加州理工学院开发新型光声矢量断层扫描PAVT技术 无需动刀可看深层血流

加州理工学院开发新型光声矢量断层扫描PAVT技术 无需动刀可看深层血流 加州理工学院医学工程和电气工程布伦教授王立宏的实验室开展的新研究，现在可以用非侵入性的方式对人体深层血管甚至是流经血管的血液进行成像。加州理工学院的新型光声矢量断层扫描（PAVT）技术能够对深层血管进行突破性的无创成像，并对血流动态进行详细分析。创新成像技术：PAVT在发表于《自然-生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）杂志上的一篇文章中，Wang 和他的同事描述了这种技术，他们称之为光声矢量断层扫描（Photoacoustic vector tomography，简称 PAVT）。这项技术在很多方面都与王立宏的其他光声成像技术相似，后者利用的是能被红细胞中的载氧分子血红蛋白很好吸收的激光。血红蛋白分子吸收激光的能量后会产生超声波振动。这些振动在整个组织中传播，直到到达皮肤表面，被连接到计算机上的传感器检测到。然后，计算机会生成组织特征的图像，在本例中就是血管。这并不是王的实验室第一次展示利用光声学技术对血管进行成像的能力，但这种新方法能比以前更深入地对人体内的血流进行成像，并首次不仅显示了血管的存在及其氧合状态，还显示了血液是如何在血管中流动的。血流成像技术的突破"以前，我们只能显示血管的大小、血液的浓度和血氧饱和度，"安德鲁和佩吉-程医学工程领导力讲座教授王说。"现在，我们可以测量矢量流，它同时显示流速和方向。我们这个领域研究光声技术已经有 20 多年了，但没有人预料到会有这样的结果。我们自己也很惊讶，因为我们的领域认为这是不可能的。""当我第一次看到我们的血流图像时，我绝对大吃一惊，"第一作者、医学工程博士后学者副研究员张洋说。"这项工作最令人兴奋的地方在于，我们将工程学和生理学协同起来，克服了以前认为该领域无法克服的障碍"。研究小组之所以能够看到血流方向和流速，是因为 PAVT 具有非常精细的分辨率，能够辨别出人体深处红细胞分布所产生的信号。集成在系统中的算法会跟踪这些分布的运动，并推断出血流的速度和方向。这有点像Google通过观察手机在该区域的移动速度来判断高速公路上的交通流量有多大。研究人员假设，红细胞的异质分布有助于他们拍摄人体血流的图像和视频，而红细胞的异质分布部分源于全身血管的结构方式。在巴西亚马逊河和内格罗河的交汇处，可以看到两条河流的水平行流淌，并在汇合后的一段时间内保持不混合。血管中也有类似现象。图片来源：Portal da Copa/Wikimedia Commons王立宏将静脉中的情况比作两条水质不同的河流（一条清澈，一条浑浊）汇合成一条更大的溪流。在这样的汇合处，即使流经相同的河道，两股河水在很长一段距离内仍未混合的情况并不少见。当两根输送不同血液成分（含氧和不含氧）血液的静脉汇合在一起时，也会出现类似的现象。尽管这两条血管的血液汇合成一股，但在一段时间内仍会保持未混合状态。PAVT 系统可以分辨出这些未混合的斑块，并跟踪它们的运动。由于红细胞吸收来自 PAVT 系统的激光的方式因其是否含氧而异，因此 PAVT 还能确定特定血管中的血液携带了多少氧气。王补充说："这使我们能够量化耗氧量，而耗氧量是衡量新陈代谢的重要指标。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

