三星大炫技，用显微镜拍摄了一支广告

三星大炫技，用显微镜拍摄了一支广告 三星广告「微奇迹的创作者」旨在展示微小半导体的强大力量，把一粒微小的芯片放在显微镜下，透过镜片观看这个微观世界。建构的模型都引用了依赖于半导体的技术，例如视频通话、游戏和太空火箭发射。广告使用了最先进的 3D 纳米打印以及与摄影师和显微镜学家的合作，使用电子显微镜通过动态相机移动来捕捉微观世界。 via 开眼精选 (author: 三星 Samsung 广告精选)

冷冻阻断麻疹低温电子显微镜的突破性发现

冷冻阻断麻疹低温电子显微镜的突破性发现 研究人员准确揭示了中和抗体是如何阻止麻疹病毒感染的，并正在利用这些知识开发新的疫苗和治疗方法，通过阻止麻疹病毒与人体细胞的融合过程来抑制麻疹病毒。他们利用低温电子显微镜观察到了一种名为 mAb 77 的抗体是如何阻断这种融合的，从而获得了同样适用于其他致命病毒的见解。这项研究表明，mAb 77 有可能成为预防或治疗麻疹的鸡尾酒疗法的一部分，尤其是在易感人群中。当麻疹病毒遇到人类细胞时会发生什么？病毒机制以适当的方式展开，揭示出使其自身与宿主细胞膜融合的关键部分。一旦融合过程完成，宿主细胞就完了。它现在属于病毒了。麻疹研究和疫苗开发的进展拉霍亚免疫学研究所（LJI）疫苗创新中心（Center for Vaccine Innovation）的科学家们正在努力开发能够阻止这种融合过程的新型麻疹疫苗和疗法。研究人员最近利用一种名为冷冻电子显微镜的成像技术，以前所未有的细节展示了一种强效抗体如何在病毒完成融合过程之前就将其中和。研究人员捕捉到了与麻疹融合糖蛋白（绿色）结合的新型中和抗体（蓝色）的结构。这种抗体产生了一种独特的中和机制，通过基于细胞的测定和结构生物学的结合得到了解释。资料来源：Dawid Zyla, LJI"这项研究令人兴奋的地方在于我们捕捉到了融合过程的快照，"LJI 教授、总裁兼首席执行官 Erica Ollmann Saphire 博士解释说，她与哥伦比亚大学儿科病毒分子发病机制教授 Matteo Porotto 博士共同领导了这项科学研究。"这一系列图像就像一本翻书，我们看到了融合蛋白展开过程的快照，但随后我们又看到抗体在完成融合过程的最后阶段之前将其锁定在一起。我们认为其他针对其他病毒的抗体也会做同样的事情，但以前还没有这样的图像。"事实上，这项工作的重要性可能超越麻疹。麻疹病毒只是副黏液病毒家族中的一员，该家族还包括致命的尼帕病毒。尼帕病毒的传染性较低，但造成的死亡率却比麻疹高得多。"我们所了解到的融合过程对尼帕病毒、副流感病毒和亨德拉病毒都有医学意义，"该研究的第一作者、LJI 博士后研究员 Dawid Zyla 博士说，"这些都是具有大流行潜力的病毒。"麻疹治疗的迫切需要麻疹是一种高度传染性的空气传播疾病，儿童往往是重灾区。尽管在疫苗接种方面做了大量工作，但该病毒仍然是一个重大的健康威胁。根据世界卫生组织和美国疾病控制中心的数据，2022 年麻疹在全球造成约 13.6 万人死亡，最近在美国十几个州也爆发了麻疹疫情。