三维贯穿度

据物理学家组织网14日报道，澳大利亚科学家对新冠病毒的三维结构进行了迄今最全面的分析，他们汇编了27种新冠病毒蛋白的2000多个结构，揭示了这一病毒如何感染人类细胞并复制的新细节，有助研究人员开发更好的新冠疫苗和疗法，以及进一步研究新冠病毒的新变异毒株。　　为更好地理解新冠病毒的生物过程，加文医学研究院的西恩奥多诺格领导的团队确定了组成细胞或病毒的单个蛋白质的三维形状。他说：“蛋白质的三维结构为我们提供了有关新冠病毒组成的原子分辨率信息，这对于开发针对病毒不同部分的疫苗或疗法至关重要。我们的最新研究首次将新冠病毒27种蛋白的约2000个三维结构相关的数据汇集在一起并进行分析。”　　研究小组发现，三种冠状病毒蛋白质NSP3、NSP13和NSP16能“模仿”人类蛋白，这使新冠病毒能更好地隐藏在人类免疫系统之外，并可能导致新变异的出现。此外，五种冠状病毒蛋白NSP1、NSP3、刺突糖蛋白、包膜蛋白和ORF9b会“劫持”或破坏人类细胞，从而帮助病毒控制、完成其生命周期并传播到其他细胞。　　研究人员说：“我们还发现8种相互自组装的冠状病毒蛋白，通过分析它们的组装方式，我们获得了有关病毒如何复制其基因组的新信息。在考虑重叠后，我们认为仍有14种蛋白在感染中起关键作用。”　　据悉，为让研究人员更容易获得所有这些见解和数据，团队设计了一种新的可视化方法——结构覆盖图。该图突出了他们对新冠病毒的了解，以及尚待揭示的内容。　　研究人员表示，最新分析有助科学家们进一步开展相关研究。迄今为止，针对冠状病毒的大部分研究都集中在刺突蛋白，这是目前疫苗的主要靶点，这种蛋白将继续成为重要靶点，但最新研究有助科学家将重点扩大到其他潜在靶点，更好地了解病毒整个生命周期。最新研究还有助于科学家们更容易地调查新冠病毒变种之间的差异，以及如何使用更好的疫苗和疗法来对付它们。

2024年4月9日-10日，以“耀临新境且随光行”为主题的思看科技2024年新品技术交流峰会于杭州未来科技城海创园圆满举行。此次大会邀请来自全球众多行业大咖、专家、合作伙伴齐聚一堂，会上隆重发布智能无线NimbleTrack灵动式三维扫描系统和AM-CELL C系列自动化光学3D检测系统，并预告了全新软件平台DefinSight，聚焦面向未来的三维数字化创新科技，与全球合作伙伴共谋数字化技术未来新发展。01新品发布智能无线NimbleTrack灵动式三维扫描系统思看科技CEO王江峰作开场致辞并为大家揭晓第一款重磅新品。首先，他对所有出席的嘉宾、用户和合作伙伴表示热烈的欢迎和由衷的感谢。随后王江峰先生分享了思看9年来的发展历程和全球化之路。思看从成立之初的小团队，发展到目前近400位成员的国际化公司，先后推出第一代红色激光三维扫描仪和第二代蓝色激光三维扫描仪。第一代扫描仪选用低分辨率、帧率的通用标准工业相机，产品功能单一，仅能部分满足工业计量需求；第二代扫描仪则选用较高分辨率、帧率的通用标准工业相机，集成包括摄影测量、孔测及接触式光笔等功能，能基本满足大部分工业计量需求。思看科技从无到有，跨越三维扫描仪从“可用”到“够用”的阶段，形成手持式激光三维扫描仪，跟踪式三维扫描仪，手持彩色扫描仪和自动化三维测量系统四大产品版块。”随后，王江峰先生为大家带来了第一款重磅新品： NimbleTrack，该产品率先开启了思看科技第三代“智能无线”扫描仪的新时代，建立了三维扫描仪从“够用”到“好用”的全新里程碑。NimbleTrack突破性地采用了双边缘计算，实现了全域无线测量和高速稳定的数据传输，集智能无线、无需贴点、便携易用和高精度于一身，可满足当前市场上绝大部分使用需求。最后，王江峰先生再次表达了对于用户和行业伙伴的感谢，并期待携手行业伙伴走入“智能无线扫描”的时代，实现思看科技“3D数字化国际领军品牌”的美好愿景。“全场景”软件平台—DefinSight思看科技产品经理何骁翔带来“全场景”软件平台—DefinSight，向大家精彩预告了这款真正集大成的软件平台功能亮点。这款软件平台DefinSight不仅具有创新的设计理念和用户友好的界面，在架构层更是带来了全面的革新，支持思看所有在售的工业级硬件，扫描效果和处理速度上也有了大幅度提升，软件平台的发布充满了创新和惊喜，引得现场掌声频频。AM-CELL C系列自动化检测系统最后登场的是AM-CELL C系列自动化光学3D检测系统，思看科技自动化事业部经理张喆为大家进行了细致的讲解。AM-CELL C系列的发布是对自动化三维检测系统的全新超越，它代表了我们对3D自动化未来的想象和追求。AM-CELL C系列融入核心单元设计概念，深度集成机器人、变位机和跟踪站单元，具备易部署、易操控、高拓展性、全方位安全等特性，为中小型零部件检测打造自动化交钥匙解决方案。02大咖云集 繁荣共生嘉宾演讲多位国内外特邀嘉宾和优秀合作伙伴围绕“自动化工业解决方案及关键技术”进行了主题演讲，演讲过程精彩纷呈，金句频出，干货满满的内容让现场观众收获颇多。美国3D infotech销售经理Mr.Tom Hess桐创（武汉）智能装备有限公司总经理吴广先生星禧威视智能科技研究院（重庆）有限公司总经理刘彦劼先生来自全球的优秀代理商和嘉宾大咖分享了他们的实践经验以及前瞻性的技术趋势，与会者们积极参与讨论，共同探讨如何应用三维数字化技术解决实际问题，促进了行业内知识共享和合作。合作伙伴分享大会次日还邀请了海内外优秀合作伙伴代表进行了精彩的专题演讲与交流讨论，为大家提供了宝贵的市场实战经验与心得，引起现场同行伙伴们强烈共鸣，场内不时响起热烈的掌声。英国T3DMC董事总经理Mr.Adam Stanley美国Digitize Designs销售总监Mr.Kyle Burdine日本Apple Tree扫描仪事业部总经理王伟豪先生精彩纷呈的演讲为现场观众带来了丰硕的成果和宝贵的收获，与会者们通过交流与洽谈，建立了紧密的合作关系，为共同推动行业发展开辟了更多合作机会。03 新品与技术交流体验为了让参会人员深度体验最新产品与技术，现场还设立了专门的产品交流体验展览区，展出了新品NimbleTrack、AM-CELL C系列自动化3D检测系统及最新行业应用解决方案，让与会者亲身感受到了三维数字化技术的创新力量。NimbleTrack轻巧身形，自在穿梭，尤其适用于各类中小型工件及不便于贴点或无供电的应用场景，如汽车四门两盖、内饰座椅、压铸件、新能源电池盒、文物数字化等领域，以及高空、户外等不便携带电源的复杂作业环境。AM-CELL C系列可灵活驾驭各类复杂车间环境下的冲压件、注塑件、机加钣金件、压铸件等中小型零部件的自动化检测。此外，大会还设置产品与技术团队专场培训，聚焦产品功能讲解和技术交流，和行业伙伴们面对面探讨产品与技术的应用实践，赋能千行百业在3D数字化浪潮下探寻新的发展契机，解锁更广域的应用生态。夜幕降临，答谢晚宴在一片热烈的气氛中欢乐开启，典雅的民乐团演奏贯穿晚宴现场，丰盛的菜肴以及现场抽奖活动，拉近了思看与同行伙伴们的距离，进一步增进了大家相互之间的情谊。思看科技取得的每一项成就都是全球合作伙伴携手合作、共同努力的结果，在此我们向所有出席思看科技新品技术交流峰会的人员表示诚挚的感谢！在这次盛会上，您们的支持和参与为我们注入了新的活力和动力，让我们不断突破创新、超越自我，在未来的合作中，我们期待与您们一同开拓更广阔的应用领域，共同谱写更加辉煌的数字化未来。

在制造业的激烈竞争中，交付时间和生产质量是非常重要的两个因素，各制造企业也都不断引进新技术、优化生产管理方式，来实现生产效率和生产质量的提升。本期，我们将走进一家机械制造公司，了解其如何通过高精度三维扫描技术，进行首件产品生产全流程的高效、准确全尺寸控制，从而提高生产效率和质量，缩短交付周期，成功交付，赢得客户青睐。/ 关于客户单位 /该机械制造公司集产品开发、模具制作、铸造、机加工为一体，其部分经营内容为：向国外用户提供机械制造的铸件产品。其经营过程中，通常需要先制作首件产品，发货给国外客户，等首件产品得到客户确认后，获取批量制作订单。所以，快速、成功交付首件产品，是赢取后续批量订单的关键。为了能够更加高效高质地制作首件产品，其在国外用户的推荐下，引入了先临天远FreeScan UE Pro 多功能激光手持三维扫描仪，实现了良好的应用效果。- 高精度工业三维扫描 -首件产品生产尺寸检测全流程解决方案在该公司的首件产品制作过程中，高精度三维扫描技术能够实现生产模具以及首件产品的三维检测，贯穿于产品的整个生产过程，使得整个生产过程更加顺畅，缩短工期，并保证生产尺寸质量。首件产品生产主要流程：1）CAD设计：根据客户需求，进行原型CAD设计，以进行后续制作。2）模具制作：根据CAD设计，制作模具模型以及铸造模具。3）模具三维检测：使用FreeScan UE Pro进行模具三维扫描，并结合检测软件进行三维检测，高效检测模具的尺寸、形面的偏差。4）首件生产：使用模具进行首件产品的制作。5）首件三维检测：同样通过高精度三维扫描技术进行首件产品的尺寸检测，若合格，则可进行发货，若有偏差，调整工艺继续生产、三维检测合格后发货。- 三维扫描 -- 三维点云数据 -- 三维检测色谱图 -高精度三维尺寸检测应用优势：1）强大的便携性和通用性由于FreeScan UE Pro具有强大的便携性、环境适应能力以及尺寸检测的通用性，能够应用于首件产品的整个生产过程的尺寸检测中，客户单位可以轻松实现多个不同生产环节的三维尺寸精准控制。2）测量结果准确可靠FreeScan UE Pro精度为0.02mm，且重复性精度稳定，能够为3D尺寸测量提供准确的三维点云数据，确保测量结果的准确性。*FreeScan系列产品 ISO 17025 认证：基于JJF1951-2021和 VDI/VDE 2634 第3 部分标准。基于可追踪球体直径测量数据对探测误差性能进行评估，在工作范围内基于可追踪长度标准件从多视角方向进行测量，来评估球体间距误差。可通过集成或内置摄影测量获取体积精度进一步优化的数据。一开始是我的国外客户推荐我三维扫描这项技术，当时也是推荐了先临三维这个品牌，事实证明确实好用。我印象很深刻一次：当我去到国外客户现场的时候，客户也拿他的三维扫描仪进行了三维尺寸的检测，结果是，他的检测报告和我的检测报告几乎一模一样，我的客户非常满意。——客户单位董事长先临天远FreeScan UE Pro 多功能激光手持三维扫描仪，助力用户单位轻松实现首件产品生产全流程的高效、准确全尺寸控制，从而推进其生产质量和生产效率的双重提升。同时，先临天远的高精度工业三维扫描仪，其数据获取的能力，也获得了国际终端用户的认可。接下来，先临天远也将不断在全球推广高精度工业三维扫描技术的应用，打造全球知名品牌，为全球制造业企业提供3D光学测量技术。

川大智胜2013年11月15日公告,公司近日收到国家科学技术部批复的国家重大仪器设备开发专项项目任务书。公司申请的&ldquo 高速高精度结构光三维测量仪器开发与应用&rdquo 已批准立项。此次获批项目总预算7,692.94万元,其中国家专项拨款3,540.00万元,公司自筹资金4,152.94万元。项目建设期5年。项目总体目标:研发具有自主知识产权、功能健全、质量稳定可靠高速高精度结构光三维测量成套仪器等。 　　公司是我国空管自动化行业唯一的上市公司,占据了国内航管雷达模拟机和程序管制模拟机市场95%以上的份额。近几年我国机场的新开工建设和改扩建建设都进入高速发展期,对空管自动化市场带来了发展空间,&ldquo 十二五&rdquo 期间,低空领域的开放和通用航空的发展将是大势所趋,公司业务或迎来集中爆发期。公司在图像图形及模式识别方面具有很深厚的技术积累,可以逐步将空管领域形成的技术、理念和方案,应用到地面交通管理系统中去,随着我国陆路交通的发展,公司的智能交通业务也处于快速发展期。此次获批的&ldquo 高速高精度结构光三维测量仪器开发与应用&rdquo 项目无论是应用于空管,还是地面交通管理,都有相对广阔的市场前景,随着项目未来推进,不仅有助于公司深化产业链,打造新的竞争优势,同时也将对公司业绩提供持续的增长空间。

技术讲堂——秀磊谈扫描随着高精度三维扫描技术的应用深入，其不仅仅可以检测单个工件的全尺寸信息，也可以进行一些装配关系的检测，例如大型上下模具的装配是否契合，阀门和水泵的装配是否密封等。这种两个工件之间简单的装配关系，用三维检测较为简单。本期，李老师要为大家介绍的是三个工件之间的装配关系检测，其中最关键的操作是确定好三个工件之间的相对空间位置。技术讲师——李秀磊先临三维工业级扫描仪应用工程师资深3D数字化应用专家，深耕3D数字化多年，在三维数字化及工业检测领域拥有丰富行业经验。第6期-THE SIXTH-三根弯管装配关系的三维检测汽车弯管的三维检测，是高精度3D视觉检测非常普遍的应用之一，这次，我们需要在这个基础上进行难度的提升，需要检测三条弯管的装配关系，包括接口处的位置度与形面偏差以及三根弯管之间的空间距离。01三维检测样件这是需要检测的其中一根弯管，这些弯管单独的全尺寸三维检测非常方便，三维扫描，导入软件检测，弯曲的弧度等是否符合要求一目了然。但是要进行三根弯管的装配检测时，遇到了问题，若使用夹具，将会遮挡部分的数据信息，特别是接口处；若不采用夹具，则不能确定三根弯管的空间位置，无法进行三维检测。“如何实现既可以获取每条弯管接口处的三维数据，又可以实现相互之间的空间位置的确定？这是完成这一检测任务的关键，李老师给出了一个灵活的处理方式。02三维检测流程1.首先将弯管固定在夹具上，对于弯管和夹具进行三维扫描，来获取弯管的模拟装配位置，但是由于夹具与弯管有接触，弯管的三维数据不全，特别是接口处。图中红色标注部分即为被夹具遮挡的弯管位置2.将弯管从夹具上取下来，获取完整的接口处弯管三维数据。3.将弯管的三维完整数据与弯管在夹具上的数据进行对齐，获得弯管在模拟装配下的完整数据。4.检测弯管的相对位置以及角度等是否能够匹配。03扫描设备此次采用FreeScan UE激光手持三维扫描仪，其具有计量级精度（0.02mm）且重复精度稳定，保证检测结果；同时，具有广泛的材质适应性，汽车弯管无需喷粉，直接三维扫描。通过这种灵活的处理方法，拓宽了三维扫描的应用范围，不仅可以检测单根弯管的生产尺寸是否符合要求，还可以检测多根弯管之间的装配关系；同时，由于可以准确模拟装配时的场景，使得弯管的生产质量更加符合实际需求，提高生产效率。随着高精度3D视觉检测技术的不断深入，其将提供更多应用可能性，助力生产质检进入更加高效高质的新阶段。往期推荐【技术讲堂】干货速递，三维扫描中喷粉的那些事儿【技术讲堂】小体积工件表面难以贴点，如何获取高精度三维数据？【技术讲堂】干货速递，三维扫描的贴点技巧有哪些？【技术讲堂】55mm黑色骨钉，如何获取高精度三维数据？【技术讲堂】零件最薄处仅1mm的管道泵铝叶轮，该如何三维扫描？