麻省理工学院的新型核磁共振成像技术揭示大脑深处隐藏的光线

麻省理工学院的新型核磁共振成像技术揭示大脑深处隐藏的光线 现在，麻省理工学院的工程师们想出了一种新方法来检测大脑中这种被称为生物发光的光：他们改造了脑血管，使其表达一种蛋白质，这种蛋白质能使血管在光的作用下扩张。这种扩张可以通过磁共振成像（MRI）观察到，从而使研究人员能够精确定位光源。"我们在神经科学以及其他领域面临的一个众所周知的问题是，在深层组织中使用光学工具非常困难。"麻省理工学院生物工程、脑与认知科学以及核科学与工程学教授艾伦-贾萨诺夫（Alan Jasanoff）说："我们研究的核心目标之一就是想出一种方法，以相当高的分辨率对深层组织中的生物发光分子进行成像。"贾萨诺夫和他的同事们开发的新技术可以让研究人员比以前更详细地探索大脑的内部运作。贾萨诺夫同时也是麻省理工学院麦戈文大脑研究所的副研究员，他是这项研究的资深作者，研究报告发表在今天（5月10日）的《自然-生物医学工程》上。麻省理工学院前博士后罗伯特-奥伦多夫（Robert Ohlendorf）和李楠是这篇论文的主要作者。一种利用磁共振成像（MRI）检测大脑生物发光的新方法。麻省理工学院开发的这项技术可以让研究人员比以前更详细地探索大脑的内部运作。图为血管在转导了光敏基因后呈现鲜红色。图片来源：研究人员提供生物发光蛋白存在于许多生物体内，包括水母和萤火虫。科学家利用这些蛋白质标记特定的蛋白质或细胞，然后用发光仪检测它们的发光。荧光素酶就是经常用于此目的的蛋白质之一，它有多种形式，能发出不同颜色的光。贾萨诺夫的实验室专门研究利用核磁共振成像技术为大脑成像的新方法，他们希望找到一种方法来检测大脑深处的荧光素酶。为此，他们想出了一种将脑血管转化为光探测器的方法。一种流行的核磁共振成像是通过成像大脑中血流的变化来实现的，因此研究人员设计了血管本身，使其通过扩张对光做出反应。贾萨诺夫说："血管是功能性核磁共振成像和其他无创成像技术中成像对比度的主要来源，因此我们认为可以通过光敏血管本身，将这些技术成像血管的内在能力转化为成像光的手段。"为了使血管对光敏感，研究人员设计血管表达一种叫做Beggiatoa光活化腺苷酸环化酶（bPAC）的细菌蛋白质。当暴露在光线下时，这种酶会产生一种叫做 cAMP 的分子，从而导致血管扩张。血管扩张时，会改变含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的平衡，而这两种血红蛋白具有不同的磁性。这种磁性的变化可以通过核磁共振成像检测到。BPAC 专门对波长较短的蓝光做出反应，因此它能检测到近距离内产生的光线。研究人员使用病毒载体将 bPAC 的基因专门传递给构成血管的平滑肌细胞。将这种载体注射到小鼠体内后，整个大脑大面积的血管都变得对光敏感。"血管在大脑中形成了一个极为密集的网络。大脑中的每个细胞距离血管都在几十微米之内，"贾萨诺夫说。"我喜欢用这样的方式来描述我们的方法：我们基本上把大脑的血管变成了一台三维照相机"。一旦血管对光敏感，研究人员就植入经过改造的细胞，如果存在一种叫做CZT的底物，这些细胞就会表达荧光素酶。在大鼠身上，研究人员能够通过核磁共振成像检测荧光素酶，从而发现扩张的血管。研究人员随后测试了他们的技术能否检测到大脑自身细胞产生的光，如果这些细胞被设计成能表达荧光素酶的话。他们将一种名为GLuc的荧光素酶基因植入大脑深部区域（即纹状体）的细胞中。将CZT底物注入动物体内后，核磁共振成像会显示出发光的部位。贾萨诺夫说，这项技术被研究人员称为利用血液动力学的生物发光成像技术（BLUsH），可以通过多种方式帮助科学家了解更多有关大脑的信息。其一，通过将荧光素酶的表达与特定基因联系起来，可用于绘制基因表达变化图。这有助于研究人员观察基因表达在胚胎发育和细胞分化过程中或新记忆形成时的变化。荧光素酶还可用于绘制细胞间的解剖连接图，或揭示细胞如何相互交流。研究人员现在计划探索其中的一些应用，并将该技术用于小鼠和其他动物模型。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

