和干重百分比。其结果发现，两种瓣尖融合模式对双轴加载表现出非线性和各向异性的力学响应；在弹性性能方面，左右瓣尖融合的弹性性能劣化得更严重。由此可见，心血管结构自身生物力学特性的改变可能对动脉瘤的进展有很大影响。然而，主动脉血流动力学对升主动脉瘤动脉壁特性的影响尚不清楚。在最近的一项研究中，McClarty等[16]探究了升主动脉瘤血流动力学与主动脉壁生物力学特性的关系。其结果发现，血管壁的剪切应力与动脉壁黏弹性滞后和分层强度的局部退化有关，血流动力学指标可以提供对主动脉壁完整性的深入了解。因此，从血管自身结构特性以及血流动力学两方面探究动脉瘤的形成机制具有重要意义。1.3.3 心肌梗死的生物力学特性研究心肌梗死是心肌细胞死亡的结果，通常是由于冠状动脉阻塞引起的。心肌梗死可导致心力衰竭并降低射血分数。生物力学研究发现，冠状动脉阻塞会导致心肌的缺血和再灌注损伤，这些过程涉及血流动力学和细胞力学等因素。在体循环过程中，心肌梗死后的血流动力学改变如何参与并诱导心力衰竭的病理进展尚未完全阐明。Wang等[17]采用冠状动脉结扎术建立了Wistar雄性大鼠心肌梗死模型。术后3、6周分别对左心室和外周动脉进行生理和血流动力学检测，计算左心室肌纤维应力，并进行外周血流动力学分析。结果表明，心肌梗死明显损害心功能和外周血流动力学，并改变相应的心壁和外周动脉壁的组织学特性，且随时间延长而恶化。综上所述，心功能障碍和血流动力学损害的相互作用加速了心梗引起的心衰的进展。急性心肌梗死后，左室游离壁发生重塑，包括细胞和细胞外成分的结构和性质的变化，使整个左室游离壁具有不同的模式。心脏的正常功能受到左心室的被动和主动生物力学行为的影响，进行性的心肌结构重构会对左心室的舒缩功能产生不利影响。在这个过程中，左心室游离壁形成纤维性瘢痕。尽管在心肌梗死背景下对左室游离壁被动重构的认识取得了重要进展，但左室游离壁主动属性的异质性重构及其与器官水平左心功能的关系仍未得到充分研究。Mendiola等[18]开发了心肌梗死的高保真有限元啮齿动物计算心脏模型，并通过仿真实验预测梗死区的胶原纤维跨膜方向对心脏功能的影响（见图3）。结果发现，收缩末期梗死区减少的及潜在的周向应变可用于推断梗死区的时变特性信息。这表明对局部被动和主动重构模式的详细描述可以补充和加强传统的左室解剖和功能测量。图3 代表性的啮齿动物心脏计算模型在心肌梗死后不同时间点的短轴和长轴截面显示收缩末期的周向、纵向和径向应变[18]上述研究表明，心脏疾病的发生和发展与心脏结构和功能的生物力学特征密切相关。任何影响心脏收缩和舒张过程的因素，都可能调控心脏的泵血功能和心脏负荷。这些因素可以影响心脏收缩的能力、心肌细胞的代谢和血流动力学参数，从而影响心脏的整体功能和疾病的进展。总之，通过深入研究这些生物力学特征，可以为心血管疾病的诊断和治疗提供重要的理论和实践基础。2 力学生物学在心血管细胞水平上的研究进展2.1 ECs水平上的研究进展细胞的凋亡、通讯和增殖异常等表型变化是心血管疾病的一个重要机制。通过力学生物学的方法，研究人员可以模拟不同的细胞应力环境，探索细胞生长和凋亡的调控机制，并研究细胞在受外界力学刺激作用下的反应。由于ECs直接暴露于血流中，因此ECs表型变化的力学生物学机制一直是心血管领域的研究热点之一。紊乱扰动的血流改变了ECs的形态和细胞骨架，调节了它们的细胞内生化信号和基因表达，从而导致血管ECs表型和功能的改变。在颈动脉结扎产生的动脉粥样硬化模型中，Quan等[24]研究发现，在人和小鼠动脉和ECs的振荡剪切应力暴露区，内皮MST1的磷酸化被明显抑制。该研究揭示，抑制MST1-Cx43轴是振荡剪切应力诱导的内皮功能障碍和动脉粥样硬化的一个基本驱动因素，为治疗动脉粥样硬化提供了一个新的治疗目标。另外一项研究从表观修饰角度探究了剪切应力对ECs功能的影响[20]。Qu等[20]研究显示，层流切应力通过增加内皮细胞CX40的表达而诱导TET1s的表达，从而保护血管内皮屏障，而TET1s过表达则可能是治疗振荡剪切应力诱导的动脉粥样硬化的关键步骤。另一方面，病理性基质硬度可使ECs 获得间充质特征[21]。动脉生成（arteriogenesis）在维持足够的组织血供方面起着关键作用，并且与动脉闭塞性疾病的良好预后相关，但涉及动脉生成的因素尚不完全清楚。Zhang等[22]研究发现，在动脉阻塞性疾病中，KANK4将 VEGFR2偶联到 TALIN-1，从而导致VEGFR2活化和EC增殖的增加。