微芯片电化学检测系统（microchip-based electrochemical detection system, µEDS），是一种基于电化学方法与微流控技术的检测平台，其具有高灵敏度、极少试剂消耗、快速检测、可适性高、自动化等优点，常用于现场实时应用场景，比如床边检测等。此类芯片中核心组件是微电极，其检测性能尤为关键。传统的微电极主要是二维或平面式的结构，如环状、带状、平板式。另一方面，具有三维结构的微电极因其更大的反应面积和优异的检测灵敏度已获得越来越多研究学者的关注。微尺度3D打印技术的出现，使得三维微柱阵列电极的实现变得更加便捷、快速、高效。PμSL（Projection Micro Stereolithography，面投影微立体光刻）是一种面投影微尺度超高精度光固化增材制造技术，使用高精度紫外光刻投影系统，将需要打印的三维模型分层投影至树脂液面，分层光固化成型并逐层累加，最终从数字模型直接加工得到立体样件。该技术具有打印精度高、跨尺度加工、成型效率高、制造成本低等突出优势，被认为是目前最具有前景的三维微细结构加工技术之一。图1：PμSL技术原理示意图通过结合软光刻以及金属沉积技术，PμSL微尺度 3D打印技术近期在电化学检测领域取得系列成果。其中的微电极的制备过程大致为：通过PμSL微尺度3D打印技术打印得到三维微柱阵列模具，然后通过PDMS二次翻模得到PDMS材质的三维微柱阵列，最后再经过磁控溅射等金属沉积方式将金属比如金沉积在三维微柱结构的表面作为导电层以形成最终的微柱电极。此外，还可选择性地在电极表面修饰Pt-Pd/多层碳纳米管等其他改性物质以提高电化学检测性能。研究一：基于微柱阵列电极的生物标记物高灵敏度检测研究摘要：微柱阵列电极因其高质量运输、低检测极限以及微型化的特点被广泛用于电化学检测领域。该研究工作阐述了表面镀金的PDMS基微柱阵列电极的制备、数值仿真、表面改性以及表征。9×10的微柱阵列排布在0.09cm2的区域内，其中微柱的高度分别为100 μm，300 μm 和500 μm。微柱阵列电极是使用PμSL微尺度3D打印技术与软光刻相结合的方法制备而得，通过SEM和循环伏安法进行表征测试。实验结果显示，无论扫描速率的高低，高度值更大的微柱有利于提高电流密度。Pt-Pd/多层碳纳米管材料涂覆可进一步提高微柱阵列电极的电化学检测性能。相较于平板式电极，微柱阵列电极的电化学检测灵敏度是前者的1.5倍。高度500 μm的Pt-Pd/多层碳纳米管改性的微柱阵列电极可用于检测肌氨酸（一种前列腺癌的生物标记物），其线性范围和检测极限分别是5-60 μM 和1.28 μM。这个检测范围覆盖了肌氨酸在人体组织的浓度区间（0-60 μM）。因其更高的微柱高度和更大的比表面积，微柱阵列电极比平板式电极获得了更好的检测性能。该研究工作为高检测灵敏度的微柱阵列电极在低丰度分析物的检测应用提供了有效的指导。图2：微柱阵列电极的制备过程示意图及改性电极和电化学检测中典型的三电极式简易传感装置研究二：动态微流体中微柱阵列电极的电化学检测研究摘要：高集成度、高灵敏度、快速分析、极小的试剂消耗等优点促使µEDS备受学术界的关注。微小化的工作电极是µEDS的核心部件，其性能决定了整个µEDS的检测表现。相比于传统的微电极形貌，如带状、环状、圆片状，三维微柱阵列电极因其更大的反应面积，具有更高的响应电流和更低的检测极限。在该研究工作中，采用数值仿真研究了µEDS的检测性能以及三维微柱的形貌和流体的动力学参数，包括微柱的形状、高度以及排列方式和反应溶剂的流速。µEDS的尾端效应在基于预设的电流密度参数下也进行了定量分析。此外，通过结合PμSL微尺度3D打印技术与软刻蚀的方法制备的PDMS基三维微柱阵列电极与微通道集成，用于研究电化学检测。循环伏安法和计时电流法测试的结果表明，实验数据与模拟数据吻合较好。此研究为µEDS的参数设计提供了指导性建议，所使用的方案亦可适用或借鉴于分析和优化基于纳米芯片的电化学检测系统（nanochip-based electrochemical detection system, nEDS）。图3：μEDS和微柱阵列的示意图以及微柱阵列的形貌参数上述研究中微柱电极结构模具均采用PμSL微尺度3D打印技术加工，所采用的加工设备均为摩方精密（BMF, Boston Micro Fabrication）公司10 μm光学精度设备P140，其最大打印尺寸为19.2mm (L)×10.8mm (W)×45mm (H)，打印层厚为 10~40 μm。图4：BMF公司10微米系列精度设备P140/S140官网：https://www.bmftec.cn/links/10

微芯片电化学检测系统（microchip-based electrochemical detection system, μEDS），是一种基于电化学方法与微流控技术的检测平台，其具有高灵敏度、极少试剂消耗、快速检测、可适性高、自动化等优点，常用于现场实时应用场景，比如床边检测等。此类芯片中核心组件是微电极，其检测性能尤为关键。传统的微电极主要是二维或平面式的结构，如环状、带状、平板式。另一方面，具有三维结构的微电极因其更大的反应面积和优异的检测灵敏度已获得越来越多研究学者的关注。微尺度3D打印技术的出现，使得三维微柱阵列电极的实现变得更加便捷、快速、高效。PμSL（Projection Micro Stereolithography，面投影微立体光刻）是一种面投影微尺度超高精度光固化增材制造技术，使用高精度紫外光刻投影系统，将需要打印的三维模型分层投影至树脂液面，分层光固化成型并逐层累加，最终从数字模型直接加工得到立体样件。该技术具有打印精度高、跨尺度加工、成型效率高、制造成本低等突出优势，被认为是目前最具有前景的三维微细结构加工技术之一。图1：PμSL技术原理示意图通过结合软光刻以及金属沉积技术，PμSL微尺度 3D打印技术近期在电化学检测领域取得系列成果。其中的微电极的制备过程大致为：通过PμSL微尺度3D打印技术打印得到三维微柱阵列模具，然后通过PDMS二次翻模得到PDMS材质的三维微柱阵列，最后再经过磁控溅射等金属沉积方式将金属比如金沉积在三维微柱结构的表面作为导电层以形成最终的微柱电极。此外，还可选择性地在电极表面修饰Pt-Pd/多层碳纳米管等其他改性物质以提高电化学检测性能。研究一：基于微柱阵列电极的生物标记物高灵敏度检测研究摘要：微柱阵列电极因其高质量运输、低检测极限以及微型化的特点被广泛用于电化学检测领域。该研究工作阐述了表面镀金的PDMS基微柱阵列电极的制备、数值仿真、表面改性以及表征。9×10的微柱阵列排布在0.09cm2的区域内，其中微柱的高度分别为100 μm，300 μm 和500 μm。微柱阵列电极是使用PμSL微尺度3D打印技术与软光刻相结合的方法制备而得，通过SEM和循环伏安法进行表征测试。实验结果显示，无论扫描速率的高低，高度值更大的微柱有利于提高电流密度。Pt-Pd/多层碳纳米管材料涂覆可进一步提高微柱阵列电极的电化学检测性能。相较于平板式电极，微柱阵列电极的电化学检测灵敏度是前者的1.5倍。高度500 μm的Pt-Pd/多层碳纳米管改性的微柱阵列电极可用于检测肌氨酸（一种前列腺癌的生物标记物），其线性范围和检测极限分别是5-60 μM 和1.28 μM。这个检测范围覆盖了肌氨酸在人体组织的浓度区间（0-60 μM）。因其更高的微柱高度和更大的比表面积，微柱阵列电极比平板式电极获得了更好的检测性能。该研究工作为高检测灵敏度的微柱阵列电极在低丰度分析物的检测应用提供了有效的指导。图2：微柱阵列电极的制备过程示意图及改性电极和电化学检测中典型的三电极式简易传感装置论文信息：DOI: 10.1039/d0ra07694e.研究二：动态微流体中微柱阵列电极的电化学检测研究摘要：高集成度、高灵敏度、快速分析、极小的试剂消耗等优点促使μEDS备受学术界的关注。微小化的工作电极是μEDS的核心部件，其性能决定了整个μEDS的检测表现。相比于传统的微电极形貌，如带状、环状、圆片状，三维微柱阵列电极因其更大的反应面积，具有更高的响应电流和更低的检测极限。在该研究工作中，采用数值仿真研究了μEDS的检测性能以及三维微柱的形貌和流体的动力学参数，包括微柱的形状、高度以及排列方式和反应溶剂的流速。μEDS的尾端效应在基于预设的电流密度参数下也进行了定量分析。此外，通过结合PμSL微尺度3D打印技术与软刻蚀的方法制备的PDMS基三维微柱阵列电极与微通道集成，用于研究电化学检测。循环伏安法和计时电流法测试的结果表明，实验数据与模拟数据吻合较好。此研究为μEDS的参数设计提供了指导性建议，所使用的方案亦可适用或借鉴于分析和优化基于纳米芯片的电化学检测系统（nanochip-based electrochemical detection system, nEDS）。图3：μEDS和微柱阵列的示意图以及微柱阵列的形貌参数论文信息：DOI:10.3390/mi11090858.上述研究中微柱电极结构模具均采用PμSL微尺度3D打印技术加工，所采用的加工设备均为摩方精密（BMF, Boston Micro Fabrication）公司10 μm光学精度设备P140，其最大打印尺寸为19.2mm (L)×10.8mm (W)×45mm (H)，打印层厚为 10~40 μm。图4：BMF公司10微米系列精度设备P140/S140

近日，中国科学院深圳先进技术研究院研究员郑炜团队提出一种基于激发光梯度编码的快速三维成像技术，可使双光子体成像速度比传统技术提升5至10倍。　　双光子显微镜具有亚微米级的成像分辨率和毫米级的成像深度，被广泛应用在神经结构和功能成像以及其他活体成像研究中。传统的双光子三维成像是将双光子激发的焦点在样品中进行逐层的二维扫描来实现的，这种三维成像方法不仅速度受限且增加了样品暴露在高能激光中的时间，对生物组织造成光损伤和光漂白，不利于活体组织的长时间成像。　　该研究提出的新型梯度光场双光子显微成像技术只需要进行两次二维扫描即可获得样品的三维信息，极大降低了激光对样品的损害。　　在生活中，可利用编码来确定位置。与此类似，梯度光场技术设计了一对轴向拉长并且强度梯度变化的焦点，利用这对焦点的强度变化来编码并解析出物体的位置：横向扫描第一个梯度焦点得到的图像中，位置较浅处的样品荧光强度强，位置较深处的样品荧光强度弱，第二个焦点对应的图像则正好相反。两幅图像的和反映了样品的真实三维荧光强度，图像的比值则反映了荧光的深度信息。该方法可一次分辨深度12微米内三维信息，荧光点轴向定位精度为0.63微米。梯度光场双光子显微镜非常适合活体细胞的三维成像，在观测巨噬细胞吞噬荧光小球的实验中，能够快速捕捉荧光小球在巨噬细胞内外的三维运动轨迹，并精确定量出巨噬细胞运载小球的速度。　　相关成果以Axial gradient excitation accelerates volumetric imaging of two-photon microscopy为题，发表在Photonics Research上。研究得到国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、重大研究计划以及广东省重点实验室等支持。 　　论文链接 （a）：梯度光场双光子显微成像原理、（b）：巨噬细胞吞噬小球过程、（c）：小球的运动轨迹、（d）：小球运动轨迹的量化与评估

世界首台动态三维彩色粒度粒形分析仪发布会在中国上海举行 　　仪器信息网讯 2014年10月14日上午，值第十二届中国国际粉体加工/散料输送展览会(IPB 2014)之际, 美国康塔仪器公司在上海国际展览中心举办了新闻发布会，宣布世界首台动态三维彩色粒度粒形分析仪MORPHO 3D问世。 新闻发布会现场 　　过去，观察样品颗粒的全貌是依靠显微镜，对极少量颗粒进行拍照存档，但如何对颗粒的粒形进行科学的定量，一直是困扰科学家的课题。近年来，随着微电子技术渗入到各个科学领域，图像法粒度粒形分析仪应运而生，因其测量的随机性、统计性和直观性等特点，被公认为是测定结果与实际粒度分布吻合最好的测试技术。 　　然而，常规的图像法粒度粒形分析仪只能测得颗粒的长度和宽度，不能测量厚度，已无法满足日新月异的工业科技对同样粒径的颗粒进行属性区分要求。 　　鉴于此，比利时欧奇奥(Occhio)仪器公司经过十余年探索，成功推出了世界首台动态三维彩色粒度粒形分析仪MORPHO 3D，不仅可实现颗粒长度、宽度和厚度的三维测量，还可进行彩色成像。 欧奇奥公司海外销售总监杰罗姆&bull 萨巴蒂尔(Jerome SABATHIER) 　　杰罗姆&bull 萨巴蒂尔介绍说，MORPHO 3D突破性地采用了两部呈90度角的相机由样品正上方和左侧采集数据的技术，以及欧奇奥专利皮带输送技术，首次实现了颗粒三维信息的真实获取，再结合欧奇奥公司的&ldquo 骄子&rdquo (Callisto)3D彩色分析软件，可用于分析非球形颗粒如小球、谷物、药片、玉米、化肥、大米等的粒度及厚度 其彩色分析功能还可以呈现颗粒颜色，并根据颗粒的不同颜色分析每种颗粒群所占比例。同时，其新型及独特的样品分散器能够将一个个颗粒完全分散开，从而保证颗粒之间无干扰采集数据 样品传送带可以将颗粒保持在同一位置，从而得到真实颗粒粒度及厚度即颗粒的三维数据。 MORPHO 3D动态三维彩色粒度粒形分析仪 从左到右依次为：3D成像分析仪原型机、专利螺旋式干法分散器、动态粒度粒形实时显示 　　作为欧奇奥公司的战略合作伙伴和中国总代理，美国康塔仪器公司特别将这款创新型颗粒粒度粒形分析仪推向中国市场，希望能够为中国客户打造出材料颗粒特性表征现代化与全方位解决之道。 美国康塔仪器公司中国区经理、首席代表杨正红 　　杨正红表示：&ldquo 正如上世纪90年代末激光粒度分析仪逐渐取代沉降法分析一样，颗粒分析领域正在迎来一个新的时代。目前，国内的混凝土等行业对3D分析有着迫切的需求，因此，MORPHO 3D可以适时、及时地满足这种需求，我们希望越来越多的科研人员和工程师能够关注到MORPHO 3D动态三维彩色粒度粒形分析仪。&rdquo 由MORPHO 3D 捕捉到的颗粒成像效果 　　会上，与会者对MORPHO 3D动态三维彩色粒度粒形分析仪产生了极大的兴趣，纷纷就该新品的性能特点与应用领域提问，杰罗姆&bull 萨巴蒂尔现场回答了与会者的疑问。 　　后记： 　　会后，美国康塔仪器公司中国区经理、首席代表杨正红受仪器信息网编辑邀请，专门撰写了一篇内容详实的图像颗粒测试技术约稿，内容包括不同颗粒测试方法的优缺点、图像颗粒分析法发展历史与优势，以及MORPHO 3D的性能特点及应用领域等。在此，仪器信息网特别将约稿全文呈上，以飨读者。 　　点击下载：杨正红-图像颗粒测试技术约稿全文 编辑：刘玉兰

