时间空间变化

p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/9716cbcd-f5e6-4408-a908-e3a05298aa3b.jpg" title=" New-NASA-instrument-on-ISS-to-track-plant-water-use-on-Earth.jpg" / 　　 /p p 　　据外媒报道，为了更好地跟踪地球植物的用水情况，NASA正准备在国际空间站安装一种新仪器。该仪器被称为ECOSTRESS，或空间站上的星载热辐射计实验ECO系统，它将测量地球表面植物的温度变化。 /p p 　　为了避免过热，植物会像人类出汗一样发生蒸腾作用，即通过根系吸收水分并通过植物毛孔释放水分的过程，该过程可以降低植物的温度。 /p p 　　当水分不足时，植物会闭合毛孔以避免干燥。但是，毛孔对于植物摄取二氧化碳也是必不可少的，用于植物生产细胞燃料的光合作用。如果植物遭受长时间的“水压力”，它最终会饿死或过热，并死亡。 /p p 　　美国宇航局喷气推进实验室ECOSTRESS首席研究员Simon Hook在一份新闻稿中表示：“当植物受到过度压力而变成棕色时，它往往为时已晚，无法恢复。” “测量植物的温度可以让你看到植物在到达这一点之前受到的压力。”使用ECOSTRESS，科学家和农业机构可以通过观察作物田间温度升高，发现日益严重的水压力迹象 - 干旱的开始。尽早认识到水资源压力可以让农民和其他方面制定解决方案并做出相应的规划。科学家以前曾试验过使用电子叶片传感器来监测植物的水分摄入量。 /p p 　　美国农业部ECOSTRESS科学小组成员Martha Anderson表示：“ECOSTRESS将使我们能够监测田间水平的作物压力快速变化，从而能够更早，更准确地估算产量将受到怎样的影响。 “即使是在作物生长的关键阶段出现短期水分胁迫，也会显着影响生产力。” /p p 　　新仪器将在下一次补给任务中运往空间站，计划于6月29日由SpaceX从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射。该仪器将在一天中的不同时间产生小片农田的高分辨率图像。 并将每隔几天对相同的小目标进行成像，监测温度的变化。 /p p 　　“随着水资源对我们不断增长的人口变得更加重要，我们需要准确地追踪我们的作物需要多少水，”JPOS的首席科学家Josh Fisher说。 “我们需要知道植物何时变得易受干旱影响，我们需要知道生态系统的哪些部分因水分压力而更脆弱。” /p p 　　当与美国航天局其他地球观测卫星收集的数据（包括与地球水循环，植被变化和降水模式有关的数据）相结合时，ECOSTRESS测量可帮助科学家更好地了解不同气候模式如何影响区域水压力。 /p

从古至今，人类一直在追寻更高更远的真相，从远洋航行到太空探索，人们不断征服一个个宏伟的目标，但是人们肉眼所见的宏观世界不是世界的全部，还有人眼无法看清的微观世界，它同样也吸引着无数人去探索和追寻。无论宏观还是微观事物，我们的观测都是基于三维空间的属性，即XYZ三维，而对事物形态变化的观察则需要再引入一个衡量因素--时间T，因此对事物观察的最完备方式一定是XYZT的同时记录，即形态+时间的长时间摄影，这也是显微镜的终极功能。经过三百多年的发展，现代显微镜提出分辨率、景深、视野等概念，并不断提出解决方案，显微镜已经初步满足我们对微观世界观察的需求，帮助我们记录下微观世界的空间和时间。微观世界观察最重要的是细节的分辨，分辨率的概念便由此诞生，分辨率是指人眼可以区分的两个点之间的最小距离，只在XY维度有效，根据瑞利判据，Rayleigh Criterion，正常人能分辨的极限是明视距离25cm处0.2mm的两个点，当我们使用显微镜后，我们可以看清更小距离的两个点，这便提升了我们观察的分辨率。随着现代研究的不断深入，人们对分辨率的要求也在不断提高，而科学家们也在不断的提升显微镜的分辨率，如电子显微镜将分辨率提升至纳米级别，实现了对病毒的观察，超高显微成像技术，将显微镜的分辨率从200纳米提升到几十纳米，实现了对活细胞细胞器的观察。分辨率的提升也带来了新的问题，即视野和景深的减小，当用普通中央照明法（使光线均匀地透过标本的明视照明法）时，显微镜的分辨距离为d=0.61λ/NA，可见光波长范围为400—700nm，取其平均波长550nm，波长是固定常量，因此，增大NA数值，即可得到更小的D值，也就是可以分辨的两点之间的距离更小，可以让人眼看清楚更小的物体。NA值即数值孔径，描述了透镜收光锥角的大小，NA = n * sinα，即透镜与被检物体之间介质的折射率（n）和孔径角（2α）半数的正弦之乘积。n为物镜与样本之间介质的光折射率，当显微镜物方介质为空气时，折射率n = 1 , 采用折射率高于空气的介质，可以显著提高NA值，水浸介质是蒸馏水，折射率为1.33；油浸物镜介质是香柏油或其它透明油，其折射率一般在1.52左右，接近透镜和载玻片的折射率，因此，油镜的NA值高于空气镜。孔径角又称“镜口角”，是透镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度，增大镜口角，可以提高正弦值，其实际上限约为72度（正弦值为0.95），乘以香柏油折射率1.52，可以得出最大NA值为1.45左右，代入分辨率计算公式，可以得出常规显微镜极限XY平面分辨率为0.2um左右。NA值还会直接影响显微镜的视野亮度（B）。由公式B∝N.A.2/ M2 我们可以推出，亮度随数值孔径（N.A.）的增大或者物镜倍率（M）的降低而增加。从理论上来说，我们应该追求尽可能高的NA值，以获得更好的XY平面分辨率和视野亮度。然而凡事都有两面性，XY平面分辨率的提升，会带来Z轴景深和观察视野的减小。显微镜一般都是垂直向下取景的，通过视场直径内观察到的物体表面凸起的位置与凹下的位置都能够看的很清楚时，那么凸点与凹点之间的高度差就是景深了，对于显微镜来说景深越大越好，景深越大在观察高低不平整的物体表面时，能够得到更好更立体的清晰度画面，大景深有助于我们对微观世界进行垂直方向形态的观察，也就是XYZ三维形态中的Z轴信息。景深就是象平面上清晰的象所对应物平面的前后空间的深度：dtot=(λ*n)/NA + n/(M∗NA) * e，dtot：景深，NA ：数值孔径，M ：总放大率，λ：光波波长, （通常λ=0.55um），n: 试样与物镜之间介质的折射率（空气: n=1、油: n=1.52）根据这个公式，我们可以知道，Z轴景深与XY平面NA值成反比。除了景深外，视野也受到NA值的影响，通过仪器固定注视一点时所能看见的空间范围即视野，它的计算与物镜的放大倍数直接相关，观察所看到的实际视野直径等于视场直径除以物镜的放大倍数，目镜会表明对应视场数，如10/18，即放大倍数10倍，视场直径18mm，因此当目镜确定后，放大倍数越大则观察的视野越小。XY平面分辨率是对局部细节的解析，而视野则决定了我们对样本的观察范围，视野必然是越大越好，但受限于当前的技术，我们必须采用高倍物镜，才可以得到良好的NA值，因此,视野和NA值有间接的负相关系。当我们需要观察的样本大于我们的视野时，每次观察只能看到一个局部，为了解决这个问题，拼图技术便应运而生。通过在XY方向移动样本，连续拍下不同位置的图像，最后拼接在一起，就可以得到一张全视野的图像。▲镜下局部视野▲拼接后全视野▲手动拼接▲自动拼接(图源：Echo显微镜)拼接分为手动和自动两种，手动拼图成本低廉，但是对人员的操作水平，经验要求很高，如上图，操作人员稍有不慎，就会出现图片接缝问题，同时手动拼图速度慢，不适合大批量，高通量样本处理，比如医院病理科日均上百病理切片观察，手动拼图方式无法满足要求。自动拼图的核心部件是全自动载物台，结合软件，可自动实现全自动，大范围全视野拍摄，结合自动Z轴对焦补偿，即可得到全视野的清晰图像。Echo Revolution 全自动荧光显微镜Echo Revolution全自动荧光显微镜，将XYZ三轴全部实现电动化，从而实现自动完成多图拼接的大视野高分辨率成像，而电动化的Z轴可以帮助用户实现自动聚焦、自动定焦和Z-Stacking 多层扫描大景深成像。Echo Revolution全自动荧光显微镜还添加了延时摄影功能，可以帮助用户实现长时间观察和时间回溯，使用户可以进行更全面的观察实验。

美国 Abbvie (Cambridge)、Biogen 和 Moderna Therapeutics 生物技术公司*联合在最近一期的 JHC 期刊 (Journal of Histochemistry & Cytochemistry 2019, Vol. 67(3) 203–219) 发表了髓鞘疾病脑脂质体空间分布和组成变化定义的研究论文。本文的主要作者之一李晓萍（音译）是 Biogen 的研究人员，她带领的研究小组使用solariX MALDI 高分辨质谱成像（MALDI-IMS）、免疫组织化学（IHC）和液相色谱-电喷雾-质谱法（LC-ESI-MS）评价由 Shi 和 Cz 小鼠模型构建的髓鞘疾病的脑脂质成分变化。MALDI-IMS 结果显示出磺胺肽和磷脂酰胆碱物质在胼胝体白质区域空间分布减少，而在 Cz 小鼠模型中，这些脂质物种的变化在发病后得到一定程度的自发恢复。通过 IHC 肯定了脂质分布变化和局部形态变化的相关性，同时也被 LC-ESI-MS 分析所验证。这些发现强调了磺胺肽和磷脂酰胆碱物质在维持正常髓鞘结构中的作用。Biogen 的方法为定义髓鞘疾病相关的脂质组成异常提供了形态学基础。*Biogen 是位于马萨诸塞州剑桥的神经科学研究公司, 主要从事重度神经性和神经退行性疾病的发病机理和治疗方法研究，Moderna 和 Abbvie 分别是 mRNA 个体治疗方案和生物医药开发的公司。

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...

【科学背景】随着光学技术的不断进步和需求的增加，超表面作为一种新型的光学器件，因其能够在二维平面上实现对光波的精细操控而引起了广泛关注。超表面由排列整齐的亚波长散射器构成，通过调节这些散射器的几何形状，实现对入射光的相位、幅度和偏振状态的控制。特别是主动超表面，通过引入外部刺激（如电压、光照、温度等）来动态调节其光学特性，突破了传统被动超表面固定功能的局限，为实现更复杂和动态的光学功能提供了可能。然而，尽管主动超表面的研究已取得诸多进展，其实际应用仍面临一些挑战。现有的研究主要集中在光波前的空间调控上，但对于光的频率调节和时空变化的结合应用仍有待突破。尤其是在实现快速的时间调制和空间调制的同步控制方面，仍然存在技术上的困难。例如，大多数现有技术在快速时间调制和空间相位梯度调控的速度和精度方面存在局限，导致难以实现复杂的光学功能，如频率混合、谐波束成形及打破洛伦兹对称性等。针对当前主动超表面技术的局限性，美国加州理工学院（California Institute of Technology）Jared Sisler, Prachi Thureja，Harry A. Atwater等教授合作提出了一种结合空间和时间调制的电调制超表面方案。作者使用基于ITO的两电极等离激元超表面，通过设计时间变化的电压信号，成功生成了多个频率的谐波谱，并在空间上对这些频率进行了独立调控。实验结果表明，这种技术不仅突破了传统的光波调控模式，还在单一芯片级设备中实现了频率的生成和引导，为光通信和传感领域的应用提供了新的技术途径。通过解决了时空调制同步控制的技术难题，本研究为超表面的应用拓展提供了重要的基础和理论支持。【科学亮点】1. 实验首次在近红外波段下实现了电调制的超表面在兆赫兹频率下的操作，以生成任意谐波谱并在空间中独立衍射这些频率。此成果展示了通过在光学频率下提高调制速度和空间相位梯度控制能力，使得在单一设备中实现了复杂的光学功能。2. 实验通过使用基于ITO的两电极等离激元超表面，设计了时间变化的驱动电压信号来激发感兴趣的频率，并有效抑制了不需要的频率。通过对施加到每个电极的驱动波形中特定频率分量引入相位延迟，成功实现了对每个生成频率在空间上的独立操控。3. 实验结果表明，频率偏移的光能够被有效地衍射，同时中心频率信号正常反射，显示出优良的束直指性。此技术在单一芯片级设备中实现了频率的生成和引导，具有在光通信和传感领域中的广泛应用潜力。【科学图文】图1: 电调控时空超表面。图2: 基于氧化铟锡indium tin oxide，ITO的等离子体超表面。图3: 时间调制和波形优化。图4: 单个谐波的衍射。图5: 时空调制，以用于任意控制光的光谱和空间特性。【科学启迪】本文的研究揭示了在近红外波段下通过电调制超表面进行时空调控的强大潜力，带来了诸多科学价值。首先，通过首次实现兆赫兹频率下的电调制超表面生成和独立衍射任意谐波频谱，这一创新突破了以往超表面技术仅能在固定波长下工作的局限性。这一实验成果展示了电调制超表面在光学频率下的高效操作能力，为动态光学频谱调控开辟了新的方向。其次，实验中采用的时间变化驱动电压信号和空间相位延迟引入技术，展示了如何通过精确操控频谱来实现光的频率混合、谐波束偏转和成形等复杂光学功能。这不仅为超表面技术在光通信和光学传感等领域的实际应用提供了理论基础，还预示着其在实现更复杂的光学功能方面的广阔前景。此外，研究结果强调了调制速度和空间相位梯度控制能力的提升对主动超表面性能的关键作用。这表明，未来在超表面设计中，需要进一步探索提高调制速度和空间分辨率的方法，以实现更高性能的光学器件和系统。总体而言，这一研究成果为时空调控超表面的发展提供了重要的科学依据，并为未来在集成光学器件、光频率调控以及光学通信技术中的应用奠定了坚实的基础。它激发了对超表面技术在更高频率下应用的进一步探索，推动了光学领域技术进步和新兴应用的实现。原文详情：Sisler, J., Thureja, P., Grajower, M.Y. et al. Electrically tunable space–time metasurfaces at optical frequencies. Nat. Nanotechnol. (2024). https://doi.org/10.1038/s41565-024-01728-9

