科学家利用模糊光三维打印高质量镜片

科学家利用模糊光三维打印高质量镜片 访问：Saily - 使用eSIM实现手机全球数据漫游 安全可靠 源自NordVPN 研究人员开发了一种名为模糊层析成像的新型 3D 打印方法，可以快速生产出具有商业级光学质量的微透镜。他们使用这种技术打印了一个微型透镜阵列，图中的微型透镜阵列由一组镊子夹持。图片来源：加拿大国家研究理事会丹尼尔-韦伯在光学出版集团（Optica Publishing Group）的高影响力研究期刊《光学》（Optica）上，这些研究人员展示了这种新方法，用它制作了一个毫米大小的平凸透镜，其成像性能与市售玻璃透镜类似。他们还表明，这种方法可以在 30 分钟内生产出可以使用的光学元件。韦伯说："由于层析 3D 打印机和所使用的材料价格低廉，我们预计这种方法对于经济高效地快速制作光学元件原型非常有价值。此外，层析 3D打印固有的自由形态特性可以让光学设计师用形状复杂的打印光学器件取代多个标准光学器件，从而简化设计。"这项新技术使用定制的投影透镜来模糊用于固化光敏树脂的激光束。这样就产生了光学上光滑的表面，从而可以打印出商业质量的镜片，如左下角所示的镜片。资料来源：加拿大国家研究理事会丹尼尔-韦伯断层体积增材制造是一种相对较新的制造方法，它利用投射光在特定区域固化光敏树脂。它可以在没有任何支撑结构的情况下一次性打印出整个部件。然而，现有的层析成像方法无法直接打印出成像质量的透镜，因为所使用的铅笔状光束会造成条纹，从而导致部件表面出现小棱角。虽然可以使用后处理步骤来创建光滑的表面，但这些方法增加了时间和复杂性，从而失去了与断层打印相关的快速原型制作优势。韦伯博士说："光学元件的制造成本很高，因为一个正常的透镜需要严格的技术指标，而且制造过程复杂耗时。模糊层析成像技术可用于以低成本的方式进行自由形态设计。随着技术的成熟，它可以更快地制作出新光学设备的原型，这对从商业制造商到车库发明家的任何人都非常有用。"为了测试这种新方法，研究人员首先制作了一个简单的平凸透镜，结果表明它的成像分辨率与具有相同物理尺寸的商用玻璃透镜相当。它还表现出微米级的形状误差、亚纳米级的表面粗糙度和接近玻璃透镜的点展宽函数。他们还利用模糊层析技术制作了一个 3×3 的微透镜阵列，并将其与用传统层析 3D 打印技术打印的阵列进行了比较。他们发现，由于表面粗糙度较大，用传统方法打印的阵列无法对名片成像，但用模糊层析成像技术打印的阵列却可以。此外，研究人员还演示了将球透镜叠印到光纤上，这在以前只能通过一种称为双光子聚合的增材制造技术来实现。目前，他们正致力于通过优化光图案设计方法和将材料参数纳入打印过程来提高组件精度。他们还希望实现打印时间的自动化，使系统足够强大，使其能够用于商业用途。韦伯说："断层三维打印技术是一个迅速成熟的领域，在许多应用领域都得到了应用。在这里，我们利用这种三维打印方法的内在优势来制造毫米级的光学元件。这样，我们就为光学制造技术增加了一种快速、低成本的替代方法，有可能对未来技术产生影响。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家们合成95Mat5抗体 接近研制出单一、通用的抗蛇毒血清

科学家们合成95Mat5抗体 接近研制出单一、通用的抗蛇毒血清 澳大利亚、亚洲和非洲尤其是许多致命毒蛇的栖息地。据估计，每年有多达 138000 人因被毒蛇咬伤而丧生，另有 400000 或更多的人留下终身残疾。现在，斯克里普斯研究所的科学家们发现了一种抗体，这种抗体可以阻断这些国家中的一些蛇类产生的一种主要毒素的致命作用。这项研究的通讯作者之一约瑟夫-雅尔丁（Joseph Jardine）说："这种抗体可以对抗众多蛇类中的一种主要毒素，这种毒素每年导致数万人死亡。这对中低收入国家的人们来说可能非常有价值，因为这些国家因被蛇咬伤而造成的伤亡人数最多。"目前大多数蛇毒抗蛇毒血清都来自马和羊等供体动物。将少量毒液注射到动物体内，使其免疫系统产生反应并释放抗体，这些抗体被提取并纯化为医药级抗蛇毒血清。除了与使用捐献动物（和蛇）相关的伦理问题外，这些往往能挽救生命的抗蛇毒血清在注射时还会引起极度过敏反应。因此，研究人员开始着手解决这些局限性。研究人员比较了各种眼镜蛇的毒液蛋白质，发现所有眼镜蛇毒液中都含有一种蛋白质 - 三指毒素（3FTx），不同种类的眼镜蛇毒液中含有相似的部分。3FTx蛋白"超家族"具有不同的作用；其中许多具有神经毒性，可导致全身瘫痪。随后，研究人员开始寻找能够阻断这种蛋白质的抗体。研究人员将 16 种不同的 3FTx 基因植入哺乳动物细胞，然后在实验室中产生毒素。他们参考了一个由 500 多亿种合成人类抗体组成的抗体库，测试了哪些抗体能与银环蛇（又称中国或台湾银环蛇）的蛋白质结合，这种蛋白质与其他 3FTx 蛋白最相似。他们将搜索范围缩小到大约 3800 种抗体，并测试这些抗体是否能识别其他四种 3FTx 变体。结果有 30 种可以识别。在这 30 个变体中，在所有变体中相互作用最强的是一种名为 95Mat5 的抗体。当给小鼠注射银环蛇、印度眼镜蛇、黑曼巴和眼镜王蛇的毒素时，在所有情况下，啮齿动物不仅免于死亡，还免于瘫痪。研究人员在调查这种抗体为何如此有效时发现，它模仿了 3FTx 通常与之结合的人类蛋白质的结构。由于 95Mat5 是一种合成（单克隆）抗体，因此生产抗蛇毒血清既不需要供体动物，也不需要蛇。Jardine 说："令人兴奋的是，我们可以完全通过人工合成的方法制造出有效的抗体我们没有对任何动物进行免疫，也没有使用任何蛇类。"虽然这种抗体能有效对抗眼镜蛇毒中的神经毒素，但研究人员强调，这种抗体本身并不是万能的抗蛇毒血清。蛇毒是一种复杂的鸡尾酒毒液，通用抗蛇毒血清需要添加针对几大类毒液的抗体，包括在眼镜蛇体内发现的其他3FTx蛋白群和蝰蛇体内常见的毒素，这正是研究人员目前正在努力的方向。研究人员说："因此，最终的通用抗蛇毒血清可能至少需要四到五种抗体，才能有效覆盖更多的毒液类别。95Mat5的发现和开发是开发基于单克隆的通用抗蛇毒血清的重要的第一步，因为它能有效中和蛇毒中最多样、毒性最强的成分之一。"这项研究发表在《科学转化医学》杂志上。 ... PC版： 手机版：

