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：

科学家绘制人类大脑一小部分的高分辨率地图

科学家绘制人类大脑一小部分的高分辨率地图 根据发表在《》期刊上的一项研究，哈佛和 Google 的科学家绘制出人类大脑一小部分的高分辨率 3D 地图。图谱揭示了脑细胞神经元之间的新连接模式，以及围绕自身形成结的细胞，以及几乎互为镜像的成对神经元。3D 地图覆盖了大约一立方毫米的体积，是整个大脑的百万分之一，包含了大约 57,000 个细胞和 1.5 亿个突触。它包含了 1.4 pb 的庞大数据。这块大脑碎片取自一名 45 岁的女性，当时她正在接受治疗癫痫的手术。它来自大脑皮层，这是大脑中负责学习、解决问题和处理感官信号的部分。样品浸泡在防腐剂中，并用重金属染色，使细胞更容易被看到。研究人员将样本切成大约 5000 片每片只有 34 纳米厚可以用电子显微镜成像。他们建立了 AI 模型，能将显微镜图像拼接在一起，以 3D 方式重建整个样本。来源 ， 频道：@kejiqu 群组：@kejiquchat

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：

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：

中国科大研发超轻头戴荧光显微镜TINIscope设备

中国科大研发超轻头戴荧光显微镜TINIscope设备 中国科学技术大学、中国科学院深圳先进技术研究院和深圳理工大学（筹）的研究团队近日联合开发了一种名为TINIscope的超紧凑头戴式荧光显微镜。这款显微镜的重量仅为0.43克，远轻于传统头戴式设备的约2克重量。传统设备在小鼠等小动物头上植入四个时，因负重过大而可能影响其正常自由活动。 为了解决这一问题，研究团队采用了具备串行输出功能的小型图像传感器芯片，并解决了信号传输的难题。在设计上，他们创新性地改变了传统的垂直排列方式，使得TINIscope的光路设计更加灵活，最小间距仅为1.2毫米。此外，研究团队还引入了换向装置和完整的实验采集系统，以解决动物在自由活动时可能遇到的电缆缠绕问题。 这项研究为脑科学领域带来了全新的研究工具，能够实现对任意四个目标脑区的同步记录。TINIscope的安装角度易于调节，能够满足多种成像需求。其轻巧的设计也使其成为长时间观察小动物头部研究的理想选择。 通过不断的改进和优化，研究团队成功开发出世界上最轻、最紧凑的超微型荧光显微镜TINIscope，并取得了显著的研究成果。这一创新技术有望为脑科学研究带来新的突破，并具有广泛的应用前景。 via 标签: #显微镜 频道: @GodlyNews1 投稿: @GodlyNewsBot 微软 2024 开学季促销

科学家在最近发现的"温奇科姆"陨石中发现有关地球生命起源的新线索

科学家在最近发现的"温奇科姆"陨石中发现有关地球生命起源的新线索 一类罕见的陨石被称为"碳质陨石"，富含碳和氮等化学物质，很可能在向早期地球输送水和有机分子的过程中发挥了关键作用。温奇科姆是一块碳质陨石，据广泛观测，它于 2021 年 2 月坠落在英国，在着陆约 12 小时后才采集到第一批样本。因此，它为科学家们提供了一个研究早期太阳系有机物成分的机会，而不会出现通常会影响陨石研究的严重陆地蚀变效应。纳米级分析与发现由利兹大学、曼彻斯特大学和约克大学的科学家组成的多学科研究小组与伦敦自然历史博物馆、钻石光源、美因茨马克斯-普朗克化学研究所的同事合作，并由德国明斯特大学牵头，首次在纳米尺度上对温奇科姆陨石中的有机物进行了深入分析。他们利用位于柴郡达尔斯伯里的超级电子显微镜设施（SuperSTEM Facility）中世界上功能最强大的电子显微镜之一，将同步辐射数据与有关有机物中存在的功能化学基团性质的超高分辨率光谱信息进行了独特的关联。这幅图示意性地展示了如何非常精确地提取陨石的极薄片，以便在 X 射线光束下（在钻石光源）或在电子显微镜下（在 SuperSTEM）对富含碳化学物质的感兴趣区域进行进一步检查。资料来源：D.M. Kepaptsoglou，SuperSTEM这样就可以对含氮的生物相关分子（包括氨基酸和核碱基）进行引人注目的原位检测，而氨基酸和核碱基是生物学中使用的大型复杂蛋白质的基本组成部分。研究表明，温奇科姆仍然含有原始的地外有机分子，这些分子可能对早期地球生命的出现至关重要。研究结果发表在《自然通讯》杂志上。利兹大学化学与加工工程学院高级电子显微镜学教授昆廷-拉马斯（Quentin Ramasse）是SuperSTEM实验室电子显微镜小组的负责人，他介绍说："这项工作表明，最近电子显微镜仪器的进步，包括单色高能分辨率电子源和高灵敏度的新型探测器设计，使我们能够以前所未有的分辨率和效率分析地外有机物。这为今后利用紧凑型、易于获得的电子显微镜仪器以及同步辐射研究这些材料开辟了新的途径"。前沿技术和未来影响领导这项研究的明斯特大学高级研究员克里斯蒂安-沃尔默（Christian Vollmer）说："无需使用任何化学提取方法就能在温奇科姆鉴定出氨基酸和核碱基等生物相关分子，这令人非常兴奋，尤其是我们能够在纳米尺度上突出这些分子局部浓度的空间变化。这表明，我们的方法使得绘制陨石中的功能化学图谱成为可能，即使有机域的尺寸非常小，化合物的丰度非常低"。研究人员使用了超级电子显微镜实验室（SuperSTEM Laboratory），这是英国国家先进电子显微镜研究设施，由英国工程与物理研究理事会（EPSRC）支持。该设施拥有世界上研究物质原子结构最先进的设备，由利兹大学牵头的学术联盟（还包括参与该项目的曼彻斯特大学和约克大学，以及牛津大学、格拉斯哥大学和利物浦大学）支持运营。在 X 射线光束下（钻石光源）或在电子显微镜下（SuperSTEM），可以非常精确地提取陨石的极薄片，以富含含碳化学物质的感兴趣区域为目标，进行进一步检查。收藏温奇科姆陨石的自然历史博物馆研究员阿什利-金博士说："我们的观测结果表明，温奇科姆是碳质陨石收藏中的重要一员，其原始的成分使我们对早期太阳系有机分子的认识有了新的突破"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：