相关报道显示，超快光谱测试技术在Nature、Science及子刊上频频出现。那什么是超快光谱（Ultrafast Spectroscopy）？超快光谱有多快？能解决哪些关键问题……近年来，发展迅速的超快光谱成为了研究皮秒和飞秒时间尺度内的分子结构与超快动力学行为的强有力手段，它类似超快摄像机一样，一帧一帧的展现让人们能通过“慢动作”观察到处于化学反应过程中的原子与分子的转变状态。可以说，超快光谱的出现，给相关科学领域带来一场新的革命，在物理、化学、生物、材料、医疗、能源及环境等众多领域得到越来越广泛的应用。其中，在物理领域，超快光谱还可以应用于半导体磁性材料、超导体、绝缘体、复杂材料、量子结构、纳米和表面体系、太阳能电池等研究领域。2023年6月13日，由仪器信息网主办，中国仪器仪表学会近红外光谱分会、中国生物物理学会太赫兹生物物理分会等协办的第十二届光谱网络会议（iCS2023）将拉开帷幕。会议期间，多位超快光谱相关专家将在云端开讲，超快光谱相关仪器技术及前沿应用不容错过。立即报名》》》 部分精彩报告提前看：大连化物所 金盛烨研究员《时间分辨光谱技术及其在光电材料动力学研究中的应用》（6月13日上午开讲 点击报名）金盛烨，研究员，博士生导师，2001年于大连理工大学获得学士学位，2004年于中国科学院大连化学物理研究所获硕士学位。2010年7月于美国EMORY大学获得博士学位。2010−2013年在美国阿贡国家实验室和美国西北大学从事博士后研究 。2013年12月加入中科院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室，任超快时间分辨光谱和动力学研究组组长。2017年获得国家杰出青年基金支持。主要研究方向为利用超快(飞秒10-15秒) 时间分辨光谱技术（荧光光谱和pump-probe瞬态吸收光谱） 和时间分辨成像法研究光电转化材料中的界面电荷分离、迁移、能量转移动力学过程。【摘要】 光电转换材料中的载流子动力学过程是决定材料光电转换（太阳能电池、光催化等）效率的核心因素之一。近些年来，随着光电材料领域的飞速发展，简单、宏观的动力学表征已不能满足材料的研发需求。发展多维度（时间和空间结合）、多尺度（从宏观到微观）的动力学研究新方法是当前动力学研究领域的国际前沿。本次报告中，针对光电转换中的重要科学问题，围绕钙钛矿类国际前沿材料，报告人将着重介绍几种前沿的时间分辨光谱技术和相关超载流子动力学、光电流等成像方法，及其在载流子动力学机理解析和调控等方面的应用。北京邮电大学 夏安东教授《复杂分子体系的溶剂化相关的激发态过程的探测和调控》（6月14日上午开讲 点击报名）夏安东，教授，中国科学院“百人计划”和国家自然科学基金委杰出青年基金获得者。1987年毕业于南京师范大学物理系，1990年获得中国科学院长春物理所固体物理专业硕士学位，1993年获得中科院感光化学所有机化学专业博士学位。1993 - 2006年，先后在中国科技大学国家同步辐射实验室、日本理化所（RIKEN）、韩国国家标准科学研究院、耶鲁大学神经生物学系和日本东北大学从事博士后或访问研究。2001– 2020年为中国科学院化学研究所研究员。2020年9月正式成为北京邮电大学理学院教授。课题组主要围绕“凝聚相复杂材料体系非平衡态动力学前沿科学与应用”的主题，瞄准该领域国际重要前沿课题，在原子分子的水平上，研究凝聚相复杂材料体系的激发态演化及其动力学过程，实现激发态过程的调控。通过自行研制和发展各种稳态和瞬态时间分辨光谱的方法，研究凝聚相体系中有机共扼分子、生物大分子、纳米团簇和功能材料、离子液体、半导体量子点和二维材料等复杂体系的溶剂化、能量转移和电荷转移、以及材料结构变化相关的激发态动力学过程。研究成果在JACS、JPCL、JPC A/B/C和PCCP等专业期刊上发表激发态溶剂化相关论文100多篇。【摘要】 主要介绍课题组长期以来针对复杂分子激发态溶剂化动力学过程复杂且无法直接探测的相关技术和科学问题，发展的多种表征激发态溶剂化动力学的超快光谱技术的原理和方法。重点介绍采用激发态受激调控（基于受激亏蚀原理）的策略实现了激发态关键中间态的溶剂化过程和关键中间“暗态”的直接探测和表征。实现了激发态溶剂化演化动力学过程中的速率常数和溶剂化相关的结构变化动力学的同时探测。南京大学 张春峰教授《快速光谱分析助力高精度超快光谱检测》（6月14日上午开讲 点击报名）张春峰，南京大学物理学院教授。2002年和2007年分别获复旦大学学士和博士学位。2010年加入南京大学历任副教授和教授。曾在美国宾州州立大学，科罗拉多大学JILA研究所等从事博士后和访问研究。主要从事超快光谱相关技术开发，探究光电转换激发态动力学。曾获国家杰出青年基金和优秀青年基金资助。【摘要】 瞬态吸收、二维光谱等超快光谱方法检测光激发引起的脉冲信号微弱改变。提高光谱分析的速率有助于利用高重频激光，在相同时间内大幅提升检测灵敏度。报告将介绍课题组自行开发的100kHz响应的光谱探测器，并针对超快光谱分析优化，实现高精度的超快光谱检测方法。国家纳米科学中心--刘新风研究员《微区超快光谱与应用》（6月14日上午开讲 点击报名）刘新风，中科院“百人计划”研究员，中科院纳米标准与检测重点实验室副主任。2011年于国家纳米科学中心获博士学位，2011-2105年在新加坡南洋理工大学从事博士后研究。2015年通过中科院海外人才计划加入国家纳米科学中心，2021年获中组部人才计划支持。研究方向为微纳尺度光与物质相互作用物化性质性研究。近年来在Science, Nat. Mater., Sci. Adv., J. Am. Chem. Soc., Nano Lett.等期刊上发表研究论文200余篇，总引用17000余次。合著英文专著5章。担任Nat. Nanotech., Sci. Adv., Nano Lett., Adv. Mater.等国际学术期刊审稿人。任Journal of Physics: Photonics编委会委员，Frontiers of Physics., InfoMat, Materials Today Physics, Materials Today Sustainability青年编委。【摘要】 超快光谱是研究材料中载流子性质的重要技术手段，广泛应用于物理、化学、材料、信息等研究领域。近年来，我们致力于发展具有空间、时间和动量分辨能力的光谱测量系统，研究半导体体系中的载流子性质，为深入理解材料物性以及相关应用奠定重要基础。本次报告主要介绍利用微区超快光谱技术在半导体载流子迁移率，电-声耦合诱导自陷态发光，以及纳米边缘态诱导的光谱特性及载流子动力学特征等方面的进展情况。 北京大学 郑俊荣教授《待定》（6月14日上午开讲 点击报名）郑俊荣教授，1997年本科毕业于北京大学化学学院，2000年在北京大学化学学院高分子系获得硕士学位后赴美留学，先后于美国伦斯勒理工学院化学系、斯坦福大学化学系获得硕士、博士学位，随后在斯坦福大学化学系从事博士后研究。2008年10月赴加州大学伯克利分校物理系做访问学者，2009年8月至2015年，在美国莱斯大学化学系担任助理教授一职。自2009 年起加入美国莱斯大学建立自己的实验室后，主要从事飞秒激光光谱的研究，建立起了一支在激光技术和超快激光光谱研发、理论研究及应用方面具有国际领先水平的科研团队并组建了美国Uptek Solutions公司。2015年起回北大化学院任研究员。曾先后获得分析化学与光谱协会的汤马斯赫斯费尔德奖、诺曼赫克曼韦尔奇杰出青年奖、帕卡德科学与工程基金奖、美国空军研究院杰出青年奖、斯隆研究奖等。主持（PI）在研基金项目5项，已结题项目3项，共同主持（co-PI）基金项目1项。由仪器信息网主办，中国仪器仪表学会近红外光谱分会、中国生物物理学会太赫兹生物物理分会等协办由仪器第十二届光谱网络会议（iCS2023）将于6月13-16日举办。iCS2023将聚焦最新、最前沿的光谱技术及应用，特别设立了超快/瞬态光谱最新技术及应用进展、高光谱技术及应用新进展、光谱快检及在线应用技术进展等专场。同时会议也会选择光谱技术在生命科学、环境、材料等领域的应用进展进行深入探讨，为国内外光谱科研工作者及专业技术人士提供一个全新、高效的沟通交流平台，以促进业内交流，提高光谱研究及应用水平。点击立即报名》》》报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/ics2023/

国之大器，始于毫末。“现代热力学之父”开尔文有一条著名结论：“只有测量出来，才能制造出来。”没有精密的测量，就没有精密的产品，高水平的精密测量技术和精密仪器制造能力，是发展高端制造业的必备条件。随着人类对世界的探索不断深入，被测对象不断延展，测量目的不断延伸，各种测量技术陆续登上历史舞台。时至今日，我们甚至可以做到以时间测量空间，这听起来也许很科幻，但绝不是天方夜谭。来自重庆的时栅团队基于我国精密测量技术发展现状，根据“时空转换”的思维方式提出了以“时间测量空间”这一重要学术思想，并由此诞生了这把原创于中国的“精密尺子”——时栅技术，实现了我国精密位移测量技术及器件的自主可控。从1996年的尝试探索，到如今成功研发出可媲美高端光栅的第三代纳米时栅，二十年的厚积薄发，浸透了科技工作者对自主创新、中国精度的坚守，凝聚着他们闯关夺隘、奋楫笃行的勇气，展示着中国人顽强拼搏、永不言败的精气神。从无到有，是“冲云破雾”的勇气担当在精密加工、工业测控（动态测量）领域，精密位移传感器是不可或缺的重要组成部分，被称为“智能制造之眼”，它的性能直接决定了加工制造环节的精度。定位精度高、可靠性好、使用方便的精密位移传感器在机床加工、检测仪表等行业中得到广泛应用。然而，精密位移测量器件作为核心功能部件，长期被国外巨头们严格战略性封锁，进口传感器存在价格高、货期长、售后难的问题，我国精密位移测量领域面临多重困境，亟待摆脱受制于人的局面，高端位移测量器件的国产替代已到了刻不容缓的地步。关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的，要实现本领域的突破，必须依靠自主创新，需要变换研究思路，从原理上进行创新，从根本上解决问题。实现从0到1的突破绝非易事，必得风雨兼程、劈波斩浪。面对种种困难，时栅团队迎难而上，瞄准科技前沿，勇攀高峰。没有案例可模仿，他们自己就做拓荒人；没有经验可借鉴，他们就负重前行；没有理论可参考，他们创造性地提出了利用“时间测量空间”的重要原创学术思想，将梦想命名为“时栅位移测量技术”，突破了高端装备的精密位置检测难题，掌握了精密位移测量关键核心技术的自主知识产权。科技工作者用责任、担当，用勤勉、实干，实现了从微米到纳米精度的跨越，开辟出了一条高端核心功能部件的国产化道路，让智能制造业卡脖子短板破局重生，走出了一条自主可控之路，使我国精密位移测量领域摆脱了受制于人的局面。经过多年的沉淀和发展，时栅技术已发展成为我国智能制造领域的标志性成果，获得国家技术发明二等奖1项、中国专利金奖1项、重庆市技术发明一等奖2项，成功申请国外专利12项、国内专利25项。时栅团队研讨图从有到优，是精益求精的创新追求时栅技术作为我国自主研发的首创性成果，通过建立空间位移和时间基准之间的关系，发挥时间量是人类测量精度最高的物理量这一客观优势，利用时间上的时刻比较来实现位移测量，从而达到高精度的测量目的。可通俗理解为：在相对匀速运动的两个坐标系上互相观察对方，一方的位置之差（位移）表现为另一方观察到的时间之差。十年磨一剑，二十年磨一尺。时栅团队从1996年提出“时栅角度传感器”理念起，坚持自主研发道路，从第一代机械式时栅、第二代磁场式时栅到第三代电场式时栅（即“纳米时栅”），持续攻克“提高测量精度与增加测量范围的矛盾”“精度提高导致的误差溯源困难”与“突破光学衍射极限改善分辨力”三座技术大山，破解产品的可靠性、应用场景的多样化、市场的认可度等多只“拦路虎”，开发出高精度、高可靠性的时栅位移传感器。纳米时栅到底有多精密？在我国最高法定计量机构—中国计量科学研究院的两次现场测试结果和国家角度基准的比对结果显示，纳米时栅精度达到了惊人的±0.06角秒（1°等于3600角秒），精度水平已经达到了现有检测仪器水平的极限。在漫长的时光里，时栅团队用精益求精、一丝不苟的科学家精神，只争朝夕，在承载着责任与梦想的实验室，坚持不懈，让“精耕细作”焕发出新的时代风采。车间作业图从优到强，是全面提速的伟大跨越一粒种子的破土而生，需要合适的温度、湿度、环境以及优质胚胎。同样，任何一项科研成果的成功转化，离不开人才、技术、资金、政策的支持和帮助。“将纳米时栅技术走出实验室，实现产业化”——光有美好的愿景是不够的，闯过了技术关，随之面对的就是应用关和市场关。纳米时栅项目总工程师王勇说，“2021年4月，通用技术集团和重庆理工大学共同成立了通用技术集团国测时栅科技有限公司，标志着纳米时栅成果正式开启转化应用、服务市场用户的新阶段。”现实和理想的距离，正一步步靠近。纳米时栅产业化进程全面提速，当纳米时栅技术在数控机床、半导体行业、计量检测等领域得到批量应用时，当一把中国的精密尺子解决了高精度位置检测难题时，所有人的艰辛和汗水化成两个字：值了！纳米时栅正在逐步填补国内高端精密位移测量领域空白，成为国内高端装备企业发展道路中的坚强后盾。2021年10月，“大量程纳米时栅位移测量技术及器件”作为35项代表科技成果转化的典型案例之一，亮相国家“十三五”科技创新成就展，作为创新科技成果转化制度的第一典型案例参展，展示中国高端装备关键功能部件研发“智造”水平。时栅位移测量技术亮相国家“十三五”科技创新成就展走过万水千山，仍需跋山涉水。和时栅技术一样由我国自主研发的首创性成果不胜枚举。科研是一条严谨与浪漫并存的路，从无到有、从有到优、从优到强的蝶变跃升，是中国科技工作者“冲云破雾”的责任担当、精益求精的完美展现，更是他们沿着强国之路迎难而上、敢闯敢干的生动诠释，每一步脚印，都在书写、见证着一次次伟大的跨越。中国精度，央企智造。面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求，无数的中国科研工作者和中国企业在方寸之间钻研、琢磨，努力实现更多“从0到1”的新突破，大步行进在中国精度的逐梦征程上。点击图片报名“精密测量与先进制造”主题网络研讨会

土壤呼吸中13C的天然丰度可以为研究土壤-植物大气圈系统中的碳动力学提供有力的工具，并对大气δ13C产生很大影响，因为它是进入大气的最大CO2通量之一。大气δ13C可以进一步反映陆地生态系统的分馏，为生物圈-大气CO2交换提供有价值的示踪剂。此外，使用稳定同位素13C作为示踪剂是划分土壤呼吸成分的极好方法，因为它可以在对土壤环境干扰最小的情况下识别释放的CO2的来源。如果由于缺乏δs数据而导致陆地呼吸的同位素组成参数化不正确，基于呼吸过程中陆地同位素分馏常数的生态系统和全球碳循环模型可能会给出不正确的结果。在现有的δs研究中，最常用的方法是使用静态封闭土壤室，在选定的时间间隔从中收集空气样本，并通过同位素比质谱仪测定进行后分析。在这些实验中，样品采集的频率固有地受到烧瓶采集和离线质谱分析所需的时间和精力的限制。因此，最佳测量时间对于获得日、月或年平均δs非常重要。 基于此，中国科学院地理科学与自然资源研究所温学发等研究人员采用非稳态条件下在线连续多通道双循环观测系统，在中国西北的灌溉玉米生态系统中进行了Rs和δs的原位连续测量。研究过程中，基于连续和高频（1Hz）测量，研究Rs和δs在日、月和季节时间尺度上的最佳测量时间，量化Rs和Δs的最佳测量频率，以在季节时间尺度下达到一定的准确度（±10%、±20%或±30%）。从而评估生长季节土壤呼吸CO2（Rs）及其δ13C（δs）值以及土壤温度（ST）和土壤含水量（SWC）的最佳测量时间和频率。 研究发现，尽管在生长季节，Rs和δs通常随着非生物和生物因素的变化而表现出明显的日变化和季节变化，但在9:00–10:00或此时（如9:00–11:00）的窗口中测得的Rs和Δs通常与日平均值没有显著差异。因此，如果研究人员无法直接测量昼夜模式，建议将这些时间尺度作为气候和植物类型相似地区的最佳测量时间。这项研究的结果为未来在其他灌溉农业生态系统中使用非连续测量提供了指导，可用于选择最佳测量时间并在保证一定精度的同时降低测量频率。试验方案及设备 下图是整套系统的示意图。整个方案由1）分析模块；2）采样模块；3）控制模块和4）校准模块构成。整体采用多通道双循环的设计思路，实现待测气体既能快速周转，又能互不干扰，并且将死体积降至最低水平。下图中蓝色线条代表的气路循环为整套系统的大循环，气体在呼吸室和控制系统内快速循环，能实时反馈气体浓度的变化。黄色线条代表的气路循环为小循环，从大循环中取分析仪需要的气体流量进行分析检测，测试完成的气体再次送回循环气路。原位多通道双循环观测系统示意图（std1, std2, std3：标准气体；MV：3通电磁阀；OF：溢流；V：流量控制阀；P：KNF泵；F：过滤器） 1、降低每一个呼吸室的关闭速度，最大限度减少呼吸室盖紧过程因空气下压产生的土壤呼吸测量的不确定性，保证数据测量结果的稳定性和准确性。 2、缩短每个循环周期的测量时间，尤其有利于土壤呼吸通量较低需要延长单个呼吸室测量时间，以及单次循环土壤呼吸室较多的情况。 3、有利于提高流速较慢分析仪的响应时间。 4、双泵交替工作有利于延长泵的使用寿命。 土壤空间异质性强，即便是同一区块相同土壤类型的土壤呼吸，其通量差异性也非常大。科学家在进行土壤呼吸研究时，通常需要在空间、时间和气体种类上进行多维度的组合研究，才能更好地解释土壤呼吸的内在机制。基于此，普瑞亿科研发了PRI-8600D 多通道土壤呼吸（群落光合）测量系统，能为上述研究提供时间顺序上、不同位点土壤呼吸循环测量解决方案。 PRI-8600D双循环复路系统是普瑞亿科潜心研发多年的土壤呼吸测量多路系统，具有发明专利（专利号：ZL201710784488.5），并在科技部重点研发计划项目支持下，于2023年完成最新一轮的升级。升级完成后，相对其他厂家的同类产品具有以下特点和优势： 1）具有双循环气路设计：设有奇数组和偶数组两个分组，每组均包含1个一体化的汇流排和1一个循环泵，并通过电磁阀组连接在一起交替为分析仪主机提供气源。两组复路系统交替工作，在前一个呼吸室测量结束前，次一个呼吸室开始工作，并在前一个呼吸室测量结束时，切入第二个呼吸室进行测量。 2）升级高度集成的采集汇流排、双路双循环汇流排、标样汇流排，极大的减少了分析气路的“死体积”；而模块化的设计也大大降低了气路泄漏的风险，保证了测量结果稳定可靠。 3）升级每个通道内置的过滤器材质为SUS304，提高了整机的气密性和稳定性，保障了整套系统能靠运行。 4）升级工业级电控逻辑板，即使在极端的工况下，设备也能稳定可靠的运行。MODBUS RTU的RS485通讯为客户大范围远距离应用提供了可能。 5）具有三路标准气接口，这可以实现高校准频率需要的分析仪时间在线校准，比如光谱同位素分析仪。 6）升级的气电混装定制化接头和线缆，设备更简洁/美观和可靠；同时，实现一个较小尺寸的主机箱连接不少于32个土壤呼吸室。 7）标配一个RS-232、一个RS-485 通讯接口，为一个复路系统驳接多个气体分析仪提供可能（可根据客户应用，拓展RS-232、RS-485和TTL通讯）。 8）具有WIFI接口，可以连接触控设备进行测量参数配置；具有双网口，可以进行数据自动上传和远程数据跟踪。 9）可以同时接驳土壤呼吸明室/土壤呼吸暗室/大容量群落光合室等。 10）若只需要CO2 H2O测量，分析仪可以内嵌到一个主机箱内。 8600-2012 全自动土壤呼吸测量暗室具有发明专利（专利号：ZL202021501088.2），该呼吸室升级了气电混装的线缆结构，升级土壤呼吸的防水等级至IP66，升级呼吸室多层采样装置，设备简洁、美观、可靠。 8600-2012 具有动压平衡装置，通过科学的设计，既能保证呼吸室内大气压于外界大气压的平衡，也能在一定限度内消除外界风速对呼吸室内气体的扰动，保证测量结果的准确性。配合PRI-8600D双循环，8600-2012关闭呼吸室的速率可以很低，最大限度消除其对土壤呼吸的扰动。 8600-2012C 是全自动土壤呼吸明室，呼吸室上部没有任何遮挡，考虑到植物生长高度，透明呼吸室高度可以在一定范围内特殊定制。兼容性好，可连接不同的同位素或气体浓度分析仪；双循环气路设计，能提升不同通道之间的切换效率；定制化程度高，通道数量、气路长度、呼吸室种类；标配3路标准气切换模块，可在线进行系统标定；专利的动压平衡装置，能提升通量测量精度和准度。PRI-8600D 多通道土壤呼吸（群落光合）测量系统主要包含多路复路系统主控箱，双循环泵，触屏PAD；可选配 CO2 H2O 分析仪，高精度 CO2 CH4 N2O 气体浓度分析仪，高精度 CO2 CH4 N2O 同位素分析仪；可选各种呼吸室，如土壤呼吸室、群光光合箱，明暗交替呼吸室/箱（含动压平衡装置），空气温度、土壤温度和土壤湿度传感器等；可选配不同长度的气路管线，标配15 m，可以定制长度至100 m。装置，能提升通量测量精度和准度。 PRI-8600D 多通道土壤呼吸（群落光合）测量系统可以满足不同科学研究需要，适用于生态学、农学、林学、肥料学、冻土、地震学研究，以及垃圾掩埋等领域。