#科普 X 射线成像、PET 扫描、CT 扫描和 MRI 是用于捕获身体内部图像的不同成像技术。

#科普 X 射线成像、PET 扫描、CT 扫描和 MRI 是用于捕获身体内部图像的不同成像技术。 X 射线：主要用于检测骨折、某些肿瘤和其他异常肿块、肺炎、某些类型的损伤、钙化、异物或牙齿问题。 MRA：磁共振血管造影。使用强大的磁场、射频波和计算机来评估血管并帮助识别异常情况。 MRI：磁共振成像。使用磁场和无线电波来拍摄体内图像。 对收集 X 射线检查中未显示的软组织（例如器官和肌肉）的照片特别有帮助。 PET 扫描：正电子发射断层扫描。可用于评估器官和/或组织是否存在疾病或异常状况。PET 还可用于评估器官的功能，例如心脏或大脑。PET 最常见的用途是检测癌症和评估癌症治疗。 CT 扫描：计算机断层扫描。用于识别身体各个区域的疾病或损伤。例如，CT 已成为检测腹部可能存在肿瘤或病变的有效筛查工具。当怀疑患有各种类型的心脏病或异常时，可以要求进行心脏 CT 扫描。

新成像技术揭示有机半导体中的激子动力学 带来改进能量转换材料的潜力

新成像技术揭示有机半导体中的激子动力学 带来改进能量转换材料的潜力 图示：光激发有机半导体 "巴克明斯特富勒烯"两个分子中的电子。新形成的激子（如亮点所示）首先分布在两个分子上，然后才落在一个分子上（如图中右侧所示）。资料来源：Andreas Windischbacher新的成像技术揭示了有机半导体中的激子动力学，有助于深入了解其量子特性和改进能量转换材料的潜力。Wiebke Bennecke。图片来源：Fotostudio Roman Brodel/Braunschweig哥廷根大学、格拉茨大学、凯泽斯劳滕-朗道大学和格勒诺布尔-阿尔卑斯大学的研究人员现在首次非常快速、非常精确地拍摄到了这些激子的图像事实上，精确度达到了四十亿分之一秒（0.000,000,000,000,001s）和十亿分之一米（0.000,000,001m）。这种认识对于开发更高效的有机半导体材料至关重要。相关成果最近发表在科学杂志《自然通讯》上。了解激子动力学当光线照射到材料上时，一些电子会吸收能量，从而进入激发态。在有机半导体（如有机发光二极管中使用的半导体）中，这些受激电子和剩余"空穴"之间的相互作用非常强烈，电子和空穴不再能被描述为单独的粒子。相反，带负电荷的电子和带正电荷的空穴结合成对，称为激子。长期以来，从理论和实验角度理解有机半导体中这些激子的量子力学特性一直被认为是一项重大挑战。Matthijs Jansen 博士。图片来源：Christina Möller新方法揭示了这一难题。该研究的第一作者、哥廷根大学物理学家 Wiebke Bennecke 解释说："利用我们的光发射电子显微镜，我们可以发现激子内部的吸引力极大地改变了它们的能量和速度分布。我们以极高的时间和空间分辨率测量了这些变化，并将它们与量子力学的理论预测进行了比较"。研究人员将这种新技术称为光发射激子层析成像技术。其背后的理论是由格拉茨大学的 Peter Puschnig 教授领导的团队开发的。半导体研究进展这项新技术使科学家们首次能够测量和观察激子的量子力学波函数。简单地说，波函数描述了激子的状态，并决定了其存在的概率。哥廷根大学的 Matthijs Jansen 博士解释了这一发现的意义："我们研究的有机半导体是由 60 个碳原子组成的球形排列的富勒烯。问题是激子是否总是位于单个分子上，还是可以同时分布在多个分子上。这一特性会对太阳能电池中半导体的效率产生重大影响。"斯特凡-马蒂亚斯教授。图片来源：Stefan Mathias光发射激子层析技术提供了答案：激子在光的作用下产生后，立即分布在两个或更多的分子上。然而，在几个飞秒内，也就是在一秒钟的极小部分内，激子就会缩回到单个分子。未来，研究人员希望利用这种新方法记录激子的行为。哥廷根大学的斯特凡-马蒂亚斯（Stefan Mathias）教授认为，这很有潜力："例如，我们希望了解分子的相对运动如何影响材料中激子的动力学。这些研究将有助于我们了解有机半导体的能量转换过程。我们希望这些知识将有助于开发更高效的太阳能电池材料"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