新品全球首发！思看科技NimbleTrack灵动式三维扫描系统！2024年4月9日，思看科技（SCANTECH） 正式发布NimbleTrack灵动式三维扫描系统。NimbleTrack集全无线、不贴点、双边缘计算、一体成型架构于一身，精准驾驭中小型场景动态三维测量，领跑工业计量“无线”新时代！灵动式三维扫描系统NimbleTrack，轻巧身型，自在随行，集全无线、多功能等超凡性能于一身，精准驾驭中小型测量场景，成就绝妙之作。其扫描仪和跟踪器深度集成高性能芯片与嵌入式电池模组，实现了全域无线测量和高速稳定的数据传输，开启工业计量智能无线新时代。整套系统巧妙融合了思看科技的自研生态圈，多种功能形态随心变幻，万般场景灵活应对，以极致技术成就极致性能。轻装上阵 即开即扫NimbleTrack超轻型机身，以极致细节重构性能想象，解锁性能美学的超然进化实力。跟踪器仅重2.2kg，身长57cm，恣意穿梭于各类场景，轻装上阵；扫描仪仅重1.3kg，单手掌控游刃有余，轻松完成长时间测量任务。标配一体式便携安全防护箱，兼顾轻型化与紧凑型，容纳万象，灵动出鞘，带上它，即开即扫，尽显轻盈畅快之感。一体成型 稳如堡垒扫描仪采用全新的碳纤维框架一体成型技术，兼备轻量化和高强度性能，在加工工艺上颠覆了传统组装式框架的装配技术，实现了超高结构稳定度和超强温度稳定性，使得一次校准即可长时间内保持良好的精度范围，让每一次扫描都尽在掌控。双内置电池 真正全无线全栈无线三维扫描系统，无线数据传输、零线缆供电，可满足无电、用电不便等应用场景，开启工业计量无线新时代。扫描仪隐藏式电池仓设计，优雅无束缚；跟踪器双循环电池仓设计，供电不间断，无线转站更顺畅。双边缘计算 性能狂飙扫描仪和跟踪器均搭载新一代高性能边缘计算模组，运算效率跃升至全新高度，解锁120 FPS高帧率流畅测量体验，每一帧都行云流水，驾驭自如。扫描时无需外接电源、贴点，与市面上现有的手持式三维扫描仪相比，整体扫描流程大幅简化，复杂场景更显从容，是当之无愧的效率担当。计量基因 精益求精 依托思看科技计量级产品成熟强大的系统架构和自研算法，最高精度可达0.025mm，在标准跟踪范围内，体积精度可达0.064 mm，精准有实力，还原肉眼可见的细微处。万般场景 挥洒自如NimbleTrack三维扫描系统小巧灵动，轻盈穿梭。面对狭小空间或视角遮挡处，扫描仪可无线单独使用，实现最高0.020 mm的高精度扫描。面对大范围测量场景，跟踪器即刻化身远距离红外标记点扫描利器，精准把控全局精度。智能边界检测模块可选配智能边界探测模块，利用高性能灰阶边缘算法，自动采集孔、槽、切边等特征的三维数据，快速获取高精度的尺寸和位置度信息。i-Probe500 跟踪式测量光笔面对隐藏点或基准孔等难以触达之处，可选配便携式测量光笔i-Probe，设备支持有线或无线传输，为精密测量提供全方位的数字化解决方案。多台跟踪器级联支持多台跟踪器级联工作，大幅扩展扫描范围，有效应对大型工件扫描场景。搭载自动化设备 搭载全新定制化三维扫描仪，为自动化解决方案量身定制装夹方式，使其更加适配各类型机器人；360度均匀分布的标记点岛结构，实现全方位精准跟踪，打造高效的自动化批量检测系统。拓展应用生态NimbleTrack是工业级三维扫描领域真正实现全无线测量的产品，凭借智能无线、不贴点、高精度、高便携性等优势，适用于各类应用场景，尤其是尺寸在40mm-2000mm之间的中小型工件，如汽车四门两盖、内饰座椅、压铸件以及新能源电池盒等。在航空飞行器检修和文物数字化等不适宜贴点的情况下，NimbleTrack表现出色。此外，它也非常适合于车间现场，特别是那些无法方便连接电源或电缆的环境，比如野外测量石油管道的腐蚀情况以及高空作业等。关于思看科技 思看科技是面向全球的三维视觉数字化综合解决方案提供商，主营业务为三维视觉数字化产品及系统的研发、生产和销售。公司深耕三维视觉数字化软硬件专业领域多年，产品主要覆盖工业级高精度和专业级高性价比两大差异化赛道，主要产品涵盖便携式3D视觉数字化产品、跟踪式3D视觉数字化产品、工业级自动化3D视觉检测系统和专业级彩色3D视觉数字化产品等。公司产品广泛应用于航空航天、汽车制造、工程机械、交通运输、3C电子、绿色能源等工业应用领域，以及教学科研、3D打印、艺术文博、医疗健康、公安司法、虚拟世界等万物数字化应用领域，致力于提供高精度、高便携和智能化的三维视觉数字化系统解决方案，打造三维视觉数字化民族品牌。

本次程氏三宅的的三维扫描项目，受到了国家文化和旅游科技创新工程项目《面向中国传统纹样当代呈现的3d打印技术体系研究（项目编号2019-006）》的资助，在黄山市程氏三宅古民居博物馆的配合下，由项目承担单位浙江传媒学院和项目合作单位先临三维科技股份有限公司共同实施，目的是获取程氏三宅建筑装饰的三维数据，后期将在获取原始数据的基础上开展再设计和3d打印制作。随着三维数字化技术的不断发展，文物数字化逐渐成为文物保护的大趋势。三维扫描技术为文物及古建筑的三维数字化工程提供了高效坚实的技术力量，不仅可以作为文物/古建信息存档，便于后期的学术研究和维护修缮，同时还可以作为文物/古建的宣传展示、文创衍生等。程氏三宅徽派建筑是中国古建筑最重要的流派之一。徽派民居将南方干栏式建筑和北方四合院相结合，形成了高脊飞檐、粉墙黛瓦、错落的马头墙和精美的砖木石雕等风格特征。流行于徽州（今黄山市、绩溪县、婺源县）及严州、金华、衢州等浙西地区。徽派建筑集徽州山川风景之灵气，融中国风俗文化之精华，风格独特，结构严谨，雕镂精湛，不论是村镇规划构思，还是平面及空间处理、建筑雕刻艺术的综合运用都充分体现了鲜明的地方特色。在安徽黄山屯溪区柏树街，有三处历经数百年的风雨洗刷,至今依然保存完好明代古建筑，分别位于屯溪柏树东里巷6号、7号、28号，三处住宅均为明代成化年间所建，因主人都姓程，故命名为“程氏三宅”。程氏三宅是最典型的明代南方居住建筑，是徽派建筑发展鼎盛时期的遗物。无论是窗棂、月梁上的奇秀木雕，还是门楼上富于变化的石雕、砖雕等，都展现出其精妙之处，不仅是研究明代徽派建筑重要的标准物，同时也是具有很高的科研价值和观赏价值。现场采集数据在黄山市程氏三宅古民居博物馆的配合下及浙江传媒学院胡浩老师的指导下，先临三维技术工程师使用einscan pro 2x plus 2020多功能手持3d扫描仪对古宅里的石雕、木雕及砖雕进场扫描，获取了窗棂、月梁和门楼上的传统雕刻纹样高质量完整数据。三维数据展示木雕传统纹样数据石雕传统纹样数据砖雕传统纹样数据程氏三宅古建雕刻纹样三维数据的采集是国家文化和旅游科技创新工程项目《面向中国传统纹样当代呈现的3d打印技术体系研究（项目编号2019-006）》的一个重要环节，目前3d打印研究项目还在进行，后续项目成果，我们也将会持续关注。历史文物和遗迹都是前人智慧的结晶，然而由于文物/古迹本身的脆弱性和独一无二性，如何准确获取、保护、修复、重建、传播展示、传承这些文物/古迹就成为需要待解决的重要问题。在文物/古建装饰数字存档过程中，传统数字记录方式只有通过影像进行的数字记录，复杂的几何外形无法表现出来，只能再配合平面图或剖面图人工建模制作出文物的三维模型。这种传统记录方式，建模需要花费大量的人力、物力及时间，且制作的文物三维模型精确度也是不够的，无法为文物修复/修缮、复制保护、衍生开发等提供原始数据基础。相较于传统方式，三维扫描技术可根据需求记录文物/古建装饰更为真实、全面的形态特征。通过计算机重构其三维数据，真实快速地再现文物/古建装饰原貌，在原始数据的基础上进行文物数字存档、三维展示、保护复制、修复及衍生品开发。项目主持人胡浩浙江传媒学院设计艺术学院副教授，硕士生导师研究方向包括传统建筑装饰虚拟仿真与3d打印、传统纹样生成式设计等。

矢志于精益求精与持续创新，先临三维于5月7日强势推出工业计量全新力作——FreeScan UE Pro2无线高速激光手持三维扫描仪。此番创新融合了嵌入式边缘计算模块，实现无线传输功能，引领三维扫描领域迈向一个无“线”自由的新境界。新升级：无线自由，便携高速拓展扫描边界在复杂的工业环境挑战下，尤其是在处理大型工件的精密测量，以及应对密集生产空间限制时，FreeScan UE Pro2凭借无线传输技术的革新应用脱颖而出。这款新品借助内置的嵌入式边缘计算模块与灵活的移动电源支持，可以更加游刃有余地获取高精度三维数据。作为一款无线激光手持三维扫描仪，FreeScan UE Pro2以无线传输的便携设计，为用户带来了前所未有的操作自由。不论是攀爬至高难度的作业位置，还是穿梭于狭窄空间，用户均能够顺利完成高质量的扫描任务。FreeScan UE Pro2重新定义了扫描设备的便携性与灵活性，助力用户轻松探索以往难接近的扫描区域，为工业测量开启了全新的视野。值得一提的是，FreeScan UE Pro2携手新升级的FreeScan扫描软件，共同打造了高效便捷的扫描体验。在实际操作中，该软件实现了“所见即所得”的直观效果，扫描数据以实时网格的形式在软件中呈现，节省了点云封装时间，实现STL数据的快速导出，从而显著提升扫描工作的整体效率。延经典：精度领航，一机多能助力工业测量FreeScan UE Pro2搭载了共计58束激光线，集成新一代双目摄影测量技术，通过精心构建的四种测量模式，专为应对多样化的工业测量挑战而生。其中，高速扫描模式利用50线交叉蓝色激光，迅速获取物体全局形态，提高扫描效率；精细扫描模式依托7条平行蓝色激光的精准作业，捕捉工件的每个微小特征；深孔扫描模式采用单一蓝色激光线束，完成精确的内腔测量；在摄影测量模式中，通过快速准确锁定扫描对象的框架位置，确保大体积物体的全局精度控制。承袭FreeScan系列“精益求精”的产品基因，FreeScan UE Pro2坚持先临天远在高精准度和高精密度上的严格要求，凭借0.02mm的计量级精度，满足工业领域对精密测量的需求。END从FreeScan Combo以小巧身形拓宽单个三维扫描仪的应用边界，到FreeScan Trio通过原创智能自定位技术实现不贴点激光扫描的突破，先临天远在技术创新道路上的持续深耕。此次，FreeScan UE Pro2的面世，不仅充分展示了先临天远的锐意创新，更是对工业4.0时代客户需求的深刻理解与回应。全新升级，用无“线”自由之名，邀请全球用户共同探索三维世界的新维度，体验出色的灵活性与作业效率；延续经典，携精准、高效、全面的三维数据获取能力，先临天远将继续为工业4.0时代下的精密制造、尺寸质量控制、产品设计等关键环节，构建稳固的测量基石，助力企业精准迈入智能制造的新纪元。

近日，先临三维科技股份有限公司（简称“先临三维”）发布了2023年度报告。报告显示，2023 年是公司发展征程中极具意义的一年，收入突破 10 亿大关。全年营业收入 101,817.67 万元，同比增长 32.56％；归属于挂牌公司股东的净资产为 132,093.88 万元，同比增长 26.92%。先临三维2023年营收增长主要系3D 扫描仪销售增长较快所致，收入构成按产品分类与地区分类分析如下：据财报披露，公司业绩稳步增长离不开研发创新能力的持续提升。2023 年度，公司研发费用 27,294.20 万元（其中股份支付金额 4,619.23 万元），占营业收入 26.81%，持续保持较大的研发投入。公司围绕主业开展研发项目，在高精度工业3D扫描业务领域完成研发并推出了可实现无标志点拼接的三目激光三维扫描仪等新品，在齿科数字化业务领域亦完成研发并推出了无线口内3D扫描仪、面部3D扫描仪等新品。此外，公司与浙江大学、北京大学口腔医学院、四川大学华西口腔医院等建立长期稳定的科研合作关系。同时，先临三维不断深化国际化战略，国际业务保持快速增长。公司产品已销售超过 100 个国家和地区，全球覆盖广泛。2023 年国际业务继续保持快速发展，2021年、2022 年和 2023 年，公司境外收入分别为 30,683.12 万元、48,387.68 万元和 61,564.71 万元，占营业收入的比重分别为 54.07%、63.00%和 60.47%。先临三维为国家专精特新“小巨人”企业、国家知识产权优势企业，建有省级重点企业研究院、省级企业技术中心和浙江省博士后工作站，2024年1月入选中央广播电视总台“2023 专精特新•制造强国年度盛典”的10项专精特新“年度绝活”案例，2024年3月公司入选工信部第八批国家制造业单项冠军企业公示名单。先临三维2024年经营计划：1、 围绕高精度工业 3D 扫描与齿科数字化技术，持续保持较高的研发投入水平，坚持技术的长期主义，确保公司的高精度三维视觉技术处于行业先进地位，具备全球竞争力。2、 坚持以全球化眼光和国际化思维继续深化国际化战略。推进海外研发、生产试点工作的开展，进一步推进德国、美国子公司的海外本地化建设；筹划设立日本等子公司，为重要市场配置本地技术支持和销售团队。3、 持续全面贯彻产品质量及安全认证体系、信息安全管理体系、医疗器械管理体系、质量体系认证、职业健康管理体系、海关高级认证、安全生产体系、内控体系等体系制度，以及利用先进的信息化管理平台，提升交付、技术支持等客户服务的品质和效率，实现高效管理，进一步夯实公司发展基础。4、 持续优化闭环的量化绩效管理，推行绩效专项考核，加强绩效追踪，通过考核发掘人才培养人才，持续提高人均效能。5、 持续加强企业文化和品牌建设，培育具备公司特色的文化氛围，增强企业凝聚力与竞争力，围绕为用户创造价值的用户意识来提升品牌价值，强化公司在行业市场的影响力与客户粘性。