时间是和客观实体的运动相联系的，对时间认识的广度和精度反映的是人类对客观认识的广度和精度。从孔夫子的“逝者如斯夫”到现代科学限普朗克时间，人类从未放弃对时间的不断思索。1923年，H. Hatridge等人次通过液相反应流动管实现了优于秒时间分辨的实验，由此发展而来的停-流法将时间分辨进一步提高到数十毫秒并延用至现今诸多科学实验。1960年代开始，随着红宝石激光器技术的广泛应用，超短脉冲技术不断突破，人类对光谱研究的时间分辨也正式步入皮秒乃至飞秒，激发态分子内能量转换过程、液相化学反应过程、激发能的系间跃迁速率、振动态弛豫等一系列相关科学方向的研究因此得以蓬勃发展。时间和空间是相互关联的，根据爱因斯坦的狭义相对论，任意运动过程是通过速度将空间和时间联系在一起的，只有在限速度下我们才可以确认时空分割的精度。随着超快时间光谱研究的深入，科学家们自然地将空间分辨纳入到了时间分辨的讨论范围，于是一种同时结合高时间分辨和高空间分辨的技术手段应运而生。德国neaspec公司在10纳米空间分辨光谱技术上，利用的双光路设计，集成二路超快激发光，实现了高50飞秒的超快光谱测量，次将超高的时间分辨和空间分辨进行了统一。 图一：AFM探针上的双光路设计确保时间分辨光谱的实现 2014年，该设计理念在实验室成功搭建并商业化后，先在红外光谱领域中被广泛应用于半导体载流子激发-衰减过程，黑磷表面化电子-空穴生成，相变材料光诱导响应速度等一系列微纳领域超快过程的研究。近年来，太赫兹光谱技术逐渐兴起，由于其具有能量低，生物友好，兼有电子学和光子学特点等特性而受到广泛关注。neaspec公司也于今年推出了一款全新的基于太赫兹TDS技术的纳米超快光谱，实现了在太赫兹波段的pump-probe集成。图二：A. 纳米超快光谱在一维纳米线中对载流子衰减过程的研究；B. 纳米超快光谱在多层石墨烯中泵浦激发消逝过程的研究 参考文献：[1]《超快激光光谱学原理与技术基础》，2013，北京化学工业出版社[2] Artifact free time resolved near-field spectroscopy, 2017, Optics Express, 24231[3] Ultrafast and Nanoscale Plasmonic Phenomena in Exfoliated Graphene Revealed by Infrared Pump?Probe Nanoscopy, 2014, Nano Letter, 894[4] Ultrafast multi-terahertz nano-spectroscopy with sub-cycle temporal resolution, 2014, Nature Photonics, 841

项目编号：招案2022-3863项目名称：华东师范大学时间-空间-角度分辨综合光谱检测仪项目预算金额：300.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：300.0000000 万元（人民币）采购需求：采购一套时间-空间-角度分辨综合光谱检测仪，主要用于全面研究微纳米材料的性质，包括材料形貌、结构、成分、电子能级、缺陷、光学响应等综合信息。同时可控的光学调控则需要获得样品全面的发光信息，包括发光位置、发光方向、发光时刻、发光波长、发光偏振等多维度信息。系统性能指标需满足共焦显微拉曼光谱，荧光光谱，角分辨光谱，以及时间分辨瞬态吸收光谱的单独和联合检测，具有多维度，多功能的精密光谱检测能力。（具体内容及要求详见招标文件第三部分-采购需求）合同履行期限：项目完成时间为合同签订后260天。本项目( 不接受 )联合体投标。

针对近日“天价内存条”在网上引发的质疑，中科院空间科学与应用研究中心(下称空间中心)12月1日再次作出回应，此前该中心针对打印机及内存条等配件的政府采购行为严格遵循了国家有关规定，未发现违纪、违法的问题。 　　空间中心有关负责人在接受《科学时报》记者采访时称，他们能够理解公众“愤怒”的原因，但他们也感到很无奈，“科研上要急需办公设备，但必须走政府采购的途径，当只有一种选择时，就非常为难了”。 　　采购前必须比对价格 　　空间中心此次采购的物品包括HP LaserJet 5200黑白激光打印机及内存条、网卡等配件。其中，配套的Q7718A 128M内存条在中央政府采购网站上的标价为6247元，且在“选配件信息”一栏中仅此一条别无他选。 　　据介绍，此前空间中心曾对市场上该款产品的价格进行过比较，发现该款打印机政府采购的价格比市场价格便宜。对于内存条，专门查询了国内其他地方政府采购报价以及部分国外网站报价，发现Q7718A 128M内存条的价格差距并不太大。 　　记者在该中心出示的网站价格查询截图中发现，南京市政府采购中心网上采购系统同款内存条的价格为6100元 英国Applegate网站的同款报价为638英镑 美国AMAZON网站的同款报价为562美元。 　　上述负责人介绍，采购之前工作人员必须对产品的性能、价格进行比较，然后再通过政府采购的途径购置物品，即使出现政府采购的价格高于市场价的情况，也能做到心中有数，“起码是正品，质量有保证”。 　　记者随后登录中央政府采购网查询相关信息，却发现HP LaserJet 5200 打印机中选配件信息栏中的内容已被删除。 　　通过价格比对，此前媒体报道的同款原装内存条的价格为600元左右，引起空间中心该负责人的质疑。他说：“我们并未查到这个报价。如果惠普公司确实存在600元的报价，为何政府采购网上要报6000多元?” 　　记者希望获得权威的价格数据，但联系惠普在中国的代理商未获结果。同时，空间中心委托北京华江科技有限公司(下称华江公司)进行政府采购的具体负责人，称其压力很大，拒绝接受采访。 　　记者了解到，内存条事件发生后，该公司曾携惠普有关人员试图与空间中心“沟通”，但被该中心以避嫌为由回绝。 　　内查未发现违纪问题 　　据介绍，此次购买的打印机及其配件主要用于空间中心天气学实验室。实验室占据两层楼，有几十名研究生在内进行科研工作。为了节约资源，实验室计划配一台能够楼上楼下共享的打印机，因此必须配置内存条和网卡。 　　实验室工作人员选择比较之后确定了打印机型号，并按程序进入政府采购。早在网友爆料前，该中心内部审核时已发现有不妥的问题。即在政府采购网站上生成的合同中，华江公司把采购单位“中科院空间科学与应用研究中心”误写成“中国科学院空间科学与应用研究所”。采购单位名称写错，此订单已成废单。 　　空间中心随即与华江公司沟通，要求对合同进行订正，修改错误信息。随着事态发展，社会质疑加大，该中心不得不选择终止合同。 　　空间中心上述负责人表示，科研经费使用、物资采购、基建等一直是其监督审查的重点，而对此次采购行为的内部审查显示，不存在违规、违纪、违法的问题。 　　其中，最突出的问题是配件价格过高，其价格已接近打印机的价格。该负责人认为，内存条定价6000多元，是国外厂商采取“低主机、高配件”的销售策略，反映了该厂商对自己品牌的垄断经营行为。配件的定价包含很大的水分，是其获取利润的主要手段。 　　各界回应称价格无法选择 　　对于政府采购的种种疑问，各界亦有不同看法。例如，在具体操作中，采购单位可以选择品牌、型号等，同时网页上也会提供供货商的联系方式，但唯一不能选择的就是价格。 　　中科院物理研究所吴宝俊认为，政府采购提供的商品太少，而且价格不能选择。如果能选择，大家肯定会选择市场上价格较低的商品。 　　“政府采购有效进行必须要对供货商进行监督。”吴宝俊说，比如供货价格要参照市场，并提供与市场一致的商品。 　　中科院宁波材料技术与工程研究所研究员黄庆指出，政府采购并不是很科学的做法。例如买电脑，政府采购流程从谈判到拿到商品，需要很长时间，在这期间，电脑性能相对下降了，但价格可能还保持原状。 　　政府采购是一个复杂的问题，涉及诸多利益层面。是否符合市场规律是评价政府采购结果的重要因素。 　　中央财经大学政府管理学院教授徐焕东认为，在操作层面进行适当调整，将有利于进一步规范采购行为。 　　例如，政府采购使用统一标准，而不是按协议价购买。“许多单位同时需要买电脑，那么进行汇总，一次招标就可以完成了。这个价钱肯定比零星采购的便宜。”他说。