受害者大多是未接种疫苗或接种疫苗不足的五岁以下儿童。"麻疹造成的儿童死亡人数比任何其他疫苗可预防疾病都多，它也是已知传染性最强的病毒之一，"Saphire 说。Zyla 解释说，面临风险的不仅仅是幼儿。"Zyla说："目前的疫苗效果很好，但孕妇或免疫系统受损的人不能接种。研究第一作者、LJI 博士后研究员 Dawid Zyla 博士 资料来源：Matthew Ellenbogen目前还没有治疗麻疹的特效药，因此研究人员正在寻找抗体，作为预防严重疾病的紧急疗法。为了更好地了解麻疹病毒是如何与细胞融合的，LJI 团队使用了一种名为 mAb 77 的抗体。研究人员发现，mAb 77 的靶标是麻疹融合糖蛋白，它是麻疹病毒通过一种叫做融合的特殊过程进入人体细胞的机器。mAb 77 能否作为治疗麻疹的抗体？为了找出答案，珞珈山国际学院的科学家们研究了这种抗体究竟是如何对抗病毒的。LJI 团队需要设计出一种麻疹融合糖蛋白一种无害的病毒片段足够稳定，可以用冷冻电子显微镜成像。为此，Zyla 与哥伦比亚大学 Porotto 实验室的科学家密切合作。波罗托的研究小组在一种攻击人们中枢神经系统的麻疹变种中发现了一些奇怪的突变。这种变异病毒的融合糖蛋白结构中存在一些薄弱环节。为了弥补这一缺陷，病毒进化出了特殊的稳定变异。波罗托说："病毒必须发生变异才能进入大脑，但这时它需要这些稳定变异来弥补。"得益于哥伦比亚大学的这些发现，Zyla 有了一个简便的蓝图，可以利用这些相同的稳定突变来设计一种融合糖蛋白。这种新的融合糖蛋白可以在细胞培养中大量生产，而且足够坚固，可用于结构研究。Zyla说："我们获得了极高的糖蛋白产量，这也使我们能够进行结构生物学、生物化学和生物物理研究。"接下来，研究人员开始借助 LJI 冷冻电镜核心捕捉图像。新图像显示了融合糖蛋白与 mAb 77 的"复合体"。研究人员发现，mAb 77 能在融合过程的中间阶段阻止病毒此时融合糖蛋白已经完成了部分"折叠"，形成了完成膜融合的正确构象。最后，研究人员终于弄清了 mAb 77 是如何将融合糖蛋白的碎片锁在一起以防止病毒感染的。既然知道了 mAb 77 的作用原理，研究人员希望这种抗体能作为鸡尾酒疗法的一部分，用于预防麻疹或治疗活动性麻疹感染者。在一项后续实验中，研究人员发现，在棉鼠感染麻疹病毒的模型中，mAb 77 能显著预防麻疹。棉鼠在暴露于麻疹病毒之前接受了 mAb 77 的预处理，其肺部组织没有出现感染或感染迹象有所减少。展望未来，Saphire 和 Zyla 有兴趣研究不同的麻疹抗体。Zyla说："我们希望在过程的不同阶段停止融合，并研究其他治疗机会。"Zyla 还计划继续与哥伦比亚大学的麻疹研究人员密切合作。LJI的结构生物学专业知识与哥伦比亚大学的细胞生物学和病毒学专业知识相结合，是推进这个项目的关键。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