2023年3月29日，先临三维举办新品全球发布会，正式发布FreeScan Combo计量级双光源手持三维扫描仪。这一产品的发布，将进一步推进先临三维在工业测量领域的高精度三维视觉技术普及之路。创新、传承，FreeScan Combo在延续天远FreeScan系列三维扫描仪优势的基础上，再次进行创新，通过双光源的组合，进一步扩大了单款三维扫描仪的适用领域，给予用户更好的三维扫描体验。创新——一机多能，适用于更多扫描场景“蓝色激光+VCSEL”两种光源焕新组合，打造四种扫描模式，适用更多扫描场景。高速扫描模式：26线交叉蓝色激光，配合优化软件算法，快速获取样件完整数据；深孔扫描模式：1条单线蓝色激光，深孔扫描应对自如；精细扫描模式：7线平行蓝色激光，准确还原细微特征；无光扫描模式：采用VCSEL光源，扫描过程无可见光，人眼安全舒适，同时，在几何特征丰富的情况下，无需贴点即可高效获取工件三维数据。基于上述优势，FreeScan Combo计量级双光源手持三维扫描仪的适用范围更加广泛，用户可以通过实际扫描场景灵活选择扫描模式，高效获取完整三维数据。FreeScan Combo是FreeScan系列中身形最小的三维扫描仪，特别是在面对一些狭小空间时，灵活轻便，能够良好工作。同时，FreeScan Combo的镜头夹角进行了优化，在面对一些窄缝和深孔时，可以更加高效地获取完整数据。传承——延续优势，打造舒畅扫描体验FreeScan Combo作为天远FreeScan系列新成员，完美传承FreeScan系列“精益求精”、扫描高效、流畅等基因。精确入微，计量之选FreeScan Combo延续了FreeScan系列三维扫描仪的高精度优势，具有高精准度和高精密度（多次测量结果一致性高），精度高达0.02mm，精细模式下高达0.01mm。高速扫描，一气呵成FreeScan Combo高速扫描模式下26线蓝色激光同时工作，配合优化软件算法，扫描过程快速流畅。材质适应广泛，软件支持完整FreeScan Combo无惧黑色、高反光表面材质，减少喷粉预处理环节，缩短作业流程。此外，控制软件支持在线更新，扫描数据也可以一键导入主流三维检测和设计软件，贯通后续环节，大幅提升工作效率。“先临天远在工业计量领域已经沉淀了20年。我们始终怀揣求精务实之心，历经20年的深耕细琢，不断突破高精度三维扫描仪的应用边界。先临天远打造的是“全而精”的产品线，可以根据用户的不同应用需求提供最合适的设备。同时，考虑到有些用户具有多种扫描应用需求，我们也是在不断强化单款设备的功能，希望让这部分用户能够用一台设备就满足其不同的扫描需求，去年发布的FreeScan UE Pro多功能激光手持三维扫描仪，一扫俱全，小大由之，就是为用户提供了一种可适用于不同尺寸扫描场景的应用方案。那么FreeScan Combo的设计也是延续这一思路，通过双光源的组合，我们相信FreeScan Combo一定会为用户带来更精彩的扫描体验。”——先临三维3D数字化事业部产品经理创新、传承，先临三维也将持续“做专技术，做精产品，做好服务”，保持对“精度”的执着追求，以科技创新为驱动引擎，致力于使测量更精准、评估更科学、应用更智能、操作更便捷，为用户提供更加便捷易用的高精度三维视觉产品，为制造企业等提供强大的高精度三维视觉技术支撑，助力更多行业完成数“智”化升级。

“为了更关键的可行性验证，我们需要直接在人体上采集活体成像数据。不过毕竟仪器还处于实验室里的工程样机阶段，搬去临床科室的条件尚不成熟。这时候伊丽莎白希尔曼 （Elizabeth M. C. Hillman）教授当仁不让地站出来，成为了 Medi-SCAPE 系统的第一位志愿者。”中国科学技术大学特任研究员梁文轩回忆道，“这样的成像实验我们至少做了三次，每次都持续三四个小时，全都是希尔曼 教授自己做受试。因为她坚持表示，在充分验证安全性之前，必须由她自己承担风险。”梁文轩博士（图片来源于网络）2022 年春季，他选择回国加入中国科学技术大学。在此之前，其在美国哥伦比亚大学祖克曼研究所从事博士后研究。针对临床对在体实时三维病理学显微成像的需求，他研制了小型化的扫掠共焦对准的平面激发（swept confocally-aligned planar excitation，SCAPE）原型系统，并通过实验探索了其在实时在体病理学成像领域的应用潜力。2022 年 3 月 28 日，相关论文以《高速光片显微镜用于原位获取活体组织的体积组织学图像》（High-speed light-sheet microscopy for the in-situ acquisition of volumetric histological images of living tissue ）为题发表在 Nature Biomedical Engineering 上 [1]。图丨相关论文（来源：Nature Biomedical Engineering）实时在体三维病理学成像的需求组织病理学在医院各科室的疾病诊疗中应用广泛，是包括各种癌症在内的绝大多数临床疾病的诊断金标准。常规的组织病理学检查首先需要活检取材，即通过开放式活检、内窥镜活检、穿刺活检等方式，在（疑似）病变区域切取小块组织样本，然后将该组织样本送检病理科，之后经过固定、脱水、浸蜡、包埋等一系列处理步骤制成病理切片，并将其放在光学显微镜下，观察组织的微观结构与细胞形态，从而分析和获取相关的病理学诊断信息。不过，需要说明的是，这套传统的标准流程也存在一定的局限。首先是得到病理准确结果的等待时间长，至少要十几个小时。后来临床中发展出了术中冰冻病理切片，简化了组织处理的步骤，但依然需要大概 20 分钟，所以无论是常规的组织病理还是术中冰冻病理，都不适合需要实时诊疗反馈的场景。其次，活检取材加病理学切片观察本质上是离体的观测手段，难免会切除正常组织，影响患者体验和术后恢复。此外，离体的活检组织会失去其在体时的代谢和功能动态，而这些信息却对判断活体组织的状态和病变程度来说颇具价值。因此，需要探寻一种更为理想的解决方案。比如，研发一种在体、原位的光学显微成像方法，在不切除组织的情况下，能够直接可视化活体组织的三维微观结构乃至其功能动态，给医生提供实时或者至少是即时的组织病理学级别的图像信息。这样既可以在肿瘤切除手术中为医生提供实时的诊断反馈，推动提升手术的精准度和疗愈率，也可以在诸如早癌筛查、治疗随访等临床场景中，辅助医生更准确、更快速地评估待探查组织的健康或病变状况，及时采取相应的诊疗措施，在保证检测准确率和灵敏度的前提下，尽量减少对正常组织的损伤，最终改善诊疗效率和患者体验。据介绍，临床上现有的各种手术显微镜和内窥镜，大多是基于宽场照明的反射光显微镜，只能拍摄组织表面的形态，无法可视化皮下（或黏膜下）的组织形态。因此，要想在不切片的前提下直接获取厚生物样本（即使仅有几十微米厚）的三维层析图像，也即实现对原位在体组织的三维显微成像，需要开发具有光学层析能力的三维光学显微成像方法。过去几十年来，具备光学层析能力的活体显微成像技术取得了诸多进展，诞生了多种不同的成像机制。其中，与病理学显微成像密切相关的主要有两大类。第一类是基于“点扫描光学层析”的显微成像，典型代表包括共聚焦（反射或荧光）显微镜、双光子荧光显微镜等。但其成像速度不足，易受活体组织运动的影响，难以实施大范围或者三维扫描成像。第二类是光片荧光显微镜，也被称为层状光选择照明显微镜。但由于其狭窄的样本空间，这种显微镜不适用于临床场景的活体组织成像。所以，理想的适合于实时在体病理学成像的显微成像技术应该具备以下几个方面的特征。第一，能够实现“无需切片、胜似切片”的三维成像效果的光学层析能力。第二，微米级别的空间分辨率。第三，可以兼容不同的组织形状和前视式成像架构的开放的样本空间。第四，拥有尽可能高的三维体积成像速度，以有效对抗活体组织运动的干扰，使得快速、大范围、三维全景成像成为可能，为临床诊疗提供更丰富、更全面的图像引导。探索 SCAPE 显微术于实时在体病理学成像领域的应用据介绍，基于前述的临床需求和现有成像技术的局限，在导师的指导下，他所在的团队启动了将 SCAPE 显微成像技术应用于实时在体病理学成像的探索，并将此研究项目称之为 Medi-SCAPE。作为扫描斜光片三维显微成像方法的代表，SCAPE 显微术由希尔曼 课题组于 2015 年率先提出。简单来说，其基本的工作原理是，使用单个主物镜既产生（相对于主光轴）倾斜的激发光片，又收集光片所激发的荧光，即同一个物镜以“双肩挑”的方式既用作激发物镜也用作探测物镜，从而将传统光片显微镜的正交双物镜架构简化为 SCAPE 的单物镜前视式架构。在继承正交光片显微成像的光学层析能力的基础之上，SCAPE 显微镜的第一个优势是提供了开放的样本空间。无论是线虫、斑马鱼、果蝇等模式动物，还是人体的器官和组织，只要能放置于主物镜前面，就可以实施三维成像，视野范围大约为 0.8 毫米见方 0.3 毫米深。其单物镜前视式架构与宽场手术显微镜和内窥镜一致，天然适合临床中的实时在体成像需求。不仅如此，SCAPE 显微镜还巧妙引入了远程光片扫描与去扫描机制，整机除了扫描振镜以外，没有其他的机械运动部件，可以在主物镜与样本保持相对静止的前提下完成高速三维成像，极大程度地提升了二维帧率和三维体积率的上限。在实际中，受限于科研级互补金属氧化物半导体相机的帧率，现行 SCAPE 显微镜的体积率大约在 10 体积/秒左右，相较点扫描模式而言，已经有数量级的提升，这是 SCAPE 显微镜的另一个重要优势。尤为关键的是，SCAPE 的三维体积率优势，使得在体大范围三维全景成像成为可能。医生不再需要采集规则排布的三维体数据阵列，而是可以自由地操控 SCAPE 显微探头，在待探查组织的表面随意游走。即使存在活体组织与探头之间的无规则轴向相对运动，SCAPE 的高速三维体积率仍能保证相邻的两组体数据块之间有足够的三维空间重叠，从而支持后期通过三维配准和融合算法“去抖动”，实现“漫游式”扫描三维全景成像。“这对于肿瘤边界判别、早癌筛查等临床应用尤为关键，也是我们希望将 SCAPE 显微镜推向临床应用的重要动力和信心来源。”他表示。据其介绍，SCAPE 显微成像技术问世以后，首先在生命科学领域的研究中显示了强大的潜力，在基础科学和技术创新两方面，都取得了一系列重要进展。在以往的成像实验中，样本通常是表达了荧光蛋白或钙离子指示剂的转基因培养细胞或者模式动物，其拥有相对较强的荧光信号。但在临床活体成像应用中，显然不能在人体细胞中表达荧光蛋白，而临床上获批允许用于人体的荧光染料的种类和特异性也有限。因此，该团队更希望能够借助机体的自发荧光来实施无标记成像。不过，需要说明的是，自发荧光是相对较弱的。那么，SCAPE 显微镜能否利用无标记组织的自发荧光信号，获得与标准病理学图像一致的微观组织结构，以及其成像结果能否有效反映健康组织和病变组织，在微观形态学或功能学方面的区别呢？图丨用 Medi-SCAPE 对多种新鲜小鼠组织进行无标记成像（来源：Nature Biomedical Engineering）围绕这一问题，该团队首先在小鼠上试验了肝、脾、肺、肾、胰腺等新鲜离体的器官或组织，验证了 SCAPE 显微镜能够在不破坏目标组织的前提下，有效地可视化其三维微观结构，并得到了与组织病理学切片图像高度匹配的三维图像。并且，他们也在活体小鼠肾脏上诱导了缺血和再灌注的过程，并成功追踪了肾皮质中近端和远端肾小管的荧光信号在此过程中的动态变化，验证了 SCAPE 显微镜在快速三维结构成像的同时，也能够捕捉活体组织的功能动态。图丨小鼠大脑和肾脏的体内功能成像（来源：Nature Biomedical Engineering）进一步地，他们测试了被手术切除的慢性肾脏病患者的新鲜肾脏，从 SCAPE 图像中清晰地观察到了小血管粥状硬化等血管形态方面的诊断特征，分辨毛细血管簇、鲍曼囊腔等肾小球内部结构，并能够区分出正常和出现硬化症的肾小球等。研制小型化 SCAPE 显微镜样机，实现同等效能的高速三维体积成像上述在体或新鲜离体小鼠组织的成像实验，都是在台式 SCAPE 显微镜上进行的。由于该设备的占地面积约 1 平方米，体积庞大，结构复杂，所以并不适用于术中肿瘤边界判定或皮肤病变治疗随访等临床场景。梁文轩 表示：“要在这些场景下充分发挥 SCAPE 显微技术的潜能，就需要一台小型化、轻便化的 SCAPE 显微成像探头。能否小型化或微型化，以及能小型化到什么程度，这是 Medi-SCAPE 项目需要回答的第二个关键问题，也是我当时主力承担的课题任务。”他和导师经过仔细分析，决定在第一代样机设计中不追求极致微型化，而是尽量采用市面上可以买到的元件，以完成初步的可行性验证为重点。基于此，梁文轩 通过深入思考，提出了模组化的创新架构。首先将光片生成透镜与荧光探测物镜整合为远端收发模组，简化掉了台式 SCAPE 设计的二向色镜和分叉光路；然后优化折叠了从第二物镜到主物镜的近端级联 4f 光路，使得前端模组更加紧凑。由此配合选用尺寸小得多的光学元件，他成功研制了一台小型化 SCAPE 显微镜样机，使整机面积缩小至台式 SCAPE 的 20%，并取得了同等水平的荧光收集效率和三维分辨率（约 0.81.12.1 微米），能够以约 10 体积/秒的体积率扫描成像约 400×700×160 微米长宽深的三维视场，且同样能够利用内源性自体荧光进行高速三维体成像。小鼠新鲜无标记组织的成像实验表明，该样机能够清晰解析肝、肾、肠粘膜等多种器官的细胞级精细结构。“虽然该样机的前端探头部分与科学级互补金属氧化物半导体相机装配在一起，并没有完全做到轻便灵活的手持式探头形态，但其全面采用了尺寸更小的光学元件，依然为 SCAPE 显微镜的小型化提供了有力的可行性验证。”他补充说。图丨 Medi-SCAPE 系统设计（来源：Nature Biomedical Engineering）此外，在台式和小型化 Medi-SCAPE 平台上，该团队还利用健康志愿者的舌头，模拟了大范围漫游采集模式。实验中由志愿者随意地“舔过”主物镜来模拟漫游模式，然后从所得的高速“体数据流”中可以准确估计和恢复相邻体数据块之间的三维错位，进而通过配准与融合算法生成涵盖若干毫米范围的三维全景图像。拼接后的全景图像呈现不规则的边界，这说明在应用 SCAPE 进行全景三维成像时，并不需要仔细地控制漫游轨迹，这也是 SCAPE 显微术独特的优势所在。“等到将来研制出更加便携的手持式 Medi-SCAPE 探头时，医生可以灵活地操控该探头在各种组织表面自由地游走以及调整探头的倾角，无需担心这些操作对三维全景拼接的影响，大大提升探头的临床实用性。”他说。图丨人体口腔的活体成像（来源：Nature Biomedical Engineering）致力于为基础科学和临床应用提供切实有益的解决方案据梁文轩介绍，他本科和硕士就读于清华大学生物医学工程系，以医学影像为主要研究领域。在硕士阶段，其研发了基于数字信号处理器芯片（Digital Signal Processor，DSP）的高性能三维锥束 CT 重建算法，通过深入底层汇编语言的流水线并行算法，大幅刷新了 DSP 平台上的算法性能记录。硕士毕业后，他来到美国约翰斯霍普金斯大学生物医学工程系攻读博士学位，将研究目光转向生物医学光学与光子学领域。在博士阶段，他主导研发了两代基于光纤扫描的微型双光子显微内窥镜，在直径仅 2.2 毫米、重量不足 1 克的超微型内窥探头中集成了双光子激发、焦点扫描和荧光收集等全部功能。博士毕业后，其在约翰斯霍普金斯大学从事了半年多的博士后研究，后入职哥伦比亚大学祖克曼研究所，跟随 SCAPE 显微技术的发明人开展博士后研究。除了如前所述的小型化Medi-SCAPE 样机研发，他还提出了基于纤维光锥的跨介质中间图像耦合机制，解决了制约介尺度 SCAPE 显微镜的信号效率瓶颈，并据此研发了具备 440.4 毫米长宽深超大视场的 meso-SCAPE 系统。目前，他在中科大担任特任研究员，在合肥本部物理学院和苏州高等研究院生物医学工程学院同时开展教学与科研工作。关于该项研究，他表示会有两个方面的后续计划。一方面是进一步推进 Medi-SCAPE 的微型化，朝着 10 毫米直径的细长硬管形手持式 Medi-SCAPE 探头，以及直径 3 毫米以下的柔性光纤微型 SCAPE 探头等目标前进。另一方面是与临床专家紧密合作，深入理解不同科室的特点和对在体病理学成像技术的需求，从而定制化开发台式、手持式或内窥式架构的 Medi-SCAPE 成像设备，并联合开展成像实验和临床测试等。此外，他所带领的课题组，未来仍会围绕活体三维显微成像开展方法学创新与应用研究，探寻成像原理、采集策略、架构设计等方面的方法学创新，为基础生命科学研究和临床诊疗应用创制切实有益的前沿技术和解决方案。“欢迎具有交叉学科背景或是希望获得交叉学科训练、有志于推动自主知识产权国产高端科研和医疗仪器研发的同学加入课题组，也诚挚希望能与怀有同样愿景的学术界和产业界同仁取得联系，深入磋商，共同努力。”梁文轩 最后说。参考资料：1. Patel, K.B., Liang, W., Casper, M.J.et al. High-speed light-sheet microscopy for the in-situ acquisition of volumetric histological images of living tissue. Nature Biomedical Engineering 6, 569–583 (2022). https://doi.org/10.1038/s41551-022-00849-72.Voleti, V., Patel, K.B., Li, W. et al. Real-time volumetric microscopy of in vivo dynamics and large-scale samples with SCAPE 2.0. Nature Methods 16, 1054–1062 (2019). https://doi.org/10.1038/s41592-019-0579-4本文作者：路雨晴