空间代谢组学：单细胞空间代谢流分析新方法原创 飞飞 赛默飞色谱与质谱中国 关注我们，更多干货和惊喜好礼刘甜生物体内的代谢物和脂质不仅是细胞的关键组成模块，它们在信号传导、表观基因组调控、免疫、炎症和癌症发展中同样具有重要作用和意义。代谢组学分析是我们了解、评估生物体、器官和细胞状态的重要方式。而单细胞技术通过展示组织内部甚至单克隆细胞之间的细胞异质性，将生物学研究推进至新维度。质谱成像（MSI）技术可以从样品中创建特定化合物的图像，这些图像是由样品表面获得的数千个质谱生成的。每个记录的质谱都会为图像贡献一个像素，而每个质谱中的峰都可以生成一个图像。与其他成像方法相比，MSI无需化合物标记，可实现非靶向分析。本次与大家分享的是一篇最新发表于bioRxiv上的有关单细胞空间代谢流分析方法的文章[1]。研究人员基于AP-SMALDI Orbitrap平台开发了一种命名为“13C-SpaceM”的新方法，通过13C标记的葡萄糖示踪葡萄糖依赖性脂肪酸从头合成途径（glucose-dependent de novo lipogenesis）。本方法应用超高分辨率的基质辅助激光解吸/电离实现了单细胞质谱成像，并通过全离子碎裂模式（AIF）模拟了脂肪酸分析前处理过程中的皂化反应，对包括甘油磷脂在内的主要脂质中的脂肪酸部分实现了共同分析。超高灵敏度、高分辨质谱检测器为单细胞内脂肪酸同位素检测提供了准确的定性、定量结果。研究人员通过鼠肝癌细胞的常氧-低氧模型，对检测方法进行了验证，确认方法的有效性。之后应用本方法分别检测了ATP柠檬酸裂解酶基因敲降（ACLY knockdown）鼠肝癌细胞以及携带异柠檬酸脱氢酶（IDH）突变的小鼠胶质瘤脑组织切片，通过比较脂肪酸的同位素丰度变化评估脂肪酸从头合成比例以及外源性脂肪酸摄取的变化。分析结果揭示了在脂肪酸从头合成过程中，乙酰辅酶A池（Acetyl-CoA pool）中存在大量的空间异质性，这表明在微环境适应过程中发生了代谢重编程。01研究背景脂质在生物体生命过程中承担着多种重要作用，多数脂质是由脂肪酸合成而来。成年哺乳动物体内的细胞通常由血液中摄取脂肪酸，而脂肪、肝脏以及癌细胞还可以Acetyl-CoA为底物，从头合成脂肪酸[2]。Acetyl-CoA经过一系列代谢反应，可以生成含有16个碳的饱和脂肪酸棕榈酸（16:0），之后棕榈酸发生碳链延长或去饱和反应生成不同的饱和、不饱和脂肪酸，从而影响脂质组成。而Acetyl-CoA同样有多种来源，除了葡萄糖经由TCA循环生成的柠檬酸在ACLY作用下生成Acetyl-CoA以外，在缺氧环境下，葡萄糖后续代谢产物丙酮酸会转化为乳酸，从而无法合成Acetyl-CoA、进入脂肪酸合成途径。在此情况下，谷氨酰胺可通过还原羧化反应生成柠檬酸，进而合成Acetyl-CoA [3,4] 。另有文献报道，缺氧环境下的癌细胞还可以将乙酸作为脂肪酸合成的前体 [5,6] 。而Acetyl-CoA除了作为脂肪酸合成底物以外，对于蛋白翻译后修饰、基因表达等均有重要作用。通过监控脂肪酸合成和Acetyl-CoA代谢间的互动可以帮助我们深入理解癌细胞的生存状态。02分析方法大气压MALDI成像分析是通过AP-SMALDI5离子源配合Q Exactive plus高分辨质谱仪实现的。激光像素设置为 10×10 µ m，激光衰减器角度设置为33°。质谱在负离子模式下采用一级全扫描和全离子碎裂（AIF）扫描模式。AIF模式的隔离范围为 m/z 600-1000，扫描范围为m/z 100-400，分辨率 140k，最大注入时间500 ms，碰撞能量NC 25%。（图1）图1. 单细胞代谢流质谱成像分析流程（点击查看大图）MALDI分析前后，分别应用显微镜检测，确定细胞影像位置及MALDI消融标记位置。通过检测MALDI的消融标记，将其与细胞影像叠加，并通过应用数学公式进行解卷积，从而整合显微镜图像和MALDI图像。实现了应用MALDI成像质谱检测到的单细胞分子轮廓。（图2）图2. 整合显微镜和MALDI-MS分析结果实现单细胞质谱成像（点击查看大图）03鼠肝癌细胞常氧-低氧模型单细胞成像分析鼠肝癌细胞在添加25 mM的12C-葡萄糖或U-13C-葡萄糖后，用含1mM醋酸、2 mM谷氨酰胺和10%透析胎牛血清的无葡萄糖DMEM细胞培养基培养，在37°C、5% CO2的培养箱中在常氧（20% O2）或低氧（0.5% O2）条件下培养72小时。选择72小时的时间点是为了确保棕榈酸的同位素标记已经达到稳态。（图3）在低氧条件下培养的细胞被表达绿色荧光蛋白（GFP）标记。在共培养实验中，常氧和低氧细胞使用胰酶分离，每种条件下混合10000个细胞，在同一张玻璃片上进行培养，并在固定之前允许其附着3小时。图3. 由稳定同位素标记的13C6-葡萄糖生成细胞质Acetyl-CoA以及后续的脂肪酸和脂质合成途径（点击查看大图）通过质谱一级全扫描分析，质谱成像共检测到64种脂质，包括磷脂酸（PA）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰丝氨酸（PS）等。具体脂质鉴定结果经过了常规LCMS脂质分析确认。在AIF模式下，检测到了11种含量最高的脂肪酸，相应检测结果同样与常规LCMS分析结果相符。为了验证本方法，研究人员检测了常氧-低氧培养的鼠肝癌细胞混合样本。通过对氨基酸同位素峰的定量分析，发现13C标记的棕榈酸（M0）主要在正常细胞中检出，而缺氧细胞中的棕榈酸以未标记状态（M+0）为主。通过GFP标记结果的对照，证明了本方法可以通过同位素峰分布有效识别不同培养状态的细胞。图4. 在常氧（GFP阴性）和低氧（GFP阳性）条件下的原代鼠肝癌细胞共培养模型的显微镜和质谱成像结果（点击查看大图）图5. 通过GFP标记验证识别不同培养模式细胞的准确性（点击查看大图）04单细胞Acetyl-CoA池标记水平分析研究人员使用了两种表达不重叠的shRNA序列（ACLYkd oligo1和ACLYkd oligo 2）细胞系以及一个对照组细胞系。通过使用1 μg/mL的四环素处理细胞72小时实现了ACLY沉默。质谱成像数据是以10 μm的像素大小获得的，每个细胞的平均面积为550μm2，平均每个细胞有12个像素。通过应用二项式模型计算每个细胞的acetyl-CoA池标记程度p值，从而量化细胞质中acetyl-CoA池中从葡萄糖衍生的同位素标记acetyl-CoA的比例。测试结果与预期相符，ACLYkd细胞中的acetyl-CoA池标记水平低于对照组。值得注意的是，两种ACLYkd细胞之间的差异非常明显。ACLYkd oligo1的结果呈双峰分布，p值的差异明显较大，表明该细胞系存在两个亚群体。其中一个模式显示的p值与对照组相近，说明存在一个“沉默失败”的细胞亚群。ACLYkd oligo1第二个模式具有的p值明显则低于ACLYkd oligo 2，表明ACLYkd oligo 1中还存在一个“强沉默”的亚群，在这些细胞中，沉默效率非常高，导致acetyl-CoA同位素标记比例大幅降低。在ACLYkd oligo 2中，acetyl-CoA池的标记程度以及GFP报告基因强度显示出更均一的分布。M+2峰是最能表现出ACLYkd oligo1细胞中“强沉默”群体的低acetyl-CoA标记表型的质谱峰。M+8峰则为对照组细胞的特征标记峰。M+2和M+8之间的差异可以作为显示异质性的指标，用于展示葡萄糖对细胞质中acetyl-CoA的相对贡献。因此，13C-SpaceM能够检测ACLY敲降细胞中的异质性，并识别不同的亚群体。这种单细胞和空间异质性无法通过整体分析揭示，显示了13C-SpaceM方法的独特优势。图6. 细胞ACLY敲降后acetyl-CoA的同位素标记程度分析（点击查看大图）05肿瘤组学中氨基酸合成异质性的空间组学分析研究人员分析了从横向植入表达突变型异柠檬酸脱氢酶（IDH）和红色荧光蛋白（RFP）的GL261胶质瘤细胞的小鼠大脑组织切片。在采集组织前的48小时，小鼠被喂食未标记的或含有U-13C葡萄糖的液体饮食。首先，研究人员分析了12C-葡萄糖饮食的肿瘤携带小鼠大脑切片中的酯化脂肪酸组成。通过比较质谱TIC与显微镜明场和荧光成像，发现整个大脑（包括肿瘤区域）的质谱离子响应很高（图7a）。测试过程中，肿瘤区域与组织切片的其余部分分别采用10μm和50μm激光分辨率进行分析。对不同脂肪酸的空间分析揭示了在非肿瘤携带的脑半球组织中，脂肪酸丰度存在高度的异质性，我们可以仅根据它们的脂肪酸组成来识别的某些结构，如胼胝体和前连合部，这两个区域都富含油酸（18:1）且棕榈酸（16:0）、硬脂酸（18:0）和花生四烯酸（20:4）的含量低。有趣的是，尽管棕榈酸、油酸、硬脂酸和花生四烯酸在肿瘤和周围的大脑组织中的含量相似，肉豆蔻酸（14:0）和棕榈酸（16:1）在肿瘤组织中则明显增加。与大脑其它部分相比，肿瘤中必需脂肪酸亚麻油酸（18:2）和α/γ亚麻酸（18:3）也明显增高。之后，研究人员分析了喂食含有U-13C葡萄糖饮食的小鼠肿瘤组织，从肿瘤组织中选择性分离出的5种主要从头合成的脂肪酸的同位素分布（图7c）。三种饱和脂肪酸肉豆蔻酸（14:0）、棕榈酸（16:0）和硬脂酸（18:0）的13C摄入丰度较高，同位素分布最大分别可至M+10，M+12和M+14。其中，肉豆蔻酸M+0的强度极低，几乎完全源自脂肪酸从头合成。由于肉豆蔻酸对一些重要信号蛋白的翻译后修饰很重要，这一发现表明胶质瘤可能选择性地上调肉豆蔻酸的合成以促进自身生长。相比之下，两种单不饱和脂肪酸，棕榈酸（16:1）和油酸（18:1）的M+0同位素的相对丰度较高。硬脂酸和油酸的M+2同位素丰度明显增加，表明它们是由未标记的前体（即棕榈酸和棕榈酸）延长形成的。研究人员进一步利用棕榈酸的同位素分布计算acetyl-CoA池中源自葡萄糖的比例，发现肿瘤组织内的该比例同样具有显著的空间异质性（图7d）。图7. 小鼠脑胶质瘤组织内部脂肪酸代谢空间异质性分析（点击查看大图）总结本文作者开发了一种全新的单细胞代谢流成像检测方法，将超高激光分辨率的大气压MALDI与高分辨率、高灵敏度的质谱检测器相结合，对细胞和肿瘤组织内的葡萄糖依赖性脂肪酸从头合成途径实现单细胞层面的空间分析。不仅为单细胞水平空间探测代谢活动提供了新的方法，还为正常和癌症组织中的脂肪酸摄取、合成和修饰分析提供了前所未有的视角。参考文献：1. Buglakova E, Ekelö f M, Schwaiger-Haber M, et al. 13C-SpaceM: Spatial single-cell isotope tracing reveals heterogeneity of de novo fatty acid synthesis in cancer. Preprint. bioRxiv. 2024 2023.08.18.553810. Published 2024 Feb 28. doi:10.1101/2023.08.18.5538102. Rö hrig F, Schulze A. The multifaceted roles of fatty acid synthesis in cancer. Nat Rev Cancer. 2016 16(11):732-749. doi:10.1038/nrc.2016.893. Metallo CM, Gameiro PA, Bell EL, et al. Reductive glutamine metabolism by IDH1 mediates lipogenesis under hypoxia. Nature. 2011 481(7381):380-384. Published 2011 Nov 20. doi:10.1038/nature106024. Wise DR, Ward PS, Shay JE, et al. Hypoxia promotes isocitrate dehydrogenase-dependent carboxylation of α-ketoglutarate to citrate to support cell growth and viability. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 108(49):19611-19616. doi:10.1073/pnas.11177731085. Kamphorst JJ, Chung MK, Fan J, Rabinowitz JD. Quantitative analysis of acetyl-CoA production in hypoxic cancer cells reveals substantial contribution from acetate. Cancer Metab. 2014 2:23. Published 2014 Dec 11. doi:10.1186/2049-3002-2-236. Schug ZT, Peck B, Jones DT, et al. Acetyl-CoA synthetase 2 promotes acetate utilization and maintains cancer cell growth under metabolic stress. Cancer Cell. 2015 27(1):57-71. doi:10.1016/j.ccell.2014.12.002如需合作转载本文，请文末留言。

今天，小菲要跟大家分享一个使用FLIR红外热像仪做实验的有趣案例：德国耶拿弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所(Fraunhofer IOF)的研究人员开发了一套成像系统，通过两台高速、高分辨率单色成像仪和一台GOBO投影仪对物体进行三维检测。在碰撞测试、安全气囊展开等典型动态应用中，除快速空间变化过程以外，温度变化也扮演着重要的作用。高速3D热成像系统的工作原理德国耶拿弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所（简称“IOF”）主要从事光子学领域应用型研究，早在2016年就开发了一款高速3D成像系统。该系统由两台立体排列的高速立体黑白成像仪和一台自行研发的主动照明GOBO投影仪组成。自2019年以来，其还引入FLIR科学成像仪（FLIR X6900sc 超晶格 长波热像仪，该热像仪支持高达1000 Hz的帧速率和640×512像素的分辨率），推出了一款高速3D热成像系统。高速3D成像系统基于能灵敏感知可见光谱范围(VIS)的两台单色成像仪。二者以12,000 Hz的帧速率和1百万像素的分辨率工作——较低分辨率下还可实现更高帧速率。但两台成像仪尚无法以所需质量标准产生有意义的3D数据。此外还要借助一种复杂的照明系统，超快投射条纹图案序列，这些图案类似于常规正弦条纹，只是其宽度会不定期变化。将重建的3D数据与来自FLIR X6900sc SLS高速热像仪的2D数据相结合，生成三维高速红外图像。FLIR X6900sc超晶格探测器在长波红外范围内运行，因此在GOBO投影仪光源发出辐射的可见和近红外波长范围内不敏感。由于投射的非周期性正弦图案对物体的加热也无关紧要，因此GOBO投影仪不会影响红外成像。FLIR X6900sc SLS丨LWIR高速红外热像仪FLIR X6900sc SLS是一款面向科学家、研究人员和工程师的超快速、高灵敏度的红外热像仪。这款热像仪拥有先进的快门释放功能，搭载额外SSD硬盘后，其内置内存能发挥出超强的记录能力，无论是在实验室，还是测试现场，它都能捕捉到质量超群的高速事件定格图像。可谓一机在手，万事无忧。FLIR X6900sc超晶格长波红外热像仪在640×512像素的全尺寸格式下，记录速率高达1,004帧/秒，在最小局部图像格式下，记录速率高达29 kHz。使用这些热像仪，可以在内置内存中记录长达26秒的全帧格式数据，图像丝毫无损。凭借应变超晶格(SLS) 长波红外探测器，FLIR X6900sc SLS可实现比其他X6900s型号约短12倍的积分时间和更大的动态范围。新型系统的测量与计算在测量过程中，三台成像仪同时记录图像数据。来自黑白成像仪的数据与GOBO投影仪的非周期性条纹投影相结合，产生实际3D图像，然后计算出10对一组的图序列，以形成3D图像。这种“3D重建”会形成空间形状，然后将FLIR长波热像仪的红外图像数据叠加到该空间形状上，以便在映射过程中将温度值分配给空间坐标。当然，在测量之前，需要对由可见光成像仪和长波热像仪组成的系统进行校准。为此，IOF团队使用了带有规则的开环和闭环网格的校准板。为确保即使在温度分布均匀的条件下，仍能在可见光谱范围和长波红外中检测到这些结构，圆和背景选用了具有不同反射率(可见光)发射率(长波红外)的材料。耶拿的研究人员通过印刷电路板找到了解决该问题的方法。为此，他们开发了一款非同寻常的电路板，由规则的开环和闭环网格组成，而不是由电气组件之间的电气连接组成。高速3D热成像系统的实际应用IOF的新型高速3D热成像测量系统旨在将高动态空间3D与红外数据结合起来。运动中的运动员、碰撞测试、安全气囊展开等超快速流程不仅有表面形状的快速变化，也有局部温度的变化，过去无法同时捕获这些变化，该系统首次实现了这一目标。目前，该系统已经过各种情景的测试，其中包括篮球运动员运球（不仅会使球变形，还会引起热量）：还有用于测量安全气囊展开时的温度变化和空间表示，系统在距离3米处对高速过程记录半秒钟。将三维数据与热成像信息结合后，不仅可以清楚地看到安全气囊展开后的温度，还能获得时间点和空间坐标信息。借助这些信息可以减少和防止安全气囊展开导致驾驶员受伤的风险。IOF研究团队的Martin Landmann确信：高分辨率3D数据和快速热成像图像相结合的应用场景十分广泛。Martin Landmann解释道：“举例来说，通过观察碰撞测试，研究变形和摩擦过程，或者研究超快速的热相关事件，比如安全气囊触发时的爆炸或者开关柜中的爆炸，我们可以获得非常有用的信息。”他强调称，他们正在不断地开发和优化系统。可见，将来我们有望看到弗劳恩霍夫应用光学和精密工程研究所团队的更多创新研究成果。FLIR X6900sc热像仪对于目前的长波红外或中波红外探测器，应变层超晶格（SLS）探测器提供更快的快照速度、更宽的温度频段和更好的均匀性。这款热像仪具有高级触发功能和内置RAM/SSD记录功能，配有一个四插槽电动滤片轮，可以在实验室环境下和测试范围内对高速事件实现画面定格功能。

一、 自由空间是什么？在样品管安装在静态体积法仪器上时，样品管内除去样品体积外，剩余管内空间的体积称为自由空间体积。在测试过程中，需要精确地了解自由空间体积，并且必须维持自由空间体积恒定。一般情况下，会在常温状态下先测试一次自由空间，然后升起杜瓦瓶，在液体冷却剂（一般为液氮）温度下测试一次自由空间。后者称为冷自由空间。如果在分析过程中冷自由空间发生变化，会对样品管中气体量的计算带来相当大的误差。美国麦克仪器公司在20世纪80年代中期，首次引进了专利等温夹套技术用于进行冷自由空间温度控制。二、 美国麦克仪器公司1987等温夹套产品介绍采用BET技术进行材料比表面积和孔径分布分析，需要通过低温气体吸附来完成。在这个过程中，需要精确地了解测试系统所有组件的压力、体积和温度，才能精确地计算出测试气体的量。由于气体吸附是发生在低温状态下的，而测试系统的其他组件都处于常温状态，所以在将低温样品连接在常温体系时，必须保证温度稳定。如果不能进行适当的控制，在这样一个互相连接且温度梯度极大的情况下，冷却剂的挥发将会引起冷却区域大小的变化，从而影响到气体量的测试和气体吸附测试结果。如下图所示，将装载着样品的样品管浸没在液氮中，直接连接到仪器的其他组件上，温度梯度空间将随着液氮的挥发和液氮液面的降低而增加。增加了样品管的不确定温度体积。 目前有一种方法是通过调整杜瓦瓶的位置来维持冷却区间体积恒定，主要是通过随着液氮液面降低，不断地抬高杜瓦瓶来实现。这种方法的确能够有效的维持浸没在液氮内的样品管体积恒定，但是必须确保最初在常温下暴露的样品管的高度足够。但是即便采用这种方法，温度梯度依然存在，并且仅能获得部分的蒸发补偿。 在20世纪80年代中期，美国麦克仪器公司采用了一种传统的方式来维持液氮液面，即使用一种转移工具，直接连接杜瓦瓶和液氮罐，随着液氮液面的挥发，不断向杜瓦瓶中加入新鲜的液氮。如下图所示。这种方法非常有效，但是需要准备以下这个转移设备： 1987年,美国麦克仪器公司引入了专利等温夹套技术，它能够为维持冷自由空间恒定提供极佳的稳定性。等温夹套由一种多孔材料制成，使用时直接套在样品管周围即可。只要等温夹套的最底端浸没在液氮中，多孔材料就能够确保液氮一直维持在样品管杆的周围，且高度不变。这样即便杜瓦瓶中仅剩少量液氮，也能够保持样品管冷自由空间维持不变。如果测试时间过长，可适时地补充新鲜的液氮。等温夹套在使用过程中没有任何损耗，是一个真正的长期解决方案，如下图所示：选自“Application Note-The Principles and Theory of the Isothermal Jacket for Free Space Control in Gas Absorption”