科学家发现光合作用的原子级秘密

科学家发现光合作用的原子级秘密 了解光合蛋白质的生产论文的共同作者、研究小组组长迈克尔-韦伯斯特（Michael Webster）博士说："叶绿体基因的转录是制造光合蛋白的基本步骤，光合蛋白为植物提供生长所需的能量。我们希望通过更好地了解这一过程在详细的分子水平上能够帮助研究人员开发出光合作用更强的植物。这项工作最重要的成果是创建了一个有用的资源。研究人员可以下载我们的叶绿体聚合酶原子模型，并利用它提出自己关于叶绿体聚合酶如何发挥作用的假设，以及检验这些假设的实验策略。"光合作用是在叶绿体内进行的，叶绿体是植物细胞内的一个小区块，它含有自己的基因组，反映了叶绿体在被植物吞噬和合并之前曾是自由生活的光合细菌。看到植物叶绿体中转录光合基因的聚合酶分子。用电子显微镜收集到的单个分子图像经过分类和排列，揭示了蛋白质复合体结构架构的细节。资料来源：迈克尔-韦伯斯特和伊斯卡-普拉马尼克约翰-英纳斯中心的韦伯斯特小组研究植物如何制造光合蛋白，光合蛋白是实现这一优雅化学反应的分子机器，它将大气中的二氧化碳和水转化为单糖，并产生氧气作为副产品。蛋白质生产的第一阶段是转录，通过读取基因产生"信使RNA"。转录过程由一种名为 RNA 聚合酶的酶完成。叶绿体 RNA 聚合酶的复杂性50 年前，人们发现叶绿体中含有自己独特的 RNA 聚合酶。从那时起，科学家们就对这种酶的复杂程度感到惊讶。它比它的祖先细菌 RNA 聚合酶有更多的亚基，甚至比人类的 RNA 聚合酶还要大。韦伯斯特小组希望了解为什么叶绿体具有如此复杂的 RNA 聚合酶。为此，他们需要对叶绿体 RNA 聚合酶的结构构造进行可视化。研究小组使用一种称为低温电子显微镜（cryo-EM）的方法，对从白芥子植物中纯化的叶绿体RNA聚合酶样本进行成像。原子级分析的启示通过处理这些图像，他们建立了一个包含分子复合体中 5 万多个原子位置的模型。RNA 聚合酶复合体由 21 个亚基组成，分别在核基因组和叶绿体基因组中编码。研究人员对这一结构进行了仔细分析，从而开始解释这些元件的功能。这个模型让他们确定了一种蛋白质，它能在DNA转录过程中与DNA相互作用，并引导DNA进入酶的活性位点。另一种成分可以与正在产生的 mRNA 相互作用，从而在 mRNA 转化为蛋白质之前保护它不被蛋白质降解。韦伯斯特博士说："我们知道叶绿体 RNA 聚合酶的每一个组成部分都起着至关重要的作用，因为缺少其中任何一个组成部分的植物都不能制造光合蛋白质，因此也就不能变绿。我们正在仔细研究原子模型，以确定装配的 21 个组件中每个组件的作用。"第一作者Ángel Vergara-Cruces博士说："现在我们有了一个结构模型，下一步就是确认叶绿体转录蛋白的作用。通过揭示叶绿体转录的机制，我们的研究有助于深入了解叶绿体在植物生长、适应和应对环境条件中的作用。"共同第一作者伊斯卡-普拉马尼克（Ishika Pramanick）博士说："从极具挑战性的蛋白质纯化开始，到为这一巨大复杂的蛋白质拍摄令人惊叹的低温电子显微镜图像，再到最终看到我们的工作成果的印刷版本，在这一非凡的工作历程中有许多令人惊喜的时刻。"韦伯斯特博士总结道："高温、干旱和盐度限制了植物进行光合作用的能力。面对环境压力仍能可靠地生产光合蛋白的植物可能会以不同的方式控制叶绿体转录。我们期待看到我们的研究成果被用于开发更强健作物的重要工作中。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家研制出改进型中红外显微镜 清晰度提高30倍

科学家研制出改进型中红外显微镜 清晰度提高30倍 这幅插图左上方是用中红外线照射的细菌，下方显微镜发出的可见光帮助捕捉图像。细菌内部的化学图像比传统的中红外显微镜清晰 30 倍。图片来源：2024 Ideguchi 等人/《自然-光子学》（Nature Photonics）研究人员说，这一最新进展产生了 120 纳米的图像，比典型的中红外显微镜的分辨率提高了 30 倍。能够在更小的范围内更清晰地观察样本，有助于多个领域的研究，包括传染病研究，并为未来开发更精确的中红外成像技术开辟了道路。微观领域是病毒、蛋白质和分子的栖息地。借助现代显微镜，我们可以大胆地观察自己细胞的内部结构。但即使是这些令人印象深刻的工具也有其局限性。例如，超分辨率荧光显微镜需要用荧光标记标本。这有时会对样本产生毒性，而且在观察时长时间暴露在光线下会漂白样本，这意味着它们不再有用。电子显微镜也能提供令人印象深刻的细节，但样本必须置于真空中，因此无法研究活体样本。相比之下，中红外显微镜可以提供活细胞的化学和结构信息，而无需对细胞进行着色或破坏。然而，由于中红外显微镜的分辨率相对较低，它在生物研究中的应用受到了限制。超分辨荧光显微镜可以将图像缩小到数十纳米（1 纳米为一毫米的百万分之一），而中红外显微镜通常只能达到 3 微米左右（1 微米为一毫米的千分之一）。然而，东京大学的研究人员在一项新的突破中，实现了比以往更高的中红外显微镜分辨率。"我们的空间分辨率达到了 120 纳米，即 0.12 微米。"东京大学光子科学与技术研究所的 Takuro Ideguchi 教授解释说："这一惊人的分辨率大约是传统中红外显微镜分辨率的 30 倍。"研究小组使用了"合成孔径"技术，该技术结合了从不同照明角度拍摄的多幅图像，以生成更清晰的整体图像。通常情况下，样品被夹在两个透镜之间。然而，透镜会无意中吸收部分中红外光。为了解决这个问题，研究人员将细菌样本（使用了大肠杆菌和Rhodococcus jostiiRHA1）放在硅板上，硅板可以反射可见光并透过红外线。这样，研究人员就可以使用单透镜，用中红外光更好地照射样品，获得更详细的图像。"我们对能够如此清晰地观察细菌的胞内结构感到惊讶。我们显微镜的高空间分辨率可以让我们研究抗菌药耐药性等世界性问题，"Ideguchi 说。"我们相信，我们可以从多个方向继续改进这项技术。如果我们使用更好的透镜和更短的可见光波长，空间分辨率甚至可以低于 100 纳米。有了更高的清晰度，我们希望研究各种细胞样本，以解决基础和应用生物医学问题。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家解决了困扰数十年之久的显微镜问题