组织透明化和光片显微镜诞生的必要性生物组织的三维特性使得生命科学的研究都需基于3D空间信息而进行分析，如脑部神经投射、血管分布以及肿瘤微环境等。传统组织学检测包括对冰冻或者石蜡包埋的组织样本进行切片，从而产生微米级别的切片，研究者可以对该切片进行免疫组化染色从而获得细胞层面信息。生物学家早就认识到组织薄切片比厚组织观察起来更加容易，显微切片机将组织切割成微米厚度的二维切片，通过二维切片我们可以获得单细胞层面的信息(Richardson & Lichtman, 2015)。但是三维组织结构可以让人们全面理解器官在正常功能和病理状态下的关键信息，例如神经系统就迫切需要进行三维结构的成像，因为大多数单个神经元向许多方向延伸，它们的真实性质和功能无法通过二维切片来确定；此外，发育生物学需要在三维结构上才能更好的认识器官甚至整个动物的形态发生(Chung et al., 2013)。因此获取完整生物组织在单细胞分辨率尺度上的三维结构一直是生命科学领域的重要目标之一。怎样才能获得组织的三维层面信息？一种方法是通过将一系列连续的切片输入电脑进行三维结构重建，但是这种方法在技术上具有挑战性，因为组织在此过程会被撕裂、折叠、压缩或拉伸从而导致组织某个部分的损失或变形，由于剖面不完整，最终的体积重建可能无法还原最原始的三维结构(Oh et al., 2014)。还有一种方法是使用光学切片技术进行整体成像，比如激光共聚焦、双光子显微镜和转盘显微镜等成像显微镜的使用，这些成像显微镜可以对小组织进行三维结构成像，但是这些现代的显微技术没办法解决组织太厚带来的严重速度滞后问题，以及强激光造成的光漂白、光毒性等问题。光学成像与细胞荧光标记相结合，因其具有良好的空间分辨率和高信噪比，是收集器官或组织单细胞分辨率信息的实用方法之一。然而，组织不透明是全组织和全器官光学成像的主要障碍之一，因此要进行光学成像就要进行组织透明化。那么是什么原因导致组织不够透明？在组织中，生物物质如水、脂类、蛋白质和矿物质通常以不均匀的混合物存在，它们的不均匀分布导致光发生强烈的横向散射，此外，生物物质有时会在细胞内外形成不均匀的结构，包括脂质颗粒和细胞器（如线粒体）、大的蛋白质簇（如胶原纤维）、甚至全细胞体积（如红细胞），当光被分子、膜、细胞器和组织中的细胞反射时，本来应该以直线传播的光线会发生多次偏移，因此光不能直接穿过组织从而形成光的散射(Tuchin, 2015 Wen, Tuchin, Luo, & Zhu, 2009)。组织不透明的另一个原因是光的吸收，血红蛋白、肌红蛋白和黑色素是生物组织中吸收可见光的主要分子，血红蛋白存在于所有脊椎动物（除了鳄鱼、冰鱼）和许多无脊椎动物中，样品内的光吸收可以限制激发光进入组织和荧光发射返回到探测器(Richardson & Lichtman, 2015)。正是由于光的散射和光的吸收，导致光的分布加宽、光的强度衰减，特别是在组织的深层区域，最终导致组织不透明，无法进行全组织三维结构光学成像。因此，组织透明化的目的主要是减少光的散射和吸收，以获得更好的光学成像效果（图1）(Gracie Vargas, 2001)。图1 实现组织透明化的关键步骤 (Susaki & Ueda, 2016)当光穿过组织时，由于脂质、色素的存在，导致光发生散射和吸收，从而组织不透明；组织透明化最主要的目的是通过脱脂、脱色等步骤从而减少光的吸收和光的散射。三种组织透明化方法类型：有机溶剂型、水溶剂型、水凝胶型经科学家的不断研究和突破，多种组织透明化方法相继被提出和优化。组织透明步骤包括：①样本固定；②样本透化（依据组织特性选择脱脂、脱钙、脱色、脱水或水化）；③折射率匹配。有机溶剂型透明化方法还涉及到组织脱水过程，根据组织成像需要还要涉及到样本免疫标记(图2)(Almagro, Messal, Zaw Thin, van Rheenen, & Behrens, 2021)；为了避免组织发生形变以及检测目标丢失，在透明化之前必须进行样本固定，但是固定程度需要控制，如果固定太弱，组织会软榻，如果固定过头，会阻碍免疫标记；一般使用多聚甲醛（PFA）、戊二醛（GA）进行组织固定，PFA可以均匀的固定大于500微米直径的样品，GA比PFA固定效果好，但是速度慢（分子较大，扩散速度慢），SWITCH方法通过改变pH提高GA效率，GA一般适合固定脆弱以及蛋白表达较弱的组织；在组织切片中我们通过抗原修复减少醛固定时造成的抗原表位封闭（二硫键），在水性透明化方法SHIELD采用聚甘油-3-聚缩水甘油醚（P3PE）既能固定组织又能保存蛋白质；透化过程中用到的试剂主要有三种类型：①有机溶剂；②高水化试剂；③脱脂试剂；随后用高折射率的物质替换组织液体进行折射率匹配，实现组织透明。(Park et al., 2018)。图2 组织透明化基本流程(Almagro et al., 2021)(a) 不同来源样本获取。(b) 用不同方式（去垢剂、醇类化学试剂、电泳）增加组织通透性。(c) 组织标记（抗体、染料、凝集素）以及透明化（有机溶剂型透明化方法、水溶剂型透明化方法）。(d) 组织成像（三维数据、定量分析）。依据各透明化方法中使用的溶剂及其作用原理将现有的组织透明化方法主要分为三类：有机溶剂型、水溶剂型、水凝胶型（图3）(Matryba et al., 2020 Ueda et al., 2020b)。基于有机溶剂的组织透明化方法通过使用高折射率（RI）的有机溶剂将不同成分的RI均质，从而获得极好的组织透明度。BABB组织透明化方法可以完全透明胚胎和幼鼠大脑(Dodt et al., 2007)，但该方法中乙醇脱水作用会导致内源性GFP信号淬灭，无法透明有髓组织。通过引入四氢呋喃（THF）和二苄醚（DBE）, 3DISCO能够实现大多数成年啮齿动物器官的良好透明度，并将FPs保存几天，虽然DBE能有效保护内源荧光信号，但是DBE降解产物如过氧化氢、醛类物质会对荧光蛋白产生有害干扰(Erturk et al., 2012)。与3DISCO相比，uDISCO能够实现全身透明化和成像，并在数月内保持内源性FPs(Pan et al., 2016)。a-uDISCO是uDISCO的改良版本，通过调节pH条件提高荧光强度和稳定性(Li, Xu, Wan, Yu, & Zhu, 2018)。然而，uDISCO和a-uDISCO都不能有效的透明化高度着色的器官和硬组织。为了解决这些限制，赵瑚团队开发了聚乙二醇(PEG)相关溶剂系统(PEGASOS)，该系统可以透明所有类型的组织，同时保留内源性荧光(Jing et al., 2018)。朱丹教授团队通过温度和pH值调节开发了一种基于3DISCO，称为FDISCO，FDISCO有效的保存了FPs和化学荧光示踪剂，并允许在几个月内重复拍摄样品(Qi et al., 2019)。最近开发的sDISCO通过添加抗氧化剂稳定DBE，进一步保留了荧光信号。蛋白质也可以通过免疫标记来观察。由Renier等人开发的iDISCO可以对小鼠胚胎和成年器官进行全贴装免疫标记和体积成像(Renier et al., 2014)。vDISCO是一种基于纳米体的全身免疫标记技术。该技术将FPs的信号强度增强了100倍以上，并揭示了Thy1-GFP-M小鼠的全身神经元投射(Cai et al., 2019)。虽然有机溶剂方法表现出出色的透明性能，并实现了亚细胞分辨率的全身成像，但也存在一些不足，例如样品的大幅收缩、大多数有机溶剂的毒性和荧光蛋白的猝灭。由于油性透明化方法存在诸多缺点，水性透明化方法诞生，水性与油性透明化方法最大区别在于水性试剂具有强亲水性，更有利于荧光信号的保存，适用于自带荧光的组织样本进行透明化。水性透明化试剂主要包括：单纯浸泡透明化和高水化脱脂透明。ClearT是基于甲酰胺的浸泡型透明化方法，速度快，但是会导致组织膨胀且荧光信号会淬灭。PEG可以稳定蛋白质构象，继而发展了可保留荧光蛋白的ClearT2透明化技术，但该方法透明度比ClearT低。SeeDB技术以果糖和硫代甘油为主要成分，可以在几天内将组织透明化，但果糖粘度过高导致组织内渗透性低，在此基础上衍生出FRUIT透明化方法，尿素的使用降低了果糖粘度，提高试剂流动性和渗透性。浸泡型透明化方法不能去除脂质，因此样本透明度有限。SDS、Triton X-100可以有效去除脂质，水化法通过在透明化过程中去除脂质，利用水化作用降低样本折射率进而实现组织透明化。Scale技术利用尿素水化作用进行透明化，可保留荧光信号，但该方法操作时间较长，易导致组织破碎。CUBIC在Scale基础上添加了胺基醇，可以去除血红素使组织脱色,也可以保留荧光信号(Tian, Yang, & Li, 2021)。水凝胶解决了高浓度去垢剂导致样本形变的问题，水凝胶与样本中蛋白质和核酸分子形成共价连接便可以固定和保护细胞结构。水凝胶型组织透明化方法是一种基于水凝胶的组织透明化方法，利用丙烯酰胺凝胶将生物分子固定在它本来的位置，用水凝胶来替换组织中的脂类，让溶液中的单体进入组织，然后对其稍微加热，上述单体开始凝聚为长分子链，在组织中形成高分子网络，这一网络能够固定组织的所有结构，但不会结合脂类，随后快速将脂类抽出，便获得了完整透明的立体组织，如脑组织中的神经元、轴突、树突、突触、蛋白、核酸等都完好的维持在原位。这种独特的组织脱脂方法能够最小化结构破坏和生物分子损失。该方法的脱脂方式主要有两种：电泳和简单被动脱脂，均能有效去除脂质，从而大大提高了水凝胶组织的光学透明度和大分子通透性(Chung et al., 2013 Treweek et al., 2015)。CLARITY透明化方法利用凝胶包埋样本，并利用电场力去除脂质使样本快速透明；SHIELD通过环氧化物P3PE固定组织实现蛋白的保护，之后使用SDS进行被动或主动脱脂。水性透明化方法虽然可以部分解决荧光蛋白易淬灭的问题，但是也存在透明时间长，透明能力低的缺点，一般适用于小样本组织透明化。水凝胶透明化方法操作过程复杂，且需要一定的设备。图3 组织透明化方法的主要类型 (Ueda et al., 2020b)(A) 有机溶剂型透明化方法通过使用有机溶剂依次将组织进行脱水、脱脂、折射率匹配，在短时间内可使组织完全透明。然而，有机溶剂会快速漂白荧光蛋白的信号并且使组织皱缩。(B) 水溶剂型透明化方法以水溶性试剂对组织依次进行脱色、脱脂、折射率匹配，从而使组织完全透明。该方法具有更高的生物安全性和兼容性。(C) 水凝胶型透明化方法通过凝胶将生物分子固定在原来的位置，随后对组织进行脱色、脱脂、折射率匹配操作，从而使组织透明。基于水凝胶的方法可以保留足够的RNA用于分析，如荧光原位杂交；由于水凝胶网会固定组织，因此会使组织体积扩大几倍。组织透明化方法的选择（对于不同检测目标、不同组织、含有特定化学成分的组织选择的组织透明化方法以及试剂不同）组织透明化从2014年兴起以来，前期主要在神经科学领域广泛应用，随着透明化方法的不断改进，目前在发育生物学、免疫学、肿瘤学研究中也被广泛应用。检测目标不同，透明化方法中的试剂选择不同，水凝胶适用于不稳定分子如RNA的保存，CLARITY方法中用到的化学试剂单丙烯酰胺或双丙烯酰胺对细胞内部结构进行很好的固定，使得在后期脱脂等处理后组织内部结构依然保持；常用的样本固定试剂是甲醇，在使用过程中可以较好的固定蛋白质（表1）(Almagro et al., 2021)。表1 不同试剂适用于不同检测目标(Almagro et al., 2021)水性试剂蔗糖和尿素对内源性荧光试剂、脂类试剂比较友好；而有机溶剂苄醇-苯甲酸苄酯(BABB)会造成脂质洗脱和蛋白质荧光基团淬灭，所以不能用于脂肪组织的检测；聚乙二醇(PEG)是有机溶剂型透明化方法PEGASOS中用到的试剂，可以有效保护内源性荧光；此外在有机溶剂型透明化方法中可以通过调节pH、温度达到保护荧光的效果，如FDISCO在四氢呋喃(THF)中，维持碱性pH和低温下，EGFP荧光信号可以维持数月（表2）。此外，免疫标记中使用的小分子染料（如细胞核染料DAPI、碘化丙啶、RedDot和SYTO）、凝集素、抗体对目标进行标记，其中抗体被动扩散速度非常慢，免疫染色可以通过优化抗体浓度、温度、孵育时间等提高染色效率；我们也可以通过减小样品体积、用小分子荧光染料代替抗体增强染色效果。也可以通过改变荧光标记的亲和属性如SWITICH方法，让它们在组织中自由扩散再进行结合；通过电泳的方式也可以提高染色效率(Almagro et al., 2021)。 表2不同试剂对于荧光信号的保留(Almagro et al., 2021)此外，某些组织中含有较难去除的成分如色素、脂肪，其中血红素是组织中较难去除的色素，仅仅通过灌注PBS不足以去除肾脏、心脏、肌肉、肝脏中的血红素，可以选择含有漂白剂成分的试剂进行脱色如双氧水，并且能去除自发荧光，但是过氧化物处理会损伤目标荧光蛋白，所以荧光标记一般在漂白之后进行；前列腺和乳腺富含脂肪，会阻碍抗体进入、光线穿透，可以选择含有去垢剂成分的组合如TritonX-100、SDS、CHAPS等进行脱脂，去污剂可以破坏脂质双层使组织形成可以运输出组织的胶束，SHANEL方法中的CHAPS能生成较小的胶束，能更快的从组织中析出，具有有效的去脂效果。当组织较大时，被动去脂速度就比较慢，这时可以通过电泳的方式加快进程；电泳组织透明设备（ETC）和随机电子迁移（使用旋转电场或在单向电场内旋转样品）可以加速去脂。其它类型组织如硬组织骨骼，其中含有的钙化矿物质阻碍光的穿透，50%-70%的骨骼由遍布蛋白基质的钙化羟基磷灰石（HAP）晶体组成，这时可以选择含有钙螯合剂组合的方法如乙二胺四乙酸（EDTA）中性缓冲液，进行脱钙处理（表3）(Almagro et al., 2021)。表3不同试剂对于细胞组分去除(Almagro et al.,2021)组织透明化方法的应用范围不同组织在透明化方法的选择上都有所不同，根据组织成分、检测目标、组织类型选择不同的透明化方法，下表是不同透明化方法在不同健康以及肿瘤组织上的应用实例，对于组织在选择方法的时候可以借鉴这些实例，从而更好的避开长时间的摸索（表4）。表4 不同透明化方法应用到不同肿瘤组织举例(Almagro et al., 2021)此外，利用组织透明化方法可以实现人类器官三维成像（图4）(Ueda et al., 2020a)。图4 人类胚胎组织以及器官透明化三维结构图(Ueda et al., 2020a)(a) 胚胎周围神经三维图像。(b) 泌尿系统中的肾脏和Wolffian管。(c) 胚胎背部、手臂、头部肌肉。(d)手部脉管系统。(e)手部三种感觉神经。(f)肺上皮小管。参考文献Almagro, J., Messal, H. A., Zaw Thin, M., van Rheenen, J., & Behrens, A. (2021). Tissue clearing to examine tumour complexity in three dimensions. Nat Rev Cancer, 21(11), 718-730. doi:10.1038/s41568-021-00382-wCai, R., Pan, C., Ghasemigharagoz, A., Todorov, M. I., Forstera, B., Zhao, S., . . . Erturk, A. (2019). Panoptic imaging of transparent mice reveals whole-body neuronal projections and skull-meninges connections. Nat Neurosci, 22(2), 317-327. doi:10.1038/s41593-018-0301-3Chung, K., Wallace, J., Kim, S. Y., Kalyanasundaram, S., Andalman, A. S., Davidson, T. J., . . . Deisseroth, K. (2013). Structural and molecular interrogation of intact biological systems. Nature, 497(7449), 332-+.Dodt, H. U., Leischner, U., Schierloh, A., Jahrling, N., Mauch, C. P., Deininger, K., . . . Becker, K. (2007). Ultramicroscopy: three-dimensional visualization of neuronal networks in the whole mouse brain. Nat Methods, 4(4), 331-336. doi:10.1038/nmeth1036Erturk, A., Becker, K., Jahrling, N., Mauch, C. P., Hojer, C. D., Egen, J. G., . . . Dodt, H. U. (2012). Three-dimensional imaging of solvent-cleared organs using 3DISCO. Nat Protoc, 7(11), 1983-1995. doi:10.1038/nprot.2012.119Gracie Vargas, M., Kin F. Chan, PhD, Sharon L. Thomsen, MD, and A.J. Welch, PhD. (2001). Use of Osmotically Active Agents to Alter Optical Properties of Tissue: Effects on the Detected Fluorescence Signal Measured Through Skin.Jing, D., Zhang, S., Luo, W., Gao, X., Men, Y., Ma, C., . . . Zhao, H. (2018). Tissue clearing of both hard and soft tissue organs with the PEGASOS method. Cell Res, 28(8), 803-818. doi:10.1038/s41422-018-0049-zLi, Y., Xu, J., Wan, P., Yu, T., & Zhu, D. (2018). Optimization of GFP Fluorescence Preservation by a Modified uDISCO Clearing Protocol. Front Neuroanat, 12, 67. doi:10.3389/fnana.2018.00067Matryba, P., Sosnowska, A., Wolny, A., Bozycki, L., Greig, A., Grzybowski, J., . . . Golab, J. (2020). Systematic Evaluation of Chemically Distinct Tissue Optical Clearing Techniques in Murine Lymph Nodes. 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机械工业教育发展中心和全国机械职业教育教学指导委员会在发布的《关于公布2021年度机械行业职业教育校企深度合作项目的通知》(机教中函[2021]2号)文件中，公布确定了14个机械行业职业教育校企深度合作项目。“先临三维3D打印与三维数字化设计平台综合建设项目”成功入选。 先临三维申报的“先临三维 3D打印与三维数字化设计平台综合建设项目” 被遴选列入为2021年度14个机械行业职业教育校企深度合作项目之一。该项目将与合作院校，聚焦增材制造技术领域，基于“三维数字化与增材制造教学内容和课程共建”、“高水平师资培训”、“智能制造实训实践基地建设”、“创新创业人才联合培养”等项目设计，围绕重点建设方向开展深度校企合作。项目主要内容在三维数字化与增材制造教学内容和课程共建方向，将面向机电工程、工业机器人、工程创新、艺术设计等专业方向，在学校实现现有教学目标的基础上，将增材制造和三维数字化技术作为一种辅助教学的手段，融合进课程体系中，推动学生系统能力的培养，加强新型制造工艺下新的增材设计思维的培养；为推动与普及3D 打印技术及三维扫描技术在专业建设中起到积极作用而努力，设立课程体系建设和教材项目。通过该项目为合作院校提供课程研讨、校企共建、人才培养、教材开发等支持。在高水平师资培训方向，将围绕当前的三维扫描与增材制造技术热点及热门应用，以培养具有理论与实操基础知识、具备创新能力的职业院校教师为目标，开展院校师资培训、教学研讨会、企业工程师进高校课堂等活动，协助提升一线教学教师的技术和课程建设水平。在联合智能制造实训实践基地建设方向，将依托先临三维3D打印与三维数字化制造平台，为院校师生提供项目实训场地、实习实训岗位，配合学校理论授课环节，企业分阶段派遣经验丰富的工程师为学生讲解设备实操及实际生产应用中的问题，分享实际案例并实操，提升学生技术和项目的实践和创新能力以及职业应用与职场生存能力。在创新创业人才联合培养方向，将面向创新创业方向专业，基于增材制造及三维扫描技术，协助职业院校促进3D打印教育与创新创业教育有机融合，调整3D打印课程设置，挖掘和充实3D打印专业课程的创新创业教育资源，在传授专业知识过程中加强创新创业教育，为学生搭建3D打印创新创业必要的平台支持。先临三维将与院校协同建设三维数字化与增材制造相关专业，制定以三维数字化与增材制造为核心的复合型人才培养方案，开发符合现代学徒制人才培养需求的课程体系和课程资源。支持职业院校创新创业教育改革，协同开展职业素质教育，支持校内创客空间、项目孵化转化平台等项目。强化教学创新团队建设，通过组织师资培训，开展教学能力提升行动，打造新型“双师型”教师队伍。基于生产性实训基地，建成集人才培养、技术研究、员工培训、技术服务于一体的三维数字化与增材制造学院数百个，助力院校三维数字化与增材制造相关专业转型升级，提升我国三维数字化与增材制造类应用人才技能水平。