由于其特殊的地理位置，在南极可以观赏到众多罕见的自然现象。这是2010年1月22日子夜拍摄到的南极极昼。　 　　2009年10月至2010年4月间，中国成功开展第26次南极科学考察，在冰川、天文、地质、海洋、高空物理等科研领域取得突破性进展。 　　“冰盖之巅”再创浅冰芯钻探新纪录 　　南极冰芯直接记录着远古时代的大气组成，蕴藏着珍贵的古气候和古环境信息。此次考察中，考察队员经过近20天的不懈努力，在南极“冰盖之巅”——海拔4093米的冰穹A地区钻取了一支超过130米长的冰芯，创造了冰穹A地区浅冰芯钻探的新纪录。通过研究这支冰芯，可以追溯过去五六千年以来的地球环境变化。 　　同时，为今后在冰穹A地区钻取地下3000多米处的深冰芯，开展100万年时间尺度内的全球变化研究，此次考察队在昆仑站附近建成了深冰芯钻探场地，这标志着我国在南极冰盖的深冰芯钻探即将拉开序幕。 　　南极昆仑站开辟天文观测新“窗口” 　　在天文学家眼中，冰穹A地区很可能是南极地区最好的天文观测台址。此次，考察队在中国南极昆仑站的天文观测站成功安装了一台频谱范围更宽的太赫兹傅立叶频谱仪，为我国在冰穹A地区开展天文观测开辟了新窗口。此外，考察队员还安装了“月光闪烁仪”等新的天文观测设备，并为下一次南极考察安装“施密特望远镜阵”完成了地基准备工作。 　　陨石采集、冰下地形测绘取得重大突破 　　格罗夫山地区是南极大陆上极少数有山脉峰峦凸露于冰盖的地区之一，此次南极考察是我国第五次派出队员对这一地区开展地质、测绘、冰川、环境、陨石回收等多学科综合考察。考察队共采集陨石1618块，总重量约为17公斤，使我国的南极陨石拥有量累计达到11452块。考察队员还在格罗夫山地区发现了新的陨石分布区。 　　此外，测绘学者在此次考察中首次探测出格罗夫山局部地区的冰下地形，初步揭开了这一冰原岛峰地貌形态的神秘面纱。 　　首次独立建成南极永久性验潮站 　　考察队在中国南极中山站附近海域建立了一座数据实时传输永久性验潮站，这是我国首次独立建成的南极永久性验潮站，为我国监测南极海平面变化、开展全球气候变化研究提供了重要的支撑平台。 　　首次应用无人机开展大范围南极海冰观测 　　考察期间，科考队员首次在南极应用无人机“雪燕”进行了大范围海冰观测实验。“雪燕”搭载传感器设备在南极中山站附近40公里海域内累计自主飞行39个架次、20余小时，获得了清晰的海冰形态图像和精确的海冰观测数据，为“雪龙”号破冰航行提供了参考。 　　中山站极区空间环境实验室基本建成 　　我国极地考察“十五”能力建设项目的重要内容之一——南极中山站极区地球空间环境实验室在此次考察期间基本建成，并已正式投入越冬观测。该实验室的建成，将使中山站对极区地球空间环境的探测范围由极隙区、极光带扩展到极盖区，可探测到的自然现象覆盖电离层和磁层，探测要素包含极光、电离层参量和空间等离子体波等关键要素，使南极中山站成为自主性更强、国际一流的极区地球空间环境观测站。 　　首次开展大范围南极地物光谱采集 　　光谱反射数据是研究地面物质特性的基本遥感资料。此次考察首次在南极长城站、中山站周边大范围开展了光谱测量工作，获得有关南极雪、冰、岩石、湖水、地衣等地面物质的大量光谱反射数据和图片资料。这些现场资料不仅有助于增加人们对南极地物反射特性的了解，也为我国编绘出首张高分辨率南极陆地“景观图”、精确展现南极洲地物分布情况提供了有力支持。 　　首次在南大洋自主成功布放和回收潜标系统 　　考察期间，考察队在南极第三大湾普里兹湾海域成功布放、回收一套潜标系统，该系统对南大洋的温度、盐度、流速等数据进行了为期两个月的持续观测，获取了理想的观测数据和样品。这是我国首次在南极成功布放并回收潜标系统，对于开展南极大陆周边海域海洋、海冰、大气之间的相互作用研究具有重要意义。

相关新闻： 神舟八号与天宫一号成功对接(图) 　　神八正在太空遨游，其搭载的17项生命科学实验也在静静地发生着变化。此次中德合作的空间生命科学实验项目涉及33种样品，其中中方10项，德方6项，中德合作1项，涉及四大领域：基础生物学、空间生命技术、先进生命支持系统中的生物学以及空间辐射生物学。其中一项实验是由中科院生物物理研究所进行的。昨日(11月2日)，新京报记者专访了该所研究员仓怀兴，对“太空生物实验”进行揭秘。 　　【准备】 　　缝衣针粗毛细管装溶液 　　在神八发射前的几个小时，酒泉发射基地，仓怀兴忙着配制蛋白质。这些新配制的蛋白质，要随神八一起升空，所以必须尽量保持物质的新鲜度。 　　距离发射的时间间隔越短，蛋白质的空间实验结果会越精确。 　　“蛋白质主要是从植物、动物、人体中提取的，如鸡蛋清。”昨日，仓怀兴说，要在120个仅有大号“缝衣针”粗的玻璃毛细管中，放入14种蛋白质溶液。14种蛋白质涉及痢疾杆菌、激酶、沙眼病毒等，包括加拿大3种、中国8种、德国3种。 　　【保驾】 　　两道保险“保卫”黑盒子 　　玻璃毛细管极易碎裂，“易碎品”跟着神八上天，可不是容易的事。特别是在神八发射升空、返回地面的过程中，会产生巨大震动，保护好这些“宝贝”至关重要。 　　“先把120个管放到一个黑盒子里，盒子是经过特殊设计，能抗压、抗震。”仓怀兴说。黑盒子不大，重180克，大致尺寸为长85毫米、宽45毫米、高35毫米。人的一个手掌就能“掂”起。 　　还有第二道保险，这个小盒子将和其他实验项目的样品一同放入，一个大概40厘米长、20厘米高的大箱子里。 　　【结局】 　　样品随神八一起返地球 　　仓怀兴称，在地面上，受万有引力产生重力和浮力对流的影响，玻璃毛细管内装有的蛋白质溶液，长出的晶体会沉下去 在太空失重状态下，溶液中长出的晶体不会下沉，不受浮力对流影响，长出的晶体要比地面的质量更好，内部分子结构排列更整齐。 　　如此一来，借助X光就可以看到蛋白晶体中更为精细的分子结构，确认蛋白质分子结构与功能的关系。“在此基础上，研发治疗重要疾病的新药物，这些疾病包括植物病害、人类和动物疾病等。”仓怀兴说。 　　33种实验样品将随神八一起返回地球。飞船着陆后，须在7.5个小时内将试验箱从飞船返回舱拆除，运回北京。 　　■亮点 　　中德实验探索生物太空生存 　　中科院水生生物研究所和德国联合实施的“空间简单密闭生态系统探索研究”，是唯一的中德联合实验项目。 　　“水泡螺、轮虫、藻类、细菌，放在一起组成一个封闭的生态系统。”昨日，中科院水生生物研究所刘永定教授称，这些生物体最小的直径仅有几个微米大小，要把它们放在一个“香烟盒”大小的盒子里，技术难度高，里面要放营养液，构成一个生态循环系统，有生产者——藻类、消费者——水泡螺、分解者——细菌，建立成一个封闭生态系统和生物链，研究生命生存所需要的水、空气、食物的再生。 　　刘永定称，太空中是没有条件支持生命的，“小盒子”中的生物要想存活，就需要氧气、水。这些必要条件的产生，除了用化学、物理办法解决，就是靠此次的生物办法。“一旦有了持久的氧气、干净的水，今后航天员、人类要长期驻留太空就成为可能。”刘教授说。 　　搭载水稻研究基因变化 　　11月2日，上海生命科学研究院植生所研究员蔡伟明称，神八还搭载了一种名为“日本晴”的水稻品种。 　　蔡伟明说，尽管实验的盒子在神八中被固定，但在太空内，小盒子里的细胞会在培养基上生长，水稻基因表达也会发生很大的变化。 　　本次研究，将试图研究微重力下植物基因表达的变化规律，发现地球重力在生物进化过程中的作用。

发射现场 　　 美国东部时间5月16日上午8时56分(北京时间5月16日晚上8时56分)，阿尔法磁谱仪(Alpha Magnetic Spectrometer，AMS)搭乘美国奋进号航天飞机从位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心(Kennedy Space Center, KSC)升空，进入国际空间站(International Space Station，ISS)，标志着粒子太空探测新时代的开始，具有里程碑的意义。在未来20年，AMS将作为国际空间站上唯一的大型科学实验被世界所瞩目。而记者了解到，AMS能够顺利升空，山东大学做出巨大贡献。 程林教授讲解AMS大事记 　　山东大学程林教授在诺贝尔物理学奖获得者丁肇中教授领导的国际重大科学工程AMS中担任热系统首席科学家，解决了人类历史上首次带电磁铁太空运行的关键科学问题，为国际空间站上唯一的科学实验的建设做出了巨大贡献。 　　AMS项目是上世纪末和本世纪初世界上最重要的科学工程之一，其物理学使命是在太空中探索暗物质和反物质的存在，是人类第一次在太空中进行的大型科学研究。AMS汇集了美国、中国、俄罗斯、意大利、瑞士、德国等16个国家和地区的60个著名大学和研究机构的600位科学家共同工作，历时近20年，耗资21亿美元。 AMS系统 山东大学AMS实验室 　　山东大学于2004年加入AMS项目组，设计，程林教授担任AMS热系统的首席科学家。AMS热系统是一个非常复杂全面负责其热系统的研究与的系统，涉及热能工程、机械制造、材料科学、电子信息等多个相关领域，没有任何经验和先例可以借鉴。在太空，90分钟内温度在零下40摄氏度和零上60摄氏度之间循环变化的事实则更加剧了热系统研究的复杂性 与此同时，AMS各探测器及电子设备的热控制要求极其苛刻，各探测器的工作温度变化必须维持在1摄氏度范围内。在此情况下，要实现AMS在国际空间站上科学目标，热系统研制的水平及质量直接决定着AMS的工作状态、运行寿命及实验可靠性。 　　山东大学先后有30余位学者和博士研究生长期在欧洲核子中心工作，作为第一责任人与来自美国麻省理工学院、瑞士苏黎世高工、美国宇航局等不同单位的三十多位科学家一起，对AMS在各个季节的温度、运行方式，以及空间站的方位，做了全部的热模型和热模拟，提出了不同结构形式的散热元件，保证了系统的高效散热以及温度场的均匀性和稳定性，设计了AMS在国际空间站环境下运行的热控制系统。整体设计通过了美国宇航局(NASA)的严格评估与实验。随着AMS的升空，山东大学研究设计的AMS热系统也将成为国际空间站上中国制造的唯一大型组件。 　　山东大学AMS团队在AMS项目所有参与机构中第一个完成任务，不仅得到了丁肇中教授和美国宇航局的高度评价，也得到了到欧洲核子研究中心访问的吴邦国、陈至立、刘延东等党和国家领导人的关注与赞赏。 　　丁肇中教授在致教育部的函中写到：“1976年以来，先后有数百位中国科学家和我一起工作，程林教授是最优秀的”；在致山东省科技厅的项目鉴定意见中提到：“您将会高兴地获知整个项目组对山东大学工作最高程度的认可。事实上，正是山东大学的工作让这个实验真正成为可能。” 山东大学校长徐显明 　　2010年7月，在日内瓦参加世界议长大会的吴邦国委员长一行专程到欧洲核子研究中心(CERN)，参观正在这里建设的AMS。程林教授在AMS组装现场向吴邦国委员长汇报了山东大学负责的工作，详细介绍了山东大学参与AMS项目中所产生的若干独有技术和创新之处，并向吴邦国委员长汇报了徐显明校长与丁肇中教授就山东大学继续进行AMS项目后续工作的一些具体事项达成的共识。吴邦国委员长在听取了程林教授的汇报之后说：“山东大学的工作非常了不起，非常了不起!” 　　国务委员刘延东视察山东大学AMS实验室时说，“看了实验室以后，留下了很深的印象，你们和国际科学前沿接轨，做出了非常卓有成效的工作。我们国家正在由大国向强国迈进，在科学进步方面，我们应该在国际科学领域占有一席之地，你们的实验室做到了这一点。”

子午工程台站和空间环境监测设备配置示意图 　　从某种意义上讲，地球也是茫茫太空中的一艘“飞船”，人类有必要探索和掌握这艘飞船旁边的风浪和暗礁。 　　东半球空间环境地基综合监测子午链工程(简称子午工程)是人类监测空间和探知空间科学的前沿阵地。“它将为各类用户提供完整、连续、可靠的多学科、多层次的空间环境地基综合监测数据。同时，也为我国的航天、通信和导航以及空间安全保驾护航。”子午工程总工程师、中科院空间中心副主任王赤对记者说。 　　整装待发 　　“2012年子午工程将完成国家验收，转入正式运行。我们已经制定了子午工程长期运行方案，也包括2012年的运行计划。”王赤说。 　　“边建设，边运行，边产出”是子午工程立项前就提出的建设原则。 　　2010年，子午工程进入调试和试运行阶段，开始根据不同情况展开常规模式和任务/事件模式试运行。目的是检验各运行单元的指标和系统总体的功能、性能，数据流畅通性以及系统间协同工作的能力。 　　在今年9月20日到10月20日的联合测试期间，子午工程11家共建单位联合三大系统，利用分布在我国区域东经120度和北纬30度附近的21种、70余台监测设备开展联合测试。期间设备汇交科学数据文件18.7万个。截至联试结束，数据中心收集科学数据文件191万个，共计448.31GB。联试期间标准化加工产出数据文件1576个，总计58.02GB，可视化加工产出数据文件1.5万个，总计1.19GB。 　　“试运行过程中我们及时发现和解决了一些出现的问题，并确定了运行模式和运行管理架构。最重要的是为工程的正式运行积累了丰富经验。”王赤说，“从监测地域范围覆盖、空间圈层到参数均满足要求，检验了子午工程对空间环境综合监测能力和系统间的协同工作能力。在联合测试过程中，正值天宫一号发射，子午工程民用预报服务平台的相关预报产品得到了应用，发挥了很好的支撑作用。” 　　第四环境的三维监测 　　空间是地球除陆地、海洋、大气之外的第四环境，空间科学探测与研究的主要范围也是航天、通信、导航和空间军事等高科技活动的重要场所。 　　太阳电磁辐射(可见光、X射线、紫外辐射等)沿子午线的天顶角效应，及地球自转和公转的效应，使地球空间环境具有随时间、地域差别的全球三维结构。它们对磁层结构、电离层结构、带电粒子和等离子体输运过程等起到重要的调控作用，使许多基本空间物理过程沿子午圈发生。 　　随着地球自转，子午圈上的空间环境将经历白天和黑夜的变化，可对地球上空的空间环境进行全球扫描。因此沿子午线配置空间环境监测链，对于了解近地空间环境全球结构的变化规律具有重要科学意义。 　　我国空间环境的地基监测历史悠久，但是过去的地基监测多属单个台站进行孤立的监测，没有形成协调统一的观测体系。子午工程利用北起漠河，经北京、武汉，南至海南并延伸到南极中山站，以及东起上海，西至拉萨的15个综合性观测台站, 建成一个以链为主、链网结合的监测平台。 　　子午工程由空间环境监测系统、数据与通信系统和研究与预报系统组成，工程布局地磁、无线电、光学以及探空火箭等多种探测手段，包括23种95台套监测设备，分布在全国15个台站，成为地域分布最广的大科学装置。 　　子午工程建成了很多国际先进的监测设备，如非相干散射雷达、甚高频雷达等，关键技术攻关成为工程建设的重点和难点。 　　今年5月7日7时整，子午工程首枚探空火箭成功发射。 　　“本次发射是我国空间环境监测探空火箭沉寂20年后的再次升空，是中国火箭探空事业一个新的里程碑。”王赤说，“子午工程是我国科学家结合科学研究、航天活动、国家安全等需求，以及我国地域特征而创造性提出的，是充分联合国内资源，独立建设的我国第一个空间环境地基综合监测项目。” 　　探索和挑战 　　子午工程在国际上也备受关注。2010年8月，美国《空间天气》杂志以封面文章对子午工程作了介绍。杂志编辑用“雄心勃勃”、“影响深远”、“震撼”等词汇评述子午工程。 　　以子午工程为基础，中国科学家率先发起“国际子午圈计划”，旨在通过国际合作，充分利用国外资源，向北延伸至俄罗斯，向南经过东南亚相关国家、澳大利亚等，并和西半球60度附近的子午链构成第一个，也是唯一环绕地球一周的空间环境监测子午圈。 　　国际子午圈计划将与俄罗斯、澳大利亚、加拿大、美国、巴西等国的近百个监测台站进行合作，共同对子午线附近空间环境进行监测，实现日夜24小时、全球纬度的同时观测。 　　2012年，子午工程将在地球空间环境对行星际扰动的响应，地球空间各圈层的耦合，以及子午链上空间天气传播过程等方面进行探索和研究。 　　“这将大幅提升子午工程认知空间的能力。但子午工程系统复杂、探测方法全、监测设备多、地域分布广、共建单位多，从而给工程实施和管理带来很大困难。”王赤说，“各个系统、设备的协调工作，各种探测数据的综合处理和分析都没有成熟经验可借鉴，因此是极具挑战性的探索。”