一种基于无透镜成像的新方法可以实现近乎完美的高分辨率显微镜观察

一种基于无透镜成像的新方法可以实现近乎完美的高分辨率显微镜观察 圆环状光束从具有规则重复结构的物体上反弹产生的散射图案。资料来源：Wang 等人，2023 年，"Optica"（光学）。功能最强大的无透镜成像技术被称为"层析成像"，其工作原理是用类似激光的光束扫描样品，收集散射光，然后利用计算机算法重建样品图像。虽然层析成像技术可以观察到许多纳米结构，但这种特殊的显微镜在分析具有非常规则的重复图案的样品时会遇到困难。这是因为在扫描周期性样品时，散射光不会发生变化，因此计算机算法会感到困惑，无法重建良好的图像。面对这一挑战，刚刚毕业的博士研究员王斌和内森-布鲁克斯与 JILA 研究员 Margaret Murnane 和 Henry Kapteyn 合作，开发出一种新方法，利用具有特殊涡旋或甜甜圈形状的短波长光来扫描这些重复表面，从而产生更多不同的衍射图样。这使得研究人员能够利用这种新方法捕捉到高保真的图像重建，他们最近在《光学》（Optica）杂志上发表了这篇论文。这项成果还将在《Optica》杂志的《光学与光子学新闻》（Opticsand Photonics News）2023 年光学 年度要闻中重点介绍。这种新的成像方法对于纳米电子学、光子学和超材料的应用尤其具有影响力。Murnane 解释说："将可见激光束结构化（或改变其形状）为甜甜圈和其他形状的能力彻底改变了可见光超分辨率显微镜技术。现在，我们有了将这些强大功能应用到更短波长的途径，这非常令人兴奋"。雕刻涡形高次谐波束为了在台式装置中产生类似激光的短波长光束，JILA 小组使用了一种称为高次谐波发生（HHG）的过程。当超高速激光脉冲击中一个原子时，高次谐波发生器会将一个电子拉走，然后将其驱回母体原子重新结合。原子在接触时，会将电子的动能转化为极紫外（EUV）光。如果数以百万计的原子都同步发出极紫外光，那么这些光波就会产生类似激光的明亮极紫外光束。为了给重复图案成像，JILA 的研究人员需要找到一种改变 HHG 光束的方法，这样当 EUV 光束在样品上扫描时，散射光就会发生变化。为了达到这一效果，研究人员将 HHG 光束从圆盘状转变为涡旋状或甜甜圈状，这就是所谓的轨道角动量（OAM）光束。这种不同的形状对于实现周期性样品的无透镜成像至关重要。当科学家们用漩涡状的 HHG 光束照射显微镜时（见附图），会产生更复杂的散射图案，这些图案会随着样品的扫描而变化。这些变化编码了样品重复图案的信息，使算法能够提取精确的图像。除了这一令人兴奋的结果之外，与扫描电子显微镜相比，这种新型涡流束无透镜成像技术对脆弱样品的损伤也更小。由于许多软性材料、塑料和生物样本都很脆弱，因此有一种精确而温和的方法来对它们进行成像是非常关键的。此外，涡流束无透镜成像比扫描电子显微镜更能检测出纳米图案中的缺陷，因为扫描电子显微镜往往会融化脆弱的样品。对于为下一代纳米、能源、光子和量子设备制造图案化材料的科学家来说，这一进步能够在不破坏高周期结构的情况下对其进行高分辨率成像。正如 Kapteyn 所说："未来，这也有可能以高空间分辨率对微妙的活细胞进行成像"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

阿联酋： 现在可以 “随时随地 ”向迪拜警方报告工资、住宿和安全问题

阿联酋： 现在可以 “随时随地 ”向迪拜警方报告工资、住宿和安全问题 迪拜警方扩大了其 “On-the-Go ”计划，推出了两项新服务，旨在提高便利性和对工人的保护。 最新增加的服务劳动投诉提交平台和为有决心的人提供的专门服务反映了迪拜警方在改善社区福利和确保为社会各阶层提供及时支持方面所做的努力。 劳工投诉服务使工人能够就其工作场所的工资、住宿或职业安全和健康条件提出个人或集体投诉。