近日，中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室研究员倪文俭带领的森林遥感团队，在利用超高分辨率光学遥感立体观测数据提取森林三维结构研究方面取得重要进展。现有研究认为，光学多角度立体观测数据在林区不具备穿透能力，故在缺乏林下地形数据时，无法独立进行森林垂直结构参数的直接测量，特别是在浓密山地林区。本研究发现：分辨率优于0.2 米的光学立体观测数据能够对单株树木的冠顶结构进行精细刻画；受树木异速生长方程启发，创建了“生长关系约束的林下地形逼近算法”(AGAR)，打破了传统的认知局限，实现了仅利用光学立体观测数据对森林垂直结构的直接测量。相关研究成果发表在Remote Sensing of Environment上。 　　森林作为重要的陆地生态系统碳库之一，准确估算其碳储量是遥感研究的主要方向，可服务于我国的“双碳”战略和地球系统碳循环过程研究。过去，国内外开展了基于遥感影像光谱或微波散射强度等“二维”特征的森林碳储量估算原理与方法研究，而“地形影响”“遥感信号饱和”仍是难以逾越的两大科学难题。因此，国际学界逐渐转向以卫星测距技术为基础的“三维”遥感，包括以激光测距为基础的激光雷达遥感、以微波测距为基础的合成孔径雷达干涉以及以视觉测距为基础的光学多角度立体观测。美国科学家致力于发展具备冠层穿透能力的星载激光雷达，包括早期搭载在航天飞机上的激光高度计SLA01和SLA02、2003年至2009年运行的ICESat/GLAS卫星、2018年发射的ICESat-2卫星以及2019年放置在国际空间站上的GEDI。欧洲科研人员则积极发展穿透能力较强的L波段Tandem-L和P波段BIOMASS合成孔径雷达干涉卫星，并计划2024年发射。相较于激光雷达和合成孔径雷达干涉，光学多角度立体遥感具有图像直观形象的显著优势但受穿透能力的限制，目前主要用于地表高程的测量，且需要依靠其他数据源提供的林下地形才能对森林垂直结构进行测量，应用价值和场景受限。 　　近年来，中国在光学多角度立体遥感方面快速发展，先后发射了资源三号、高分七号、天绘系列以及其他商业遥感卫星，同时影像空间分辨率逐步提高。能否利用不断提高的空间分辨率来突破其穿透能力弱的限制，进而最大程度地发挥超高分辨率光学多角度立体遥感数据的应用价值，既是国际前沿科学问题又是中国遥感科研人员亟需回答的问题。 　　森林遥感团队意识到超高分辨率光学多角度立体观测遥感数据的独特价值，自2014年对无人机立体观测数据在森林结构参数测量中的应用进行了持续研究，并于2018年开展了大兴安岭林区大范围无人机采样观测实验，揭示了观测角度与影像分辨率的耦合规律，证实了森林高度信息对叶面积指数估算的补充作用，研发了针对落叶林区森林高度提取的有叶季和无叶季影像协同解决方案，突破了光谱与三维几何特征协同的散发枯立木识别技术、单木识别与分割技术、以背景识别为基础的高精度森林覆盖度提取技术。在上述数据与技术积累的基础上，该团队创建了“生长关系约束的林下地形逼近算法”(AGAR)，实现了复杂地形条件下森林高度的直接提取。该成果证实了无需额外林下地形数据的支持，AGAR算法仅利用超高分辨率光学多角度立体观测数据即可实现森林高度提取。 　　尽管AGAR算法使用无人机获取的立体观测影像开展研究，且算法的具体技术细节需要进一步测试完善，但随着0.1米卫星光学遥感数据时代的到来，该方法将开启超高分辨光学立体遥感影像森林三维遥感新时代。图1.生长关系约束的林下地形逼近算法(AGAR)的核心思路图2.典型地形条件下森林高度提取的效果。(a)-(c)为光学多角度立体观测数据获取的数字表面模型(DSM)；(d)-(f)为光学多角度立体观测数据通过林窗插值提取的森林高度，由于浓密林区林窗较少，导致树高被严重低估或者地形特征去除不彻底；(g)-(i)为利用AGAR提取的森林高度。(a)区域覆盖山脊，(b)区域覆盖山谷；(c)区域覆盖从山脚到山顶的斜坡。

政策 更新置换先进科研技术设备日前，国务院印发《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》（以下简称《行动方案》）。《行动方案》提出到2027年，工业、农业、建筑、交通、教育、文旅、医疗等领域设备投资规模较2023年增长25%以上；明确实施设备更新行动中需提升教育文旅医疗设备水平，推动符合条件的高校、职业院校（含技工院校）更新置换先进教学及科研技术设备，提升教学科研水平。 据教育部高教司内部人士透露，未来有可能准备照国家要求储备一些政府投资项目且对相关设备提出要求，以高水平、大件仪器设备优先，务必优先国产设备。 解决方案 沃亿生物跨尺度三维成像沃亿生物fMOST相关设备是基于骆清铭院士MOST团队发明的荧光显微光学切片断层成像技术研发而成，该设备将超薄切片与显微成像相结合，使用时间延时积分(TDI)成像方法，实现对厘米级尺寸大样品组织的稳定高分辨率三维成像，是一种有别于传统成像技术的全脑光学成像设备，它打破传统显微成像技术在组织中的成像深度限制，全组织任意位置的轴向分辨率达1微米，能全自动化地高分辨率获取全脑神经结构、全器官/组织血管网络等三维数据集，极大提高相关研究的工作效率，能够应用于神经科学研究、心脑血管病研究、药物评价研究学科/领域，在大组织三维成像方面具有先进性。 该设备在脑疾病、脑网络发育、神经计算药物研究和病理研究等领域具有重要用途，不仅能获取小鼠全脑范围内的神经元、毛细血管、树突、轴突定性和定量信息，还适用于小鼠全脑连接图谱的获取、神经环路的全脑精准定位研究以及神经元的长程投射追踪。具体应用包括果蝇、斑马鱼、小鼠、大鼠、灵长类等模式动物在正常、疾病及发育过程中神经和血管网络的变化，以及各种组织、器官的在正常情况下以及疾病模型下的三维精细成像及重构。 2013年，通过教育部直属高校科研成果公开 挂牌交易转让的方式，沃亿生物购买了MOST系列技术的zhuan利。至此，沃亿生物组织力量开始消化技术，不断打磨细节、积累经验、调整方案，历经十余年的精细打磨，实现从原理机到高端科研仪器的转变。先后推出了适用于Golgi、Nissl、HE等传统组织染色方法的BioMapping1000以及适用于荧光全脑成像的BioMapping5000、BioMapping9000与BioMapping9500系列产品。该系列仪器稳定性高、鲁棒性强，具有长时间不间断的三维数据采集能力，特别适用于自动获取全脑内神经环路投射路径及其细胞构筑信息。 科研设备换新，fMOST相关设备作为国产的高端科研仪器无疑是最佳之选！ BioMapping 5000 荧光显微光学切片断层成像系统 01 产品简介BioMapping5000采用时间延迟积分（TDI）成像方式，通过对样本的多次曝光和信号累积，在保证高速成像的同时可实现高信噪比的成像，并结合创新性的化学成像样品处理方法可获得高轴向分辨率，实现对全脑树突棘分布的精细成像。 02 技术参数 成像模式 高速线性扫描荧光成像适用标记技术 Dylight594,mCherry,PI,GFP, YFP体素分辨率 0.35μm*0.35μm*1μm连续切削厚度 1-4μm最大样本体积 5㎝*5㎝*2.5㎝ 03 应用实例 △10100个海马神经元单细胞分辨率全脑投射图谱 BioMapping9000 荧光显微光学切片断层成像系统 01 产品简介BioMapping9000是基于fMOST技术的荧光三维成像仪器，基于斜光片成像与振动切片结合实现单细胞分辨率的全脑三维快速荧光成像仪器，与前述其他产品相比，具有成像速度更快的优势，能快速获取与分析全脑荧光数据，适合对批量样本进行高效筛选。 02 技术参数 成像模式 斜光片照明荧光成像适用标记技术 Dylight594,mCherry,PI,GFP, YFP体素分辨率 1.3μm*1.3μm*0.92μm连续切削厚度 20-200μm最大样本体积 5㎝*5㎝*2.5㎝ 03 应用实例 △小鼠c-fos全脑表达三维展示及定量胞体统计 BioMapping9500 荧光显微光学切片断层成像系统01 产品简介Biomapping 9500 是基于fMOST技术的多功能荧光三维成像仪器。具备高精度或高通量两种成像模式。搭载切片回收系统，便于后续实验。一站式高效成像平台，适用于多种应用场景。 02 技术参数 成像模式 线性扫描荧光成像适用标记技术 Dylight594,mCherry,PI,GFP, YFP体素分辨率 0.35μm*0.35μm*1μm连续切削厚度 1-200μm最大样本体积 5㎝*5㎝*3㎝ 03 应用实例 △基于琼脂糖包埋的振动切片与切片的全自动回收△272张切片 50μm厚度 11小时 △272张切片 50μm厚度 DAPI染色 7天