纯相位空间光调制器在PSF工程中的应用一、引言2014年诺贝尔化学奖揭晓，美国及德国三位科学家Eric Betzig、Stefan W. Hell和William E. Moerner获奖。获奖理由是“研制出超分辨率荧光显微镜”，从此人们对点扩散函数 (PSF) 工程的认识有了显着提高。Moerner 展示了 PSF 工程与 Meadowlark Optics SLM 的使用案例，用于荧光发射器的超分辨率成像和 3D 定位。 PSF工程已被证明使显微镜能够使用多种成像模式对样本进行成像，同时以非机械方式在模式之间变化。这允许对具有弱折射率的结构进行成像，以及对相位结构进行定量测量。 已证明的成像方式包括：螺旋相位成像、暗场成像、相位对比成像、微分干涉对比成像和扩展景深成像。美国Meadowlark Optics 公司专注于模拟寻址纯相位空间光调制器的设 计、开发和制造，有40多年的历史，该公司空间光调制器产品广泛应用于自适应光学，散射或浑浊介质中的成像，双光子/三光子显微成像，光遗传学，全息光镊(HOT)，脉冲整形，光学加密，量子计算，光通信，湍流模拟等领域。其高分辨率、高刷新率、高填充因子的特点适用于PSF工程应用中。图1. Meadowlark 2022年蕞新推出 1024 x 1024 1K刷新率SLM二、空间光调制器在PSF工程中的技术介绍在单分子定位显微镜（SMLM）中，通过从相机视场中稀疏分布的发射点来估计单个分子的位置，从而克服了分辨率的衍射限制。可实现的分辨率受到定位精度和荧光标签密度的限制，在实践中可能是几十纳米的数量级。有科研团队已经将这种技术扩展到三维定位。通过在光路中加入一个圆柱形透镜或使用双平面或多焦点成像，可以估算出分子的轴向位置。光斑的拉长（散光）或光斑大小的差异（双平面成像）对轴向位置进行编码。将空间光调制器（SLM）与4F中继系统结合到成像光路中，可以设计更广泛的点扩散函数（PSF），为优化显微镜的定位性能提供了可能。利用空间光调制器（SLM）对荧光显微镜进行校准，可以建立一个远低于衍射极限的波前误差，SIEMONS团队就利用Meadowlark空间光调制器实现了高精度的波前控制。原理证明和实验显示，在1微米的轴向范围内，在x、y和λ的精度低于10纳米，在z的精度低于20纳米。对这篇文献感兴趣的话可以联系我们查阅文献原文《High precision wavefront control in point spread function engineering for single emitter localization 》下面我们来具体看看是如何应用的，以及应用效果如何。图2. A）SLM校准分支和通过光路的偏振传输示意图。额外的线性偏振滤波器没有被画出来，因为它们与偏振分光器对齐。B）相机上的强度响应作为λ/2-板不同方向α的SLM的相位延迟的函数。C) 光学装置的示意图。一个带有SLM的中继系统被添加到显微镜的发射路径中（红色），一个单独的SLM校准路径（绿色）被纳入发射中继系统中。这允许在实验之间进行SLM校准。BE：扩束器，DM：分色镜，L：镜头，LPF：线性偏振滤镜，M：镜子。OL：物镜，PBS：偏振分光镜，TL：管镜。光路如上图2所示，包括一台尼康Ti-E显微镜，带有TIRF APO物镜（NA = 1.49，M = 100），一个200毫米的管状镜头，一个带有SLM的中继系统被建立在显微镜的一个出口端口。中继系统包括两个消色差透镜，一个向列型液晶空间光调制器（LCOS）SLM（Meadowlark，XY系列，512x512像素，像素大小=15微米，设计波长=532纳米）和一个偏振分光器，用于过滤未被SLM调制的X偏振光。di一个消色差透镜在SLM上转发光束。第二个中继镜头确保在EMCCD上对荧光物体进行奈奎斯特采样。显微镜配备了一套波长为405nm、488nm、561nm和642nm的合束激光器。 这个配置增加了一个用于校准SLM的第二个光路。这个空降光调制器校准光路是为测量入射到SLM上的X和Y偏振光之间的延迟差而设计的，为了测量某个SLM像素的调制，需要将SLM映射到校准路径的相机上。这种映射是通过在SLM上施加一个电压增加的棋盘图案来获得的。平均捕获的图像和没有施加电压时的图像之间的差异被用作角落检测算法（来自Matlab - Mathworks的findcheckerboard）的输入，以找到角落点。对这些点进行仿生变换，并用于找到对应于每个SLM像素的CMOS像素。图3. SLM校准程序。A) 单个SLM像素的测量强度响应作为应用电压的函数。每一个极值都对应于等于π的整数倍的相位变化，并拟合一个二阶多项式以提高寻找极值的精度。强度被分割成四个部分，它们被缩放为[0 1]。这个归一化的强度（B）被转换为相位（C），并反转以创建该特定电压段和像素的LUT（D）。E）20个随机选择的SLM像素的归一化强度响应，显示像素间的变化。F) 测量的波前均方根误差是校准后立即使用校准LUT的相位的函数，45分钟后，以及制造商提供的LUT。G) 在不同的恒定相位下，用于成像光路的SLM部分的LUTs。暗点表示没有3个蕞大值的像素。H) 测量的平均相位和预定相位之间的差异作为预定相位的函数。 图3解释了SLM像素的校准程序。首先，以256步测量作为应用电压函数的强度响应，产生一连串的蕞小值和蕞大值，它们对应于π或2π的迟滞。在被照亮的SLM平面内的所有像素似乎有三个蕞大值，这意味着总的相位调制为4π或1094纳米。这些极值出现的电压是通过对极值附近的三个点进行拟合抛物线来找到的，这增加了精度，并充分利用了SLM的16位控制。然后，强度被分为四段，用公式（11）的逆值对这些段进行缩放并转换为相位。相位响应被用来为每个SLM像素构建一个单独的查找表（LUT），以补偿SLM的非均匀性。LUT参数在SLM上平滑变化，并与肉眼可见的法布里-珀罗条纹大致对应，表明相位响应的差异是由于液晶层厚度的变化造成的。额外的像素与像素之间的变化可能来自底层硅开关电路的像素与像素之间的变化。完整的校准需要大约5分钟（在四核3.3GHz i7处理器上的3分钟扫描和2分钟计算时间），但原则上可以优化到运行更快。实验结果：图4 测量的PSF与矢量PSF模型拟合之间的PSF比较。G-I）平均测量的PSF是由大约108个光子携带的信号通过上采样（3×）和覆盖所有获得的斑点编制而成。比例尺表示1μm。 图4显示PSF模型的预测结果。通过这种方式，实验的PSF是由∼108个光子的累积信号建立起来的。实验和理论上的矢量PSF之间的一致性通常是非常好的，甚至在蕞大的离焦值的边缘结构也是非常匹配的。剩下的差异，主要是光斑的轻微变宽，是由于入射到相机上的光的非零光谱宽度，由于发射光谱的宽度和四带分色器的带通区域的宽度。边缘结构中也有一个小的不对称性，这可能是由光学系统中残留的高阶球差造成的。 所有工程PSF的一个共同特点是，与简单的二维聚焦斑点相比，它们的复杂性必须在PSF模型中得到体现，该模型被用于估计三维位置（可能还有发射颜色或分子方向）的参数拟合算法。简化的PSF模型，如高斯模型、基于标量衍射的Airy模型、Gibson-Lanni模型，或基于Hermite函数的有效模型都不能满足这一要求。一个解决方案是使用实验参考PSF，或用花样拟合这样的PSF作为模型PSF，或者使用一个或多个查找表（LUTs）来估计Z-位置。矢量PSF模型也可以用于复杂的3D和3D+λ工程PSF。众所周知，矢量PSF模型是高NA荧光成像系统中图像形成的物理正确模型。复杂的工程PSF的另一个共同特点是对扰乱设计的PSF形状的像差的敏感性，并以这种方式对精度和准确性产生负面影响。为了实现精确到Cramér-Rao下限（CRLB），即无偏估计器的蕞佳精度，光学系统的像差水平应该被控制在衍射极限（0.072λ均方根波前像差），这个条件在实践中往往无法满足。因此，需要使用可变形镜或为产生工程PSF而存在的SLM对像差进行校正。自适应光学元件的控制参数可以使用基于图像的指标或通过测量待校正的像差来设置。后者可以通过基于引入相位多样性的相位检索算法来完成，通常采用通焦珠扫描的形式。这已经在高数值孔径显微镜系统、定位显微镜中实现，并用于提高STED激光聚焦的质量。三、PSF应用对液晶空间光调制器的要求1.光利用率 对于这个应用来说，SLM将光学损失降到蕞低是很重要的。PSF工程使用SLM来操纵显微镜发射路径上的波前。在不增加损失的情况下，荧光成像中缺乏信号。使用具有高填充系数的SLM可以蕞大限度地减少衍射的损失。 Meadowlark公司能提供标速版95.6%的空间光调制器，分辨率达1920x1200，高刷新率版像素1024x1024，填充因子97.2%和dielectric mirror coated版本（100%填充率）。镀介电膜版本的SLM反射率可以做到100%，一级衍射效率可以做到98%。高分辨率能在满足创建复杂相位函数的同时，能够提升系统的光利用率。2.刷新率（蕞高可达1K Hz）高速度可以实现实时的深层组织超分辨率成像。可见光波段蕞高可达1K Hz刷新速度（@532nm）。3.分辨率（1920x1200） 高分辨率的SLM是创建三维定位所需的复杂相位函数的理想选择，如此能够对每个小像元区域的光场进行自由调控。上海昊量光电作为Medowlark在中国大陆地区总代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。对于Meadowlark SLM有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。 关于昊量光电：昊量光电 您的光电超市！上海昊量光电设备有限公司致力于引进国外先进性与创新性的光电技术与可靠产品！与来自美国、欧洲、日本等众多知名光电产品制造商建立了紧密的合作关系。代理品牌均处于相关领域的发展前沿，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，所涉足的领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及前沿的细分市场比如为量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、先进激光制造等。我们的技术支持团队可以为国内前沿科研与工业领域提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等优质服务，助力中国智造与中国创造! 为客户提供适合的产品和提供完善的服务是我们始终秉承的理念！

空间多组学技术通过综合利用多种不同平台的数据来研究生物体内的复杂生物学问题。这些平台包括但不限于空间代谢组学、空间转录组学和空间蛋白质组学。通过整合这些数据，空间多组学技术可以进行更全面、更准确的生物信息学分析，使得我们可以更好地理解生物系统的功能和调控机制。空间多组学技术已经广泛应用于多个领域，包括肿瘤研究、疾病诊断和预测、药物研发和基础生命科学研究等。未来，随着现有技术和方法的不断完善和成熟，新技术和新方法的不断涌现，空间多组学技术的应用前景将更加广阔。1、 空间代谢组学代谢组学是系统生物学的一个分支，它专注于研究生物体内所有的小分子代谢物的组成、动态变化和相互作用，这些小分子包括氨基酸、糖类、脂质和其他代谢中间产物。代谢组学的研究可以帮助我们深入了解生物体内的代谢状态和生理过程，以及它们在不同的生物学条件和疾病状态下发生的变化。空间代谢组学是将质谱成像与代谢组学技术相结合的一种新兴组学技术，一方面通过质谱成像技术提供代谢物在组织整体或微区的精确分布，另一方面利用代谢组学技术对区域内的差异性成分进行深度挖掘与生物信息学分析，从而将代谢物及其生物学功能与生物组织解剖特征相关联，更为精准、科学地解析代谢物或药物成分及在生物体内对疾病的调控机制。2、 空间蛋白组蛋白质是生命活动的主要执行者，是生物体内此时此刻正在发生的生物学事件的直接体现者，蛋白质的空间表达对于确定蛋白质在组织中的准确定位和功能至关重要。空间蛋白质组学（Spatial Proteomics）是一种研究蛋白质在细胞和组织中的空间分布及其动态变化的学科。通过结合高分辨率成像技术和质谱分析，空间蛋白质组学能够精准定位和定量蛋白质在生物体内的具体位置。这一技术不仅揭示了蛋白质在细胞内不同区域（如细胞膜、细胞核、细胞质等）的分布和功能，还为疾病诊断、药物靶点发现及生物系统时空调控机制的研究提供了重要工具。空间蛋白质组学可达到空间维度的蛋白质解析能力，对认识生物学行为及其在不同位置的特征揭示具有重要意义。3、 空间转录组RNA 作为遗传物质信息载体，经翻译生成蛋白质，蛋白质是生物功能的执行者，因此 RNA 与生物功能实现息息相关。空间转录组（Spatial Transcriptomics）是测量完整组织切片的总 mRNA，将总 mRNA 的空间信息与形态学内容相结合，以明确定量和定位组织中的细胞，并绘制所有基因表达发生的位置，获得生物过程复杂而完整的基因表达图谱。以了解基因在不同细胞、组织及不同时刻的活跃状态，同时还允许在这种空间环境中发现信号传导和调节分子，从而揭示对细胞结构和功能的新见解。为研究人员提供了前所未有的能力来揭示组织内复杂的基因表达模式，开创了从发育生物学到疾病研究等跨学科理解的新时代。空间多组学将不同类型的空间组学技术相结合，可以更精确地解释基因、蛋白质、代谢物等分子在空间上的表达和分布模式，更好地理解其功能和相互关系，通过比较不同组学数据的空间分布，还可以发现一些之前未察觉的生物学关联，有助于揭示新的生物学机制、信号通路和调控网络。更多精彩内容↓仪器信息网将于2024年9月19日召开“第四届质谱成像技术与进展”主题网络研讨会，届时将有国内外多名单细胞质谱成像研究专家围绕质谱成像技术的最新进展与应用、质谱成像空间多组学等方面进行深入探讨，赶紧点击下方的图片报名吧！

NASA宇航员凯特鲁宾斯首次在太空利用MinION测序仪进行DNA测序。　　凯特鲁宾斯，2005年毕业于斯坦福大学医学院生物化学系及微生物学与免疫学系，获得癌症生物学博士学位，2009年进入NASA培训，成为一名合格的宇航员。英国牛津纳米孔公司提供的MinION测序仪，只有手掌大小。　　美国国家航空航天局(NASA)官网30日宣布，刚过去的周末，NASA宇航员凯特鲁宾斯在国际空间站内成功完成微重力条件下的DNA测序，这标志着人类已迎来“能对太空活体生物进行基因测序”的全新时代。　　刚完成测序任务的鲁宾斯表示，她与地面同事一起见证了基因和系统生物学研究来到了太空。“我们现在开启了一个全新的科学领域——太空基因组和系统生物学。”　　这次太空测序是“生物分子测序研究项目”的一部分。测序使用的是英国牛津纳米孔公司提供的MinION测序仪，只有手掌大小，既方便又快捷。测序原理是通过纳米孔施加电流，同时让含有检测样本的液体流经检测仪，不同的DNA分子会引起不一样的电流变化，通过电流变化就能识别出这种基因序列的生物。　　项目组将事先准备好的老鼠、病毒和细菌的DNA样本带到空间站，由鲁宾斯在太空进行检测，而地面团队成员同步对类似样本进行测序。比较后发现，太空和地球上的两种测序结果能完美匹配。　　项目主管、NASA微生物学家萨拉卡斯特罗-华莱士说：“下一步我们将把整个测序过程搬到太空，不再带样本到太空，而是直接在太空准备样本，然后进行基因测序。宇航员将不仅能对已知的生物测序，还能在太空完成取样、准备样本和测序整个过程，最终识别出未知的外星生命。”　　有了在太空中测序DNA的方法，就能识别出国际空间站内的微生物是否威胁宇航员的健康，帮助地面科学家随时了解宇航员们的生活环境，及时告知他们是否要做清洁或服用抗生素。太空DNA测序仪对未来造访火星等需要长时间待在空间站的宇航员来说，是保护他们健康的重要工具。　　另外，测序仪还会成为空间站其他科研的重要工具，比如直接检测绕轨飞行中遗传物质或基因表达的变异，而不用再像以前一样等几个月返回地球后才知道结果。