科学家解决了困扰数十年之久的显微镜问题 Daan Boltje 和 Ernest van der Wee 的实验装置。光学显微镜的镜头（右下角）被空气包围，透过玻璃板观察小球。在玻璃板顶部，样品被置于一滴水中。玻璃板和小球之间的距离可以调节，这样研究人员就可以改变深度。资料来源：代尔夫特理工大学代尔夫特理工大学（Delft University of Technology）的研究人员现在首次证明，这种扭曲并不是恒定的，这与许多科学家几十年来的假设相反。这一突破发表在《光学》（Optica）杂志上，证实了诺贝尔奖得主斯特凡-海尔（Stefan Hell）在上世纪 90 年代的预测。通过在线计算工具和软件，每位研究人员现在都能确定生物样本的正确深度。用显微镜观察生物样本时，如果物镜透镜所处的介质与样本不同，光束就会受到干扰。例如，当使用被空气包围的透镜观察水样时，光线在透镜周围的空气中比在水中弯曲得更厉害。这种干扰会导致测量的样品深度小于实际深度。"因此，样品看起来会变平。这个问题由来已久，从上世纪 80 年代开始，人们就提出了一些理论来确定一个用于确定深度的校正系数。然而，所有这些理论都假定这一系数是恒定的，与样品的深度无关。尽管后来的诺贝尔奖获得者斯蒂芬-海尔（Stefan Hell）在上世纪 90 年代指出，这种比例可能与深度有关，但还是出现了这种情况"，雅各布-霍根布姆（Jacob Hoogenboom）副教授解释道。代尔夫特理工大学的前博士后谢尔盖-洛格诺夫（Sergey Loginov）通过计算和数学模型证明，样品在靠近透镜的地方确实比远离透镜的地方显得更加扁平。博士生 Daan Boltje 和博士后 Ernest van der Wee 随后在实验室证实，矫正因子与深度有关。Van der Wee："我们已将结果汇编成网络工具和软件，随文章一起提供。有了这些工具，任何人都可以为自己的实验确定精确的校正因子"。"部分得益于我们的计算工具，我们现在可以非常精确地从生物系统中切出蛋白质及其周围环境，用电子显微镜确定其结构。这种显微镜非常复杂、耗时，而且价格昂贵。因此，确保观察到正确的结构非常重要，"Boltje 说。"有了我们更精确的深度测定，我们在错过生物目标的样本上所需花费的时间和金钱就会大大减少。最终，我们可以研究更多相关的蛋白质和生物结构。而确定生物系统中蛋白质的精确结构，对于了解并最终防治异常和疾病至关重要。"在他们制作的网络工具中，您可以填写实验的相关细节，如折射率、物镜孔径角和所用光线的波长： ... PC版： 手机版：