近日，山西大学激光光谱研究所陈旭远教授和王梅教授等人在《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表文章《Vertical Graphene Canal Mesh for Strain Sensing with a Supereminent Resolution》，报导了一种基于三维竖直石墨烯(Vertical Graphene, VG)的超低检测限应变传感器。 　　微应变传感器的发展为微型机器人、智能人机交互、健康监测和医疗康复等众多领域提供了广阔的前景。高分辨率的柔性应变传感器可广泛应用于多种柔性可穿戴电子设备中，有助于提升设备探测灵敏度并保证亲肤性。目前，已有诸多活性材料在柔性传感器中展示了良好的应用效果，如碳纳米管、银纳米线、MXene等。但是具有极高分辨率的柔性应变传感器仍然是应变传感器研究中的一项挑战。 　　作者通过设计三维石墨烯微观和宏观结构制作了网状结构的应变传感器(VGCM)，使其在0-4%的总应变范围内实现了低至0.1‰的应变精确响应，获得了极高的分辨率。同时通过实验验证及理论模拟揭示了VG在应变过程中微裂纹的演化规律和电阻变化机理。 图1 基于VGCM的应变传感器制备过程及VGCM的SEM图像 　　此工作以铜网为模板，利用等离子化学增强气相沉积法在铜网上生长了VG。利用化学刻蚀去除铜网后获得中空网状VGCM结构。这种网状结构使得拉伸应力集中，增强了应变过程中的电阻变化，实现了对低至0.1‰的微小应变的高分辨响应。 图2 拉伸过程中的应力分布示意图 　　有限元模拟展示了VGCM在拉伸过程中的应力分布。结果显示VGCM的中空管道结构使得应力集中分布在管状VGCM的顶端和底部。同时，三维石墨烯竖直结构也会导致应力在竖直结构之间形成集中。 图3 VGCM传感器传感原理图；VGCM应变中的SEM图像；VG和2D石墨烯应力分布模拟图 　　进一步通过实验验证了在拉伸情况下，应力集中产生裂纹且主要分布在中空管道顶端和底部。裂纹的产生加速了电阻的增加，从而提高了VGCM的灵敏度和分辨率，与模拟结果完全吻合。VGCM传感器利用了三维石墨烯的微观结构和网状的宏观结构的协同作用，使得应力集中，增大了电阻在拉伸过程中的变化，赋予了VGCM传感器卓越的分辨率和良好的应用前景。

结构和功能的异质性是普遍存在的生命现象，这要求在生殖发育研究、药物筛选等领域进行大规模的样品研究来消除个体差异。其中斑马鱼作为一种重要的模式生物，由于其体积小、透明度好、繁殖能力强等特点非常适合利用其进行大规模成像，在大规模遗传发育研究和药物筛选方面具有明显优势。然而目前常规成像技术受进样方式及成像方法限制，往往只能对少数斑马鱼样品进行手动操作的二维成像。近年来发展的光片照明显微镜可以实现对斑马鱼进行高分辨、低光照的三维成像，但是由于凝胶固定等复杂的样品准备流程，仍然无法满高通量的成像需求。并且获得一个完整的斑马鱼胚胎三维图像，往往需要在多个区域中分别扫描成像而后进行图像拼接，进一步限制了其在高通量分析中的应用。鉴于此，中科院苏州医工所李辉课题组将流式成像与光片结合，建立了流式光片成像系统（light-sheet flow imaging system， LS-FIS）。通过设计精密的控制时序，斑马鱼样品逐个地被加载到与水具有相似折射率的FEP管道中，并以倾斜的角度连续通过光片照明区域，与光片面垂直的物镜采集荧光信号进行成像。LS-FIS在样品流过照明面时进行连续成像，每帧图像叠加形成三维图像，从而实现了不进行图像拼接的情况下全斑马鱼胚胎的高通量三维成像。研究人员还在光片光路中引入明场照明与成像来完成样品运动速度标定与矫正，实现优于3μm的细胞分辨率三维成像。得益于高效的流式进样方式以及先进的图像重建算法，利用LS-FIS可实现200 胚胎/小时的全斑马鱼胚胎三维成像，相较于传统光片技术通量提高了50倍以上，这为使用斑马鱼进行大规模的遗传发育研究和药物筛选提供了仪器装备基础。相关结果以“Heterogeneities of zebrafish vasculature development studied by a high throughput light-sheet flow imaging system”的论文标题发表在最近的Biomedical Optical Express期刊上。图1 a）LS-FIS系统光路图；（b）LS-FIS液路图；（c）利用LS-FIS获得的典型全胚胎斑马鱼血管三维图像Tg(kdrl: EGFP)；（d）躯干放大图；（e）图b中三维截面图可清晰分辨血管内壁；（f）头部放大视图，可清晰分辨主要血管结构利用LS-FIS技术，研究人员进行了斑马鱼躯干及头部血管发育研究，统计并分析了3-9 dpf的斑马鱼节间血管三维长度及眼部晶状体血管网形态变化，共获得超过500条全胚胎斑马鱼三维图像。针对这些大量数据的统计分析显示，节间血管总长在7dpf前持续增长，并且与二维结果一致；但7-9dpf间由于形态卷曲程度增加，二维图像已难以正确体现真实的血管长度，体现出三维成像在血管发育定量评价中的重要性。另一方面，针对晶状体血管网络这种典型的三维空间结构，仅二维成像更加无法全面获得其特征信息。而通过LS-FIS，可以方便地从全胚胎三维结构中分割出眼部区域，进而统计其形态结构，研究结果表明，虽然眼部晶状体血管网络（hyaloid basket）的形态在3-8dpf内仍然为持续增长趋势，但其方差仅为节间血管发育的10%。这提示尽管来自同一批胚胎，斑马鱼不同部位的异质性仍然存在很大差距，这也表明了大规模三维成像对于遗传发育的必要性。图2 （a）全胚胎三维数据中分割出躯干部分节间血管，并绘制血管发育曲线；（b）全胚胎三维数据中分割出头（左上）部及晶状体血管网络（右上、左下），并统计晶状体网络形状的深度及直径信息，绘制其变化曲线（右下）为适应大规模三维图像数据自动化分析的要求，研究人员还开发了基于深度学习的相关图像分析处理算法。针对斑马鱼节间血管，提出了一种多尺度特征的三维卷积神经网络（MS-3D U-Net），通过多尺度特性学习和基于硬注意力机制的损失函数，实现了对三维图像的血管分割和识别，识别准确度达到90%以上（AUC值）。相关结果也发表在Biomedical Optical Express期刊上[1]。图3 LS-FIS样机论文第一作者为助理研究员杨光，通讯作者为李辉研究员。LS-FIS样机和图像分析算法为斑马鱼大规模三维成像，进行异型性研究提供了完整解决方案。本工作得到中国科学院仪器装备研制，国家自然科学基金委等项目的支持。参考文献：1. J. Yin, G. Yang, X. Qin, H. Li, and L. Wang, "Optimized U-Net model for 3D light-sheet image segmentation of zebrafish trunk vessels," Biomed. Opt. Express, BOE 13(5), 2896–2908 (2022).

华东师大精密光谱科学与技术国家重点实验室曾和平教授与黄坤研究员团队在中红外三维成像领域取得进展，发展了宽视场、超灵敏、高分辨的中红外上转换三维成像技术，获得了单光子成像灵敏度与飞秒光学门控精度，可为芯片无损检测、远程红外遥感和生物医学诊断等重要应用提供有力支撑，相关成果以“Mid-infrared single-photon 3D imaging”为题于2023年6月9日在线发表于Light: Science & Applications。华东师大为论文的第一完成单位，博士研究生方迦南为论文第一作者，曾和平教授和黄坤研究员为共同通讯作者。激光三维成像技术具有成像分辨率高、测量距离远、探测信息丰富等优点而被广泛应用于自动驾驶、卫星遥感、工业生产检测等众多领域。特别是，中红外波段位于分子指纹光谱区，涵盖多种官能团吸收峰，能够对三维目标进行化学特异性识别，在无损伤物质材料鉴定、无标记生物组织成像，以及非入侵医学病理诊断等领域备受关注。此外，该波段包含多个大气透射窗口，且相较于近红外光有更好穿透烟尘、雾霾的能力，在形貌测绘与遥感识别等方面具有独特优势。长期以来，如何实现趋近单光子水平的探测灵敏度都是中红外三维成像领域的国际研究热点，对于促进其在低光通量、光子稀疏的微光探测场景下的应用具有积极意义。然而，单光子水平的激光三维成像长期以来仅局限在可见光/近红外波段，主要制约因素在于中红外波段缺乏高探测灵敏度与高时间分辨率的光子探测与成像器件。近年来，随着红外器件工艺精进与新材料涌现，中红外探测器性能得到了长足发展，但依然面临着增强灵敏度、提升响应带宽、扩大像素规模、提高工作温度等亟待解决的难题。中红外三维测量可以采用光学相干层析、光热成像、光声成像等技术方案来实现，但往往需要逐点扫描，无法单次获取高性噪比的大面阵成像。因此，实现大视场、高分辨的中红外单光子三维成像仍颇具挑战。图3：中红外单光子三维成像装置图为此，华东师大研究团队发展了基于高精度非线性光学取样的中红外上转换测控技术，实现了超灵敏、高分辨、大视场的中红外三维成像，展示了单光子探测灵敏度、飞秒门控时间精度以及百万像素宽画幅。具体而言，研究人员采用非线性光学和频过程将信号波长高效转换至可见光波段，利用高性能硅基相机即可实现红外成像，从而规避了现有红外焦平面阵列灵敏度不足的技术瓶颈。同时，该上转换成像系统采用同步脉冲泵浦方案，可将背景噪声限制在极窄时间窗口内，结合精密频谱滤波可以有效提升探测信噪比，进而实现单光子水平的成像灵敏度。此外，研究人员沿用课题组此前发展的非线性广角成像技术[Nature Commun. 13, 1077 (2022)]，通过单次曝光即可获得大视场成像，免除了逐点机械扫描过程，大幅提升了成像速度。图4：中红外三维立体成像，被测信号强度约为1光子/像素/秒进一步，研究人员采用超快光学符合门控技术，精确测量中红外信号的相对飞行时间，从而得到被测物体表面的形貌信息。该时间飞行成像系统的时间分辨能力取决于光学脉冲宽度，可以达到飞秒水平的时间标记精度，通过高速延时扫描与宽场全幅采集，对被测场景进行快速时域切片，进而反演出目标界面的反射率、透射率以及材料的吸收率、折射率、色散量等丰富信息。图4展示了多角度中红外照明下三维数据信息融合重构出的被测目标立体形貌，其中被测信号强度约为1光子/像素/秒。图5：时空关联去噪算法，信号和噪声水平分别约为0.05和1000光子/像素/秒 在稀疏光子场景中，有效信号往往被淹没在严重的背景噪声中，仅从强度信息通常难以识别被测目标。为此，如何有效地区分信号和噪声光成为单光子成像的关键难点。为模拟极低照度、高噪声场景，该研究团队将红外信号衰减至0.05光子/像素/秒，对应的信噪比低至1:20000。如图5a-c所示，传统强度峰值识别算法并不能有效甄别信号。在主动成像中，成像系统接收的信号光子在时-空域上具有一定的连续性，而背景噪声光子则会随机分布在整个时间轴与空间像素点上。 基于该特性，研究人员发展了精确、高效和鲁棒的点云去噪算法，通过关联增强空间相邻像素与相邻时间帧的强度，有效提取与甄别信号光子，进而实现高背景噪声下的中红外单光子三维成像（图5d-i）。 所发展的中红外三维成像技术具备高灵敏与高分辨的独特优势，结合该波段优越的抗散射干扰能力，对于复杂环境下的红外场景恢复具有重要意义，可以发展出中红外散射成像与中红外非视域成像。此外，通过调谐中红外信号波长，可以实现四维高光谱成像，可为材料检测、无损探伤、生物成像等创新应用提供有力支撑。 近年来，曾和平教授与黄坤研究员课题组在红外单光子测控方面开展了系列创新研究，先后发展了中红外非线性广角成像 [Nature Commun. 13, 1077 (2022)]，中红外单光子单像素成像[Nature Commun. 14, 1073 (2023)]，以及高帧频中红外单光子光谱 [Laser Photonics Rev. 2300149 (2023)]等。相关工作得到了科技部、基金委、上海市、重庆市与华东师大的资助。

AutoScan Inspec全自动桌面三维检测系统将快速准确的三维扫描测量和功能齐全的三维全尺寸检测进行创新性结合，专注于小尺寸精密工件扫描，一体式外观设计，直观的用户界面，引导式操作方式，融合AI智能补扫算法；全自动高效扫描、工业级高精度、出色的数据细节、全尺寸检测流程，保证三维测量和质量控制快速完成，可广泛应用于塑料零部件、叶轮叶片、小尺寸铸件等逆向设计、批量化检测及质量控制等工业场景。● 计量级高精度高性能硬件搭配强劲的3D视觉算法，精度≤10μm，满足工业检测、质量控制等应用要求。● 全自动高效扫描一体式机身搭载三轴设计，自动亮度调节功能，一键快速获取扫描数据。支持多件扫描，数据自动分别存储，快速高效。●出色的数据细节得益于500万像素工业相机，高分辨率展示数据细节。●智能软件支持AI智能补扫算法，智能规划补扫路径，同时兼具路径存储功能，针对重复样品可以导入路径智能扫描。可轻松导出数据至CAD/CAM软件，对接Geomagic Control X、PolyWorks|Inspector、Geomagic Design X 等检测和逆向软件。●应用非接触测量质量检测逆向工程产品设计创新点：1.AutoScan Inspec全自动桌面三维检测系统将快速精准的三维扫描测量和功能齐全的三维全尺寸检测进行创新性结合； 2.计量级高精度：高性能硬件搭配强劲的3D视觉算法，精度≤ 10μ m，满足工业检测、质量控制等应用要求； 3.500万像素工业相机，高分辨率展示数据细节。 先临三维全自动桌面检测三维扫描仪AutoScan Inspec