2021年，国家自然科学基金委员会（以下简称自然科学基金委）以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入学习领会习近平总书记关于科技创新特别是基础研究重要指示批示精神，认真贯彻落实十九届六中全会精神，按照党中央、国务院决策部署，坚持“四个面向”，持续推进科学基金系统性改革，突出加强科学问题凝练和推动科研范式变革等重点任务，着力提升科学基金管理水平和资助效益，为实现基础研究高质量发展和高水平科技自立自强贡献更大力量。按照科学基金资助管理工作安排，现将2022年度科学基金项目申请和2021年资助期满项目结题等工作的有关事项通告如下。一、项目申请（一）项目申请接收。1. 2022年度集中接收申请的项目类型包括：面上项目、重点项目、部分重大研究计划项目、重点国际（地区）合作研究项目、青年科学基金项目、地区科学基金项目、优秀青年科学基金项目、国家杰出青年科学基金项目、创新研究群体项目、基础科学中心项目、外国学者研究基金项目、数学天元基金项目、国家重大科研仪器研制项目（自由申请）和部分联合基金项目等。集中接收工作于3月20日16时截止。2. 上述项目类型以外的其他项目，自然科学基金委将另行公布指南。对于随时接收申请的国际（地区）合作交流项目等，申请人应避开集中接收期提交申请。（二）申请材料提交方式。2022年国家自然科学基金项目继续全面实行无纸化申请。各类型项目《国家自然科学基金申请书》（以下简称申请书）一律采用在线方式撰写。申请人应在线提交电子申请书，并将有关证明信、推荐信和其他需要特别说明的材料，全部以电子扫描件上传。依托单位只需在线确认电子申请书及附件材料，无需报送纸质申请材料；项目获批准后，应将申请书的纸质签字盖章页装订在《资助项目计划书》最后，一并提交。签字盖章的信息须与电子申请书保持一致。（三）申请人与主要参与者事项。1. 申请人应认真阅读《国家自然科学基金条例》（以下简称《条例》）《指南》、相关类型项目管理办法、《国家自然科学基金资助项目资金管理办法》（财教〔2021〕177号，以下简称《资金管理办法》）及有关规定，于2022年1月15日以后登录科学基金网络信息系统（以下简称信息系统），按照各类型项目申请书的撰写提纲及相关要求撰写申请书。没有信息系统账号的申请人请向依托单位基金管理联系人申请开户。2. 科学基金项目资金管理方式分为包干制和预算制。2022年，国家杰出青年科学基金项目、优秀青年科学基金项目、优秀青年科学基金项目（港澳）和青年科学基金项目实行经费包干制，申请人在项目申请时无需编制预算。其余类型项目实行预算制，申请人应当按照《资金管理办法》及有关规定，根据“目标相关性、政策相符性、经济合理性”的基本原则，结合项目研究实际需要，认真如实编报项目预算。有多个单位共同承担一个项目的，项目申请人和合作研究单位的参与者应当分别编报项目预算，经所在单位审核后由项目申请人汇总编制。3. 申请人填写主要参与者时不再列入学生，只需将参与项目的学生人数填入总人数统计表中。主要参与者个人简历信息采用与申请人相同的在线方式采集。申请人应当通过信息系统邀请主要参与者在线填写个人简历，并上传由信息系统自动生成的主要参与者PDF版个人简历文件。未按要求上传主要参与者个人简历的将无法提交项目申请。4. 申请人及主要参与者均应使用唯一身份证件申请项目，曾经使用其他身份证件作为申请人或参与者获得过项目资助的，应当在申请书中说明。5. 申请人应确保提供的电子邮箱畅通有效，以便项目评审工作结束后能够及时接收申请项目批准资助通知或不予资助通知，以及专家评审意见的相关信息，否则由此引起的法律后果由申请人自行承担。（四）依托单位事项。依托单位应按照《国家自然科学基金依托单位基金工作管理办法》《国家自然科学基金委员会关于进一步加强依托单位科学基金管理工作的若干意见》、相关类型项目管理办法和资金管理办法及相关规定的要求组织申请工作，对本单位申请人所提交申请材料的真实性、完整性和合规性进行审核，并在规定时间内将申请材料报送自然科学基金委。具体要求如下：1. 依托单位应认真履行主体责任，扭转“重申请、轻管理”“重数量、轻质量”的现象，切实提高项目申请质量，避免通过“全民动员”、下指标、发奖励和惩罚性激励等方式盲目追求项目申请数量。2. 依托单位应提前从信息系统中下载《2022年度国家自然科学基金依托单位项目申请承诺书》，由法定代表人亲笔签名并加盖依托单位公章后，将电子扫描件上传至信息系统（本年度只需上传一次）。依托单位完成上述承诺程序后方可申请项目。3. 依托单位应在项目申请集中接收工作截止时间前通过信息系统逐项确认提交本单位电子申请书及附件材料；务必在截止时间后24小时内在线提交本单位项目申请清单。请依托单位根据实际情况，确定本单位项目申请书收取的截止时间。二、项目结题（一）项目负责人事项。项目负责人应认真阅读《国家自然科学基金资助项目研究成果管理办法》、相关类型项目管理办法和资金管理办法及有关规定，撰写《国家自然科学基金资助项目结题/成果报告》（以下简称结题/成果报告），并保证填报内容真实、数据准确，同时注意知识产权保护，不得出现国家《科学技术保密规定》中列举的属于国家科学技术秘密范围的内容；不得出现任何违反科技保密和科技安全规定的涉密信息、敏感信息。1. 项目负责人登录信息系统，撰写结题/成果报告并将附件材料电子化后一并在线提交；待自然科学基金委审核通过后，项目负责人下载并打印最终PDF版本结题/成果报告，向依托单位提交签字后的纸质结题/成果报告原件（不含附件材料）。项目负责人应保证纸质结题/成果报告内容与审核通过后的电子版一致。2. 项目负责人应根据资金管理办法及有关规定，以及《国家自然科学基金项目决算表编制说明》的具体要求，会同科研、财务等部门及时清理账目与资产，如实编制《国家自然科学基金项目决算表》，确保决算数据真实、准确，资金支出合法、有效。有多个单位共同承担一个项目的，项目负责人和合作研究单位的参与者应当分别编制项目决算，经所在单位审核后，由项目负责人汇总编制。3. 项目负责人撰写结题/成果报告时，请不要将待发表或未标注国家自然科学基金资助和项目批准号等的论文列入结题/成果报告；不要直接复制论文内容作为结题/成果报告内容。4. 自然科学基金委在准予项目结题之后，将在科学基金共享服务网（http://output.nsfc.gov.cn）及国家科技报告服务系统（https://www.nstrs.cn）上公布结题/成果报告全文。5. 项目负责人或主要参与者应按照自然科学基金委关于受资助项目论文开放获取的有关要求，将有关论文存储到信息系统。依托单位事项。

风云二号08星(G星)于2014年12月31日9:02在西昌卫星发射中心成功发射入轨。中国科学院空间科学与应用研究中心为该型号任务研制的空间环境监测分系统产品于北京时间2015年1月6日12:31开机运行。截至北京时间2015年1月8日14时,在轨连续工作2天2小时，目前已完成在轨初期探测数据分析工作，结果表明：空间环境监测分系统各单机工作正常，性能稳定良好，太阳X射线探测器探测到全部的C5级以上太阳耀斑 高能质子重离子探测器探测数据与太阳高能带电粒子活动状态一致，高能电子探测器探测通量合理、能谱结构清晰，在宁静时期与扰动时期的探测结果符合空间分布规律。 　　空间环境监测分系统包括太阳X射线探测器、高能质子重离子探测器和高能电子探测器三台单机，实时监测空间高能带电粒子通量、能谱的扰动，实时监测太阳耀斑爆发情况，用于预警太阳质子事件和卫星轨道高能电子通量变化，预报灾害性的空间天气事件，为卫星飞控管理、故障预防及异常情况分析提供服务。太阳X射线探测器可探测1.5～12.5keV (波长1～8Å )、3.1～24.8 keV (波长0.5～4Å )的太阳X射线，实现C5级以上太阳耀斑监测预警 高能质子重离子探测器可探测4～165MeV的高能质子和 4～20MeV/n 的He离子 高能电子探测器可探测0.2～4.0MeV的高能电子能谱分布及其通量变化。 　　探测结果如下： 　　太阳X射线探测器：开机以来共探测到1起M1级耀斑、5起C级耀斑，监测到全部的C5级以上太阳耀斑，符合产品设计要求，探测结果与同期GOES-15卫星观测结果一致，表明该单机工作正常。 　　高能质子重离子探测器：开机以来，太阳活动平静，无大级别太阳活动爆发，太阳高能带电粒子通量处于低水平状态，高能质子重离子探测器各探测通道数据保持低计数率状态，工程参数正常，表明单机工作正常。 　　高能电子探测器：地磁活动以平静为主，但地球同步轨道位于地球外辐射带的边缘，由于地球偶极场的削弱，太阳风影扰动影响使得该区域高能电子环境变化十分强烈和频繁。风云二号G星高能电子探测器在轨连续工作2天2小时，仪器状态稳定，探测数据反映了2昼夜、2次较大级别的地磁扰动期间高能电子通量的显著变化，各通道数据变化幅度最大达4个数量级，实时、灵敏地反映了地球静止轨道电子通量的扰动过程。通过与风云二号E星、美国GOES-15卫星同时期探测数据的比对和确认(见图4)，风云二号G星高能电子探测器的探测结果正确，符合空间分布规律，单机工作正常。 　　综上所述，风云二号G星空间环境监测分系统在轨工作稳定、正常，获得了良好的探测数据。该分系统在轨工作状态确认后，空间中心将进一步作好在轨测试技术支持和服务工作，确保空间环境探测数据有效应用，确保型号任务圆满成功。　　 图1 FY-2G卫星太阳X射线探测器耀斑探测结果　　 图2 GOES-15卫星太阳X射线探测器耀斑探测结果　　 图3 高能电子各能道通量时序分布(FY-2G高能电子探测器)　　 图4 高能电子通量时序分布(FY-2E空间粒子探测器)

“作为国家太空实验室，中国空间站舱内可以部署25台科学实验柜，每台实验柜都是一个小型的太空实验室，可以支持开展单学科或多学科交叉的空间科学实验，整体达到国际先进水平。”——中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强。问天舱计划实施发射，任务标识发布北京时间2022年7月18日，问天实验舱与长征五号B遥三运载火箭组合体已转运至发射区。后续将按计划开展发射前的各项功能检查和联合测试等工作。7月18日，在问天实验舱飞行任务实施之际，中国载人航天工程办公室正式发布本次飞行任务标识。问天实验舱，简称问天舱，是中国空间站 “天宫 ”的组成部分，舱段规模20吨级，主要面向空间生命科学 研究。在2022年4月17日，中国载人航天工程办公室主任郝淳表示，根据任务计划安排7月发射空间站问天实验舱，与天和核心舱 对接。早在今年3月份，中科院空间应用工程与技术中心已经完成科学实验柜的研制，正在开展集成及舱内测试工作，进展顺利。“问天”实验舱的科学实验柜已交付平台，完成整舱测试。仪器信息网特别整理相关部分科学仪器设备，带大家全面认识问天舱中的那些科学设备助力开展的那些生命科学研究工作。这些仪器设备助力空间生命科学研究问天实验舱主要面向空间生命科学研究，配置了生命生态实验柜、生物技术实验柜、变重力科学实验柜、科学手套箱与低温存储柜、航天基础试验机柜等，能够支持开展多种类植物、动物、微生物等在空间条件下的响应机理研究，以及密闭生态系统的实验研究，这些实验柜能通过可见光、荧光、显微成像等多种在线检测手段，可支持分子、细胞、组织、器官等多层次生物实验研究，并可提供0.01g-2g的变重力模拟，开展不同重力条件下生物体生长机理的对比研究，此外，还会建造一个由鱼、微生物、藻组成的小型密闭生态系统。可在多个科学方向进行在轨实验研究。1、生命生态实验柜用于开展以生物个体为对象的微重力效应和空间辐射效应研究，以及空间生态生命支持系统基础研究。主要由通用生物培养模块、小型受控生命生态实验模块、小型离心机实验模块、小型通用生物培养模块和专用实验装置（如亚磁果蝇培养模块、小型哺乳动物培养模块），以及微生物检测模块，舱内辐射环境测量模块等公共检测类模块组成。生命生态实验柜组成图2、生物技术实验柜用于开展以生物组织、细胞和生化分子等不同层次多类别生物样品为对象的细胞培养和组织构建，以及分子生物制造技术、空间蛋白质结晶和分析等空间生物技术及应用研究，主要由细胞组织培养模块、蛋白质结晶模块、专用实验装置（如核酸与蛋白模块、生物力学实验模块），以及可提供实验支持和光学检测的细胞组织检测与调控模块组成。而这其中，搭载了许多分析仪器技术。生物技术实验柜组成图其中，组织与细胞培养模块适用于在空间开展以细胞、组织为生物样品的多种类型的生物技术实验和研究；蛋白质结晶分析模块利用空间的微重力环境，为实施蛋白质组装等生物技术提供特殊优越的环境；完成空间蛋白质分子组装与应用研究，并可使用该平台组装高质量的蛋白质三维晶体和纳米晶蛋白质/多肽药物；核酸与蛋白模块支持运用色谱、质谱及电化学原位检测等手段开展“核酸与蛋白共起源”交叉研究实验；生物力学实验模块用于开展空间细胞、组织和系统的生物力学规律研究实验；还可以研制其他专用实验装置，用于开展其他生物技术实验研究。细胞组织检测与调控模块可为实验提供激光共聚显微观察、分光光度计检测等光学观测手段，并可为实验提供气体供给。3、变重力实验柜该实验柜支持的研究主题有：支持与重力相关的多类科学实验，包括空间生命科学与生物技术、微重力流体和燃烧科学等实验的不同重力效应和响应机制研究。变重力科学实验柜系统组成如下图所示，主要由两个离心机、监控系统、照明系统和定子控制器以及实验柜控制器和热控抽屉等组成，主要功能是提供在轨变重力，即在轨微重力环境基础上，实现0.01g到2g的重力范围，模拟出不同的可控重力环境。　重力科学实验柜系统组成图其中，左右两个离心机是科学实验核心设备，是变重力实验开展的场所，其转盘上安装科学实验载荷模块进行变重力实验。定子控制器为离心机模块、监控系统、照明系统提供供电、通讯、数据管理等接口；监控系统配合定子控制器提供在轨航天员参与空间实验进程管理和干预的接口界面以及实时监测界面，具体包含监控相机、监控液晶屏和监控操作屏；照明系统为柜内科学实验区提供合适的光源支持。4、科学手套箱与低温存储柜科学手套箱与低温存储柜为空间生命科学与生物技术、空间材料科学等方向实验提供样品装载、精细操作、样品低温存储等支持。　科学手套箱与低温存储柜组成图科学手套箱（位于实验柜上部）可以提供温湿度可控的密闭洁净环境，内置支持精细操作的机械臂和显微装置，可以支持生命、 材料科学等需要用到密闭洁净环境的科学实（试）验。低温存储装置（位于实验柜下部）能够提供 4℃、-20℃、-80℃的低温存储能力，可以满足生物、试剂、材料等样品不同低温存储条件，为开展长期空间实验提供保障。5、航天基础试验机柜利用航天基础试验机柜可开展舱内技术试验，航天基础试验机柜支持开展微重力等空间环境下以验证航天基础技术、关键技术为目标的试验验证项目，主要功能包括：(1)为试验项目提供微重力等舱内在轨试验环境；(2)为试验项目提供机械、供电、信息、热控等标准接口支持；(3)为试验项目提供无线通信、数据存储、照明、低压充电等扩展功能；(4)支持试验项目在轨更换及试验样品的在轨更换。航天基础试验机柜组成图据中国载人航天工程新闻发言人、中国载人航天工程办公室副主任林西强介绍，针对问天实验舱的舱内科学实验机柜、梦天实验舱的舱外试验装置和巡天空间望远镜，在空间站建造阶段，共安排了近百项实验研究项目。后续转入常态化运营后，还将实施较大规模科学研究，预期将有力推动暗物质与暗能量、星系形成演化、物质本质规律、生命现象本质和人在太空的响应变化规律，以及地球可持续发展等重大前沿科学问题的突破，为未来我国开展近地以远的载人空间探索提供深厚的科学和技术积累。我国空间站将于年完成T字构型建造神舟十四号载人飞船是我国空间站进入建造阶段的首发载人飞船。按照任务安排，我国将分别在7月、10月发射问天、梦天两个实验舱。神舟十四号飞行任务期间将全面完成以天和核心舱、问天实验舱和梦天实验舱为基本构型的天宫空间站建造，建成国家太空实验室。按照计划，中国空间站将于今年年底完成T字构型建造，舱内活动空间超过110立方米，将配置2个航天员出舱舱口和1个货物气闸舱，并提供6个睡眠区和2个卫生区，可实现长期3人、短期6人驻留。我国“天宫”空间站的三舱T字基本构型转化为公式，天宫空间站的系统设计为：1（天和）+1（问天）+1（梦天）=1（天宫）。等式右侧的“1”是一个完整系统，具备完整的功能、性能及系统冗余配置，所有的系统设计被分配至左侧的三个“1”实现，而这三个“1”又分别是独立的飞行器。相关拓展：梦天实验舱梦天实验舱主要面向微重力科学研究，配置了流体物理、材料科学、燃烧科学、基础物理以及航天技术试验等多学科方向的实验柜，支持开展重力掩盖下的多相流与相变传热、基础燃烧过程、材料凝固机理等物质本质规律研究以及超冷原子物理等前沿实验研究。同时，在天宫二号空间冷原子钟的基础上，将建立世界上第一套由氢钟、铷钟、光钟组成的空间冷原子钟组，构成在太空中频率稳定度和准确度最高的时间频率系统，开展引力红移、精细结构常数测量等前沿的科学研究。此外，还在舱外安排了材料舱外暴露试验装置和元器件与组件舱外通用试验装置，用于开展舱外实验项目。后续，还将发射与空间站共轨飞行的巡天空间望远镜研究设施，开展广域巡天观测。