量子气体显微镜QUIONE利用开创性的锶显微技术深入研究材料的微观特性

量子气体显微镜QUIONE利用开创性的锶显微技术深入研究材料的微观特性 量子物理学需要高精度传感技术来深入研究材料的微观特性。从最近出现的模拟量子处理器来看，所谓的量子气体显微镜已被证明是在原子层面了解量子系统的强大工具。这些设备可以产生分辨率极高的量子气体图像：它们可以检测到单个原子。现在，ICFO研究人员（西班牙巴塞罗那）Sandra Buob、Jonatan Höschele、Vasiliy Makhalov博士和Antonio Rubio-Abadal博士，在ICFO的ICREA教授Leticia Tarruell的领导下，解释了他们是如何制造出自己的量子气体显微镜的，该显微镜以希腊雪女神命名为QUIONE。该小组的量子气体显微镜是世界上唯一一台对锶量子气体的单个原子进行成像的显微镜，也是西班牙第一台此类显微镜。除了可以分辨单个原子的极具冲击力的图像之外，QUIONE 的目标是量子模拟。正如 ICREA 教授 Leticia Tarruell 所解释的那样："量子模拟可以用来将非常复杂的系统归结为更简单的模型，进而理解当前计算机无法回答的开放性问题，例如为什么有些材料即使在相对较高的温度下也能无损耗地导电"。玻璃池图片，中间为锶气云 图源：ICFOICFO 小组在这一领域的研究获得了国家层面（西班牙皇家物理学会的奖励，以及 BBVA 基金会、Ramón Areces 基金会、La Caixa 基金会和 Cellex 基金会的项目和赠款）和欧洲层面（包括一个 ERC 项目）的支持。此外，作为加泰罗尼亚政府推广量子技术承诺的一部分，QUIONE 还得到了加泰罗尼亚政府通过企业与工作部数字政策秘书处提供的共同资助。这项实验的奇特之处在于，他们成功地将锶气体带入量子态，将其置于光学晶格中，使原子可以通过碰撞产生相互作用，然后应用单原子成像技术。这三个因素加在一起，使 ICFO 的锶量子气体显微镜在同类产品中独一无二。实验室地图和量子模拟器的位置。资料来源：ICFO为什么是锶？迄今为止，这些显微镜装置依赖于锂和钾等碱性原子，与锶等碱土原子相比，锂和钾的光学光谱特性更为简单。这意味着在这些实验中，锶可以提供更多的成分。事实上，近年来，锶的独特性质使其成为量子计算和量子模拟领域非常受欢迎的应用元素。例如，锶原子云可以用作原子量子处理器，从而解决目前经典计算机所无法解决的问题。总之，ICFO 的研究人员看到了锶在量子模拟方面的巨大潜力，他们开始着手制造自己的量子气体显微镜。QUIONE 就是这样诞生的。实验室中的团队。从左至右Sandra Buob、Antonio Rubio-Abadal、Vasiliy Makhalov、Jonatan Höschele 和 Leticia Tarruell。资料来源：ICFO为此，他们首先降低了锶气体的温度。利用几束激光的作用力，原子的速度可以降低到几乎不动的程度，几乎不移动，在短短几毫秒内就能将温度降低到几乎绝对零度。然后，量子力学定律就会支配它们的行为，原子就会显示出量子叠加和纠缠等新特征。之后，在特殊激光器的帮助下，研究人员激活了光晶格，使原子沿着空间排列成网格状。"你可以把它想象成一个鸡蛋盒，其中的各个位置实际上就是你放鸡蛋的地方。但我们用原子代替了鸡蛋，用光学晶格代替了纸盒，"文章的第一作者桑德拉-布布解释说。"蛋杯"中的原子相互影响，有时会发生量子隧道效应，从一个地方移动到另一个地方。原子间的这种量子动力学模拟了某些材料中电子的量子动力学。因此，对这些系统的研究有助于理解某些材料的复杂行为，而这正是量子模拟的关键理念。气体和光学晶格准备就绪后，研究人员立即用显微镜拍摄了图像，终于可以逐个原子地观察锶量子气体了。至此，"QUIONE"的建造工作已经取得了成功，但它的创造者们还想从中获得更多。因此，除了照片之外，他们还拍摄了原子的视频，并能够观察到，虽然原子在成像过程中应该保持静止，但它们有时会跳到附近的晶格部位。这可以用量子隧道现象来解释。"原子从一个位置"跳"到另一个位置。这是非常美丽的景象，因为我们亲眼目睹了原子固有量子行为的直接表现。最后，研究小组利用他们的量子气体显微镜证实，锶气体是一种超流体，一种没有粘性的物质流动的量子相。"我们突然关闭了晶格激光器，这样原子就可以在空间膨胀并相互干涉。由于超流体中原子的波粒二象性，这就产生了干涉图案。"安东尼奥-鲁比奥-阿巴达尔博士解释说："当我们的设备捕捉到它时，我们验证了样品中超流体的存在。""对于量子模拟来说，这是一个非常激动人心的时刻，"ICREA 教授莱蒂西亚-塔鲁埃尔（Leticia Tarruell）说。"现在，我们的量子气体显微镜中又增加了锶，也许不久之后我们就能模拟更复杂、更奇特的材料。新的物质相有望出现。我们还期望获得更强的计算能力，将这些机器用作模拟量子计算机。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：