4月1日，深圳，先临三维旗下子公司天远三维与大族机器人联合发布RobotScan UE机器人全自动三维检测系统，在全自动三维检测系统自主品牌的发展中迈出重要一步，降低国外品牌的技术掣肘。 RobotScan UE机器人全自动三维检测系统每项核心组件皆为国内自主研发，包括天远三维自主研发的高精度三维扫描仪、EINSENSE Q 3D数字化全尺寸检测软件以及大族机器人机械臂。该项系统方案可实现机器人全自动、标准化三维扫描并实时进行在线检测与报告传输，同时可根据实际检测场景，进行定制化开发，为国内自动化检测领域提供一项强大的自主品牌解决方案。 RobotScan UE机器人全自动三维检测系统研发背景 随着高精度三维扫描与检测技术的不断成熟发展，三维扫描高效、高精度的应用特征，逐渐为检测行业所认可。天远三维也不断深化三维扫描检测的场景应用，特别是在现代化工厂的检验领域。 传统方式下，以人工进行三维数据获取，扫描角度、过程难以实现标准化，虽然这并不影响后续的检测环节，但是在标准化的生产方式下，数据获取的“随意性”将隐藏部分的数据信息，从而产生数据噪音。随着大数据的发展，数据的真实性以及排躁性愈发重要，自动化扫描检测解决方案因时而生，天远三维在此领域内已进行大量研发创新。为了更好地实现标准化的三维扫描检测，天远三维与大族机器人合作，以机器代替人工，打造高效、标准化的全自动三维扫描检测系统。RobotScan UE机器人全自动三维检测系统优势特点 1.全自动、标准化三维扫描检测，适用现代化工业生产环境2.各核心组件均为国内自主研发，降低国外品牌的技术掣肘3.支持蓝色激光或蓝色结构光，可根据不同的检测场景选择不同光源4.检测软件通过德国PTB认证，数据处理高效可靠，支持定制化开发RobotScan UE机器人全自动三维检测系统首发展示RobotScan UE机器人全自动三维检测系统于2021深圳国际工业零件展览会SIMM（ITES）上进行首次亮相，众多观展人员也在4馆H45展位见证了RobotScan UE机器人全自动三维检测系统的高效、高精度以及标准化检测方式。 RobotScan UE 机器人全自动三维检测系统，搭载EINSENSE Q 工业级高精度检测内核，实现智能检测。 此项合作，是国内机器人和三维扫描领域重点企业的强强联合，大族机器人拥有多年的电机、伺服驱动和运动控制经验，掌握先进的智能机器人的核心关键技术；天远三维专注于高精度3D视觉检测技术，为国家白光三维测量系统行业标准的主要起草单位之一。此次合作，通过国内高新技术的集成，推进了机器人技术在现代工业场景自动化三维检测的应用深化，对于机器人技术普及和三维扫描检测的升级都具有重要意义。 天远三维简介 先临三维旗下子公司天远三维专注于高精度3D视觉检测技术，基于多年计量行业的实践经验与技术积累，研发了激光手持三维扫描检测、高精度三维检测扫描检测、无线跟踪式扫描检测以及多机联动3D视觉检测等一系列高精度3D视觉检测方案，并自主研发3D数字化检测软件，产品广泛应用于：汽车交通、航空航天、铸造模具、电力、军工等专业领域。 大族机器人简介 深圳市大族机器人有限公司，是由上市公司大族激光科技产业集团股份有限公司投资组建，在大族电机机器人研究院100多人的团队基础上孵化而成的国家级高新技术企业。公司总部位于深圳宝安区大族激光全球智能制造产业基地，并于德国、天津设有子公司，团队汇聚了来自世界各个国家的、顶尖的机器人行业专家，助力大族机器人成为世界领先的机器人行业标杆。

扫描电子显微镜，作为实验室必备工具，其功能如同照相机一样，让我们清晰的观察到材料的微观形貌，放大的尺度可以达到微米级甚至是纳米级别。扫描电子显微镜原理图一 扫描电子显微镜图片（左）和EDX图片（右）扫描电子显微镜的原理是利用电子束轰击样品产生二次电子、背散射电子、特征X射线、阴极荧光等信号，这些信号会被不同功能的探头分别接收，成像得到相对应的图片。比如二次电子信号获得的图片是材料的微观形貌，这个图像是灰度图，如图一（左）。特征X射线的图片则反应了材料的成分表征，但这个图片相比于二次电子形貌图，它是一张彩色图片，如图一（右）。由于扫描显微图片是二维的，是无法直观的获得Z方向的高度值。但样品表面的实际形貌是三维的，或许获得一个三维图像，可以更加准确的得到真实形貌。我们测试一个铝合金的断口，利用Hitachi Map 3D和SU5000的五分割BSE探头的外环四象限，分别获取图片并最终形成一张三维图片，再获取EDX的成分表征结果，两者叠加，可以得到一张彩色的三维形貌成分图，如图二所示。不仅可以在X，Y，Z方向准确的观察样品材料，同时获得三维成分信息分布的情况。图二 3D形貌EDX图片日立多功能自动化热场扫描电子显微镜SU5000，不仅配置有多个高性能探头，还可以对其增加多种扩展附件及软件，如EDS，EBSD，拉伸台，压缩台，加热台，制冷台，冷冻传输，真空转移，纳米操作手等，也可以进行光镜与电镜联用，原子力显微镜联用，拉曼联用， 3view超薄切片等，甚至可以多附件的联合使用，真正实现了一机多能。图三 SU5000及5分割BSE探头公司介绍：日立科学仪器（北京）有限公司是世界500强日立集团旗下日立高新技术有限公司在北京设立的全资子公司。本公司秉承日立集团的使命、价值观和愿景，始终追寻“简化客户的高科技工艺”的企业理念,通过与客户的协同创新，积极为教育、科研、工业等领域的客户需求提供专业和优质的解决方案。 我们的主要产品包括：各类电子显微镜、原子力显微镜等表面科学仪器和前处理设备，以及各类色谱、光谱、电化学等分析仪器。为了更好地服务于中国广大的日立客户，公司目前在北京、上海、广州、西安、成都、武汉、沈阳等十几个主要城市设立有分公司、办事处或联络处等分支机构，直接为客户提供快速便捷的、专业优质的各类相关技术咨询、应用支持和售后技术服务，从而协助我们的客户实现其目标，共创美好未来。

近日，珠海首次大规模入海污染通量监测分析项目已完成阶段性任务，任务包括开展70条入海河涌排洪渠、断面和31个入海排污口的入海污染通量以及水质指纹（三维荧光光谱）监测和评估，主要监测指标包括盐度、pH值、溶解氧、化学需氧量、高锰酸盐指数、总氮、无机氮、总磷、石油类、流量、三维荧光光谱等。在开展监测过程中，监测单位运用多普勒流速流量无人走航船、三维荧光光谱仪等先进仪器获取水体水文信息和水质指纹，在摸清入海污染通量的同时，建立可供海洋污染溯源的水质指纹库和溯源模型。“水中的污染物组分不同，呈现出来的三维荧光光谱就随之不同，这些特征光谱就是水质的指纹。”市西部生态环境监测中心工程师杨锡明介绍，“本项目就是基于三维荧光光谱测定结果，建立谱库分析模型，分析入海河涌、入海排污口水质指纹特征，确定其污染类型，然后追溯水中污染物的排放来源。”对于三维荧光光谱技术，今年2月，标准《在线水质荧光指纹污染预警溯源仪技术要求》正式实施，具体可查看：三维荧光光谱方法识别判定水污染排放源。该项标准即采用三维荧光光谱方法识别判定水污染排放源的技术。三维荧光光谱技术除了检测水质外，还可以检测气体，应用于大气环境防治及污染处理。在第十一届光谱网路会议（iCS2022）上，陕西科技大学陈庆彩教授将讲解“三维荧光光谱在大气污染科学研究和控制中的应用”，报告将讲述三维荧光光谱法在大气污染形成机制和来源鉴定中的应用案例和理论技术、关键技术，以及应用范围，从检测设备的设计和搭建，到数据处理和实际应用过程。》》》点击报名》》》

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近日，南方科技大学生物医学工程系教授吴长锋课题组成功开发了一系列高亮度聚合物点荧光探针，通过荧光探针功能化和扩展成像技术，在普通荧光显微镜上可以观察到精细的亚细胞结构，分辨率高达30 nm。相关成果发表在材料领域知名期刊Advanced Materials。超分辨光学成像因其能够提供低于衍射极限的分辨率而获得了2014年诺贝尔化学奖，当前超分辨技术主要分为两类：基于激发光调制的超分辨成像和基于单分子定位的超分辨成像。扩展显微成像采用了截然不同的思路：通过将样本膨胀扩大，使得原本在衍射极限范围内的相邻分子由于距离变大而变得清晰可辨。该方法不依赖于复杂的成像系统，用普通共聚焦显微镜可以获得纳米级分辨率，但样本扩展过程中由化学猝灭及密度稀释导致的荧光亮度衰减是该方法进一步发展的难题。针对这一问题，研究团队开发了适用多色扩展显微成像的聚合物点荧光探针。相比于商用的荧光染料，聚合物点的荧光标记亮度可以提高6倍。由于聚合物点的高亮度标记，细胞骨架微管蛋白的三维空间构象、网格蛋白有被小泡以及神经元突触结构等，都能够在普通荧光显微镜上解析出来（图1a-c）。课题组进一步将聚合物点探针、扩展成像技术、和光学涨落超分辨技术结合起来，在普通宽场显微镜上实现了约30 nm的超高分辨率成像，更加真实地还原出微管蛋白尺寸以及线粒体中空膜结构等细节信息（图1d-j）。这些发现展示了高亮度聚合物点在生物光学成像的应用潜力。 图1三维超分辨扩展-光学涨落联合成像解析亚细胞精细结构图2 全自动细胞免疫荧光标记平台南方科技大学-香港浸会大学联合培养博士生刘洁为本文第一作者，南方科技大学为该论文的通讯单位。以上研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、深圳市科技创新委员会资助项目等的支持。

世博会徽标、招手的海宝、迎客的茶壶……在一个高2.8米、直径1.3米宛若水帘洞的圆柱体空间内，一件件上海世博会标志物栩栩如生地展现在人们眼前。没有观看角度的限制、无须佩戴特制眼镜，人们惊喜地体验到360度全景观看这些三维立体影像的璀璨感受。日前，由华东师大信息科学技术学院教授刘锦高课题组研发的“三维体扫描大型成像显示器”正式亮相，即将在世博会重大活动中使用。这一精准同步的光、机、电一体化高科技产品将引领人们感受真正的三维立体效果。 　　首创“旋转真三维”显示系统 　　真正的三维立体效果，是将物体的长度、宽度、深度(厚度)直观地进行再现。由于条件限制，多数三维立体效果在深度的展示上都有所欠缺，即使是观看3D电影，有时还是会受到观察角度的限制，无法完全享受身临其境之感。然而，华东师大研发的这套全新的三维体扫描电子系统的核心部件由数十枚32位CPU组成，它们的运算能力远胜一般的多核计算机。它将立体对象提取出不同的切面、切片进行显示，利用扫描在三维空间的体像素构成了立体图像，展示了一个最接近真实物体的立体画面。这套拥有水平与垂直视角的全角光场立体显示器，满足了水平视差与垂直视差的观看要求，再现人们观察世界的真实感受，并获得高亮璀璨的显示效果，从而带给人们质感的3D影像。 　　刘锦高课题组此次研制大型体扫描显示器仅用了短短几个月的时间，克服了一系列困难。目前，课题组已成功研制了一套大型显示系统及一套备份系统。显示器的首度公开亮相，标志着一种全新的大型立体显示方式的诞生。它突破了以往裸视三维立体显示技术(例如LCD、PDP技术等)需要借助二维平面来展现三维影像的瓶颈，通过对物体进行旋转扫描，将图像置于一个真实的立体空间，实现了真正意义上的三维立体显示。该研发工作得到了上海市科委的大力支持。 　　刘锦高表示，此套系统是我国自主研发的产品，属世界首例，拥有完全的自主知识产权。 　　探索计算机图形学新领域 　　“目前的计算机图形学主要基于平面光栅扫描理论。而这套新系统的研发为计算机图形学向三维体扫描方向的发展奠定了基础。”刘锦高告诉记者，三维体扫描大型成像显示器的研制成功，突破了传统计算机图形学理论，为图形扫描理论和技术的发展开辟了新的研究方向，并提供了有力的实例论证。 　　他表示，目前，体扫描计算机图形学还处于探索阶段，仍有许多问题需要进一步细化研究。“这对于我们科技工作者来说，意味着新的一轮挑战。” 　　力拓技术应用的崭新境界 　　这套显示系统在军事训练、医疗诊断、数据可视化、工程产品设计、景观建筑、视频游戏、虚拟现实、多媒体教学等方面具有广阔的应用前景。 　　“就以医疗诊断来说，我们通过CT、核磁共振获取的人体或器官扫描影像本来可以提供三维数据，但由于三维成像显示技术尚未成熟，目前只能以胶片或其他介质的二维形式来显示，需要有经验的医学专家才能判读，增加了诊断的难度。若将这些数据通过三维体扫描显示器来再现，就会有超乎想象的突破。再如，关于航天飞机的设计，我们可以在任何部件的设计改进之后马上显示其整体效果。”刘锦高如数家珍般给出不少例子。

近日，长光辰英S3000超快三维荧光成像系统，在成都四川大学生物治疗国家重点实验室装机试用，S3000凭借其快速共聚焦切片成像的核心特点，受到众多老师关注，争先申请试用。试用现场，产品经理对成像原理进行详细讲解，演示系统操作流程，并为试用过程中老师遇到的问题进行一一解答。川大重点实验室王老师：“将原来一整天的拍摄时间缩短到2个小时以内，这样的拍摄效率，要得”。S3000超快三维荧光成像系统，软件易学易用，操作简单。节省了共聚焦层扫的宝贵时间，提升实验效率及科学产出，更好地助力科研工作。S3000超快三维荧光成像系统由快速三维扫描狭缝转盘模块、高分辨率高灵敏度相机、大功率低光毒性LED荧光激发光源及自动化显微镜主机构成。超快共聚焦成像。采用结构光转盘技术,光通量比针孔式转盘提高数倍,允许LED激发光源共聚焦成像 根据相机配置、成像度可达30-50帧/秒 三种切片模式自由切换,实现快速成像和高质量成像的结合。全谱段探测。一个LED光源可应对全谱段检测应用,激发光:370-700 nm,发射光:410-750 nm 覆盖常见荧光染料的光谱范围 4位滤光块转轮,通道切换时间小于0.2s,滤光块免工具更换,可实现4+N多通道荧光拍摄。模块化设计。采用紧凑的共聚焦光路设计,仪器外形更小巧 无需庞大空间也可安装,共聚焦模块可灵活耦合在正置、倒置、体式等各种显微镜上，适应不同应用场景。高可靠性及可扩展性,兼容已有成像设备,让科学工作者从仪器维护中释放出来,把更多时间投入到科学研究本身。该仪器在四川大学生物治疗国家重点实验室试用展示一周后，还将在华西口腔医院及四川大学生命科学学院分别做试用演示。届时欢迎想了解的老师及经销商同仁莅临观摩试用。样片showtime小鼠神经突触 60X NA1.4 oil给药细胞 60X NA1.4 oil果蝇脑神经元 40X NA 0.95