据美国航天新闻网2016年7月12日报道，第二台SpectraMax M5e全波长多功能酶标仪由国际著名的航空商运公司NanoRacks的SpaceX-9飞船安全送入国际空间站，这是继2011年5月全球第一台SpectraMax M5e进入国际空间站后的第二台全新改款型酶标仪，如果说第一台M5e进入外太空开创了微重力环境下利用多功能酶标仪进行外太空生命科学研究先河的话，第二台改款型M5e根据第一台在国际空间站工作的经验，加入了更多先进元素使其具有更广泛应用及更人性化的操控感。 SpectraMax M5e是酶标产品优秀品牌美国Molecular Devices公司推出一款全波长多功能酶标仪，具有可靠、耐用以及功能丰富等特点，其支持6、12、24、48、96、384孔板在五大主流检测功能（光吸收、荧光、时间分辨荧光、荧光偏振、化学发光）下均全波长随意选择，其标配的1cm立式比色皿插槽可支持三种最常用检测功能（光吸收、荧光、化学发光）。M5e经过NASA严苛检测后，其完全能够满足微重力、复杂电子辐射的国际空间站工作情况的需要。此第二台太空酶标仪检测平台根据最新实验需求加入了高精度温度调控功能，使得研究人员可以根据需求对检测样品进行长时间控温实验，分析某些酶在外太空环境下其活性变化的情况，我们已知在地球上传统方式均采用加热模块对微孔板周围的空气升温来达到所需检测温度，但是由于外太空的特殊环境限制，如何让在地球上简单的事情在也能够实现，其对仪器提出了更高的要求。此外，新版SoftMax Pro软件具有更加人性化的功能设计，网络环境下可支持远程操控，这样大大方便研究人员无论在何时何地均能对仪器进行操作和实验数据的及时分析、处理。NanoRacks首席科学家 Carl 博士评价道，监测微生物在外太空增殖情况或基因表达的变化等，第二台M5e具有更加完善的硬件功能，更加人性化的操作界面，方便研究人员将所有可在地球上可进行的实验直接搬到微重力环境下的外太空中继续进行。想要了解有关M5e酶标仪的更多信息，请点击此处

神舟十五号航天员乘组日前使用由我国自主研制的空间站双光子显微镜开展在轨验证实验任务并取得成功。这是目前已知的世界首次在航天飞行过程中使用双光子显微镜获取航天员皮肤表皮及真皮浅层的三维图像，为未来开展航天员在轨健康监测研究提供了全新工具。　　人脑包含百亿级神经元和百万亿级的神经突触，其结构和功能上极其复杂精密的连接和相互作用，是意识和思想涌现的物质基础。为了能清晰看到活体大脑里面的神经元、神经突触的结构和信号，科学家们需要借助双光子显微镜。当代前沿的脑科学研究希望在大脑正常工作时、在自由活动的动物上观察大脑神经元变化，然而，体积重量庞大的传统双光子显微镜难以满足这种在体实时观察神经元信号的需求。　　“如何才能创造出一种显微镜，能够在小动物自由行走的条件下，看到一颗一颗神经元，一闪一闪的动态变化，这是藏在我心底的一个梦想。”中国科学院院士、北京大学国家生物医学成像科学中心主任、北京大学未来科技学院教授程和平如是说。　　2019年，在中国载人航天工程办公室大力支持下，由北大程和平、王爱民团队，中国航天员科研训练中心李英贤团队，北京航空航天大学冯丽爽团队联合相关企业及院所组建空间站双光子显微镜项目团队，程和平担任总负责人。项目组攻克多项显微镜小型化技术难题，于去年9月成功研制空间站双光子显微镜。　　去年11月12日，空间站双光子显微镜搭乘天舟五号货运飞船成功运抵中国空间站，成为世界首台进入太空的双光子显微镜。近日，神舟十五号航天员乘组完成了双光子显微镜的安装、调试和首次成像测试，成功获取了在轨状态下航天员脸部和前臂皮肤的在体双光子显微图像。　　项目团队成员、北京大学未来技术学院助理研究员王俊杰介绍，空间站双光子显微镜能以亚微米级分辨率清晰呈现出航天员皮肤结构及细胞的三维分布，具备对皮肤表层进行结构、组分等无创显微成像的能力。成像结果显示，皮肤的角质层、颗粒层、棘层、基底细胞层、真皮浅层等三维结构清晰可辨。双光子显微成像的信号来源于细胞及胞外基质中具有自发荧光的物质，这些信号有助于实现对航天员细胞线粒体代谢应激反应功能探测。通过对具有自发荧光的细胞代谢产物的量化观测可以反映出航天员机体代谢功能。　　程和平表示，空间站双光子显微镜是体现我国高端精密光学仪器制造水平的重要成果。“此次在轨验证实验实现了多项第一，例如世界上首次实现双光子显微镜在轨正常运行；国内首次实现飞秒激光器在轨正常运行；国际上首次在轨观测航天员细胞结构和代谢成分信息。这些不仅为从细胞分子水平开展航天员在轨健康监测研究提供了全新工具和方法，也为未来利用中国空间站平台开展脑科学研究提供了重要的技术手段。”

p style=" text-indent: 2em " 为了更好地追踪地球植物的用水情况，美国国家航空航天局( NASA)正准备在国际空间站安装“生态系统空间热辐射检测器”( ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment ，简称ECOSTRESS)，它将能够测量地球表面农作物的温度变化。 br/ 　　据报道，为了降低热度，植物就像人类汗水一样会被蒸发掉，这种蒸发是通过根系吸收水分并通过植物毛孔释放，整个过程降低了植物的温度。而当水分不足时，植物会关闭它们的毛孔以避免蒸发。同时，气孔也是植物吸收二氧化碳的必要条件，二氧化碳帮助植物进行光合作用。如果植物受到长期的“水分胁迫”(water stress)，它最终会“饿死”或“热死”。NASA推进实验室主要研究人员胡克(Simon Hook)说：“当一株植物缺少水分时颜色会变成褐色，这很难恢复。但是通过测量植物的温度将可以看到植物在到达那个临界点前受到的压力。” br/ 　　利用ECOSTRESS，科学家和农业机构可以通过观察农作物田地间不断上升的温度来发现“水分胁迫”的迹象，这也预示着干旱即将到来，通过尽早察觉到“水分胁迫”将可以帮助农民和其他人员制定相应的解决方案。 br/ 　　美国农业部生态压力科学小组成员安德森(Martha Anderson)表示，“ECOSTRESS 将使我们能够监测到农作物水分胁迫的快速变化，从而能够更准确、更及时地估计这些变化将如何影响产量，因为即使是短期水分胁迫，如果发生在作物生长的关键阶段，也会显著影响农作物产量。” br/ 　　新仪器预计将在下一次补给任务中被运往空间站，计划于6月29日从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地搭乘SpaceX公司火箭升空。该仪器将在一天的不同时间段绘制出小范围农田的高分辨率图像，并每隔几天就会对同一个小目标进行成像，监测其温度变化。 br/ 　　ECOSTRESS项目首席科学家菲舍尔(Josh Fisher)指出，水资源对于人口日益膨胀的地球来说越来越重要，因此需要更精确地追踪农作物需要使用多少水。他说，“我们需要知道农作物何时变得对干旱敏感，还需要知道农作物生态系统的哪些部分更容易受到水分胁迫的影响。” br/ 　　此外，当结合其他地球观测卫星收集的包括地球水循环、植被变化和降水模式等数据时，ECOSTRESS还可以帮助科学家更好地理解不同的气候模式如何影响区域性的“水分胁迫”。 /p

中国空间技术研究院（中国航天科技集团公司五院），隶属中国航天科技集团公司，是中国主要的空间技术及其产品研制基地，中国空间事业的骨干力量，主要从事研究、探索和开发利用外层空间的技术途径；参与制定国家空间事业发展的规划；研制各类航天器及地面设备等。近日，中国空间技术研究院（中国航天）引进了山东盛泰仪器有限公司的SH269润滑脂剪切试验机以及SY7325润滑脂蒸发损失度测定仪和SH113凝点倾点测定仪等设备。其中SH269润滑脂剪切试验机是完全符合国标GB/T269-91《润滑脂和石油脂锥入度测定法》的要求，是根据机械剪切工作后的稠度变化来判断润滑脂的机械安定性，以延长工作锥入度；SY7325润滑脂蒸发损失度测定仪：符合GB/T7325《润滑油和润滑脂蒸发损失测定法》的国标要求，主要检测润滑油和润滑脂的蒸发损失；以及SH113EQ全自动凝点倾点测定仪：是依据中华人民共和国标准GB/T3535《石油倾点测定法》和GB/T510《石油凝点测定法》设计制造的，检测灵敏度高，可靠性强，操作简单。山东盛泰秉承着严谨务实的工作态度，第一时间特派尹工前往中国空间技术研究院完成技术培训工作。能为中国航天事业的发展添砖加瓦是我们每个中国人义不容辞的责任，也是我们无尚的荣誉，山东盛泰仪器有限公司做为仪器制造行业的翘楚，深知一步一步走到现在的艰辛，好似中国航天事业的发展离不开每个航天人不懈的坚持。我国坚持自主发展航天事业、向尖端技术领域进军的历程昭示了一个道理：我们唯有坚持以科技进步和创新为先导，努力实现技术发展的跨越，才能赶超世界先进水平，才能牢牢掌握推动经济社会发展和科技发展的战略主动权，才能在日趋激烈的国际竞争中赢得主动，才能有效地保障国家经济安全和国防安全，才能在世界高科技领域占有一席之地。科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂，不断地技术创新也是山东盛泰仪器一直不懈的追求与目标。

近日，《中国碳中和与清洁空气协同路径（2022）》报告发布。该报告指出，通过实施温室气体与大气污染物协同减排，有望在2030年实现碳达峰的基础上，使全国主要大气污染物排放量较当前水平下降1/3以上，全国空气质量达标城市比例可提升至80%以上。报告由清华大学、生态环境部环境规划院、北京大学等单位联合发起，国内大气科学、环境工程、环境管理等领域50余位一线学者共同编制。报告以“减污降碳 协同增效”为主题，对空气污染与气候变化、治理体系与实践、结构转型与治理技术、大气成分源汇及减排路径、健康影响与协同效益五个方面20项指标进行分析。报告追踪了我国空气污染与气候变化协同治理的最新进展。其中，我国大气污染治理近年来取得显著进展，2021年全国PM2.5浓度均值为30微克/立方米，比2015年下降34.8%。同时，我国能源结构持续调整，能源利用效率不断提升，2021年单位国内生产总值能耗同比下降2.7%，单位国内生产总值二氧化碳排放同比下降3.8%。不过，报告召集人、生态环境部环境规划院大气所所长雷宇表示，下一步，碳减排和空气质量改善的任务非常繁重。目前，我国PM2.5浓度是欧洲和美国的的2~4倍，是世界卫生组织保护人体健康的指导值的6倍。同时，臭氧是另外一个关注的主要污染物，2021年全国339个地级及以上城市中有50个城市臭氧超标，臭氧已成为对我国空气质量影响仅次于颗粒物的污染物。此外，当前我国在城市空气质量改善和温室气体减排协同方面仍存在很大进步空间。报告初步评估结果表明，2015-2020年间，全国地级及以上城市中，仅有105个城市实现了PM2.5年均浓度和二氧化碳排放量协同下降，有17个城市的PM2.5年均浓度和二氧化碳排放量呈现同步升高态势，亟需在城市层面进一步推进减污降碳协同治理。北京大学环境科学与工程学院研究员、2022年度报告第五工作组召集人宫继成表示，空气污染和气候变化对人体健康的影响具有协同作用，同时空气污染和气候变化之间也有非常复杂的关联。从健康的角度来考虑二者协同减排，并提出可能的减排路径，对实现我国的双碳目标，建设美丽中国和健康中国具有非常重要的现实意义。报告指出，碳排放与大气污染具有高度同源性，通过实施温室气体与大气污染物协同减排，报告指出，我国有望在2030年实现碳达峰的基础上，推动全国PM2.5年均浓度下降至25微克/立方米，臭氧浓度年评价值有望下降至130微克/立方米左右，全国空气质量达标城市比例可提升至80%以上。进一步以碳中和目标为牵引推动能源深度低碳转型，至2060年实现碳中和时，PM2.5年均浓度和臭氧浓度年评价值将下降至10微克/立方米和100微克/立方米左右。会上，中国工程院院士、生态环境部环境规划院院长王金南指出，协同推进碳达峰碳中和与空气质量改善工作，既体现在治理对象、措施以及政策行动的统筹，也体现在目标及效果的协同。社会和学界对减污降碳协同增效的关注度在不断提升，报告对引领相关学术研究、支撑管理部门决策意义重大。中国科学院院士、北京大学环境科学与工程学院院长朱彤则强调，碳中和与清洁空气协同工作需更加关注地方特色，立足各地自然资源禀赋，力求协同效益最大化。清华大学副校长曾嵘指出，该校积极响应国家双碳目标重大战略需求，在碳中和基础理论与关键技术突破方面积极探索，该报告正是成果之一，未来该校将鼓励学者持续深耕，发挥创新引领作用。

p & nbsp & nbsp & nbsp 2015版《中国药典》即将公布，新修订的《中国药典》对药品微生物检验和检定方法发生了重大变化，本次修订是对《中国药典》多年来固有的微生物检查系统进行根本性的调整，着重解决药品微生物相关检查方法及微生物限度标准与欧美等药典的协调统一问题。 /p p strong 宏观变化一：全面与国际接轨 /strong /p p 以无菌检查法为例 /p p /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/f6cbc88e-05bc-42e7-876d-5d702708a436.jpg" style=" " title=" 1.jpg" / /p p img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/8ee6f906-fb60-4e87-9ea1-898aea37f4cc.jpg" style=" " title=" 2.png" / br/ & nbsp & nbsp & nbsp 从上述无菌检查法的比较中我们不难看出，新药典参考EP7.0、USP35、JPXV标准，修订中国药典的微生物标准；参考欧美日药典标准修订菌数标准表达方式；以需氧菌总数替代细菌数、耐胆盐的格兰阴性菌替代大肠菌群等等，并增加新的概念：如含菌量较低的供试品细菌总数测定使用最大可能数法、分散均匀并非一定要溶解等等，同时新药典引入的偏差调查概念和内容更具体等等方面说明，微生物检验技术与国际标准要求接轨已成定势。 br/ /p p strong 微观变化二：实验环境的修订 /strong /p p & nbsp & nbsp & nbsp 2015年版药典中对无菌检查环境洁净度规定：无菌检查应在B 级背景下的A 级单向流洁净区域或D级背景下的隔离器中进行。限度检查要求在受控洁净环境下的局部不低于B级单向流空气区域进行。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp 环境的提升，除了设备硬件的要求提高，还有验证和维持环境要求的提高。洁净或无菌室应配备独立的空气机组或空气净化系统，以满足相应的检验要求，包括温度和湿度的控制，压力、照度和噪声等都应符合工作要求。空气过滤系统应定期维护和更换, 并保存相关记录。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp 微生物实验室应划分成相应的洁净区域和活菌操作区域，同时应根据实验目的，在时间或空间上有效分隔不相容的实验活动，将交叉污染的风险降低到最低。活菌操作区应该配备生物安全柜，以避免危害性的生物因子对实验人员和实验环境造成的危害。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp 实验室环境监测要求提高，增加人员进出表面微生物的监测，以降低人员操作时带来的风险。对微生物室使用的消毒剂和清洁剂进行验证，从而有效控制微生物，保证无菌环境达到要求。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp 微生物实验室需要加强人员在环境监测时的操作规范，保证环境监测数据的准确性。而且实验人员应经过实验室生物安全方面的培训，保证自身安全，防止微生物在实验室内部污染。 /p p strong 微观变化三：培养系统的修订 /strong /p p 例如下表： /p p 计数用培养基的修订 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/eafc298a-e738-4fe6-bda6-9f90e280f9fc.jpg" title=" 3.jpg" / /p p 控制菌所用培养基的修订 br/ /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/ca547307-9ac8-4dee-b1bc-6cbaec538f96.jpg" title=" 4.jpg" / /p p 微生物限度方法适用性试验中的修订 br/ /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201801/insimg/23ffdd3f-cee7-477d-a657-40ee4f247a2f.jpg" title=" 5.jpg" / /p p & nbsp & nbsp & nbsp 从上述表格比较不难看出：培养基系统的修订提升了培养基的灵敏度及微生物的检出率，对培养基的质量控制和人员的检验操作要求均提高。实验室应对培养基的适用性、灭菌方法、菌株纯度和活性（包括性能）、试剂的质量等进行监控。用于环境监控的培养基须特别防护，以防止外来的污染物带到环境中及避免出现假阳性结果。试验菌株的质量保证和基本操作技术均有待提高，包括菌悬液的配制、菌种的鉴定、表型描述、革兰染色、重要生化试验等。 /p p strong 微观变化四：药典整合后编制的新通则 /strong /p p 2015版《中国药典》通则9201—药品微生物检验替代方法验证指导原则 /p p 2015版《中国药典》通则9203——药品微生物实验室质量管理指导原则 /p p 2015版《中国药典》通则9205——药品洁净实验室微生物监测和控制指导原则 /p p 2015版《中国药典》通则9206——无菌检查用隔离系统验证指导原则 /p