科学家研制出世界上首个3D打印 "大脑模型"

科学家研制出世界上首个3D打印 "大脑模型" 在维也纳医科大学和维也纳工业大学的一个联合项目中，开发出了世界上第一个三维打印的"大脑模型"，该模型以脑部纤维结构为模型，可以使用一种特殊的磁共振成像（dMRI）进行成像。由维也纳医科大学和维也纳工业大学领导的科研团队在一项研究中表明，这些大脑模型可用于推进神经退行性疾病（如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症）的研究。这项研究成果发表在《先进材料技术》（Advanced Materials Technologies）杂志上。磁共振成像（MRI）是一种广泛使用的诊断成像技术，主要用于检查大脑。核磁共振成像可在不使用电离辐射的情况下检查大脑的结构和功能。在磁共振成像的一种特殊变体扩散加权磁共振成像（dMRI）中，还可以确定大脑中神经纤维的方向。然而，在神经纤维束的交叉点很难正确确定神经纤维的方向，因为不同方向的神经纤维会在那里重叠。为了进一步改进流程以及测试分析和评估方法，一个国际团队与维也纳医科大学和维也纳工业大学合作开发了一个所谓的"大脑模型"，该模型是利用高分辨率三维打印工艺制作的。带有微通道的小立方体维也纳医科大学的研究人员作为核磁共振成像专家，维也纳工业大学的研究人员作为三维打印专家，与苏黎世大学和汉堡大学医疗中心的同事密切合作。早在2017年，维也纳工业大学就开发出了一种双光子聚合打印机，可以实现升级打印。在此过程中，还与维也纳医科大学和苏黎世大学共同开展了脑模型的使用案例研究。由此产生的专利构成了脑模型的基础，该模型现已开发完成，并由维也纳工业大学的研究与转让支持团队负责监督。从外观上看，这个幻影与真正的大脑并无太大区别。它要小得多，形状像一个立方体。它的内部是非常细小的、充满水的微通道，大小与单个颅神经相当。这些通道的直径比人的头发丝还要细五倍。为了模仿大脑中精细的神经细胞网络，第一作者迈克尔-沃莱茨（Michael Woletz）（维也纳医科大学医学物理和生物医学工程中心）和弗兰兹斯卡-查鲁帕-甘特纳（Franziska Chalupa-Gantner）（维也纳工业大学3D打印和生物制造研究小组）领导的研究小组使用了一种相当不寻常的3D打印方法：双光子聚合。这种高分辨率方法主要用于打印纳米和微米级的微结构，而不是打印立方毫米级的三维结构。为了为 dMRI 制作合适尺寸的模型，维也纳科技大学的研究人员一直在努力扩大三维打印工艺的规模，以便能够打印出具有高分辨率细节的更大物体。高比例三维打印为研究人员提供了非常好的模型，在 dMRI 下观察时，可以确定各种神经结构。Michael Woletz 将这种提高 dMRI 诊断能力的方法与手机相机的工作方式进行了比较："我们看到，手机相机在摄影方面取得的最大进步并不一定是新的、更好的镜头，而是改进所拍摄图像的软件。dMRI 的情况也类似：利用新开发的大脑模型，我们可以更精确地调整分析软件，从而提高测量数据的质量，更准确地重建大脑神经结构。"改进 dMRI分析软件因此，真实再现大脑中的特征神经结构对于"训练"dMRI 分析软件非常重要。使用三维打印技术可以创建可修改和定制的各种复杂设计。因此，大脑模型描绘的是大脑中产生特别复杂信号并因此难以分析的区域，如交叉的神经通路。因此，为了校准分析软件，需要使用 dMRI 对大脑模型进行检查，并像分析真实大脑一样分析测量数据。由于采用了三维打印技术，模型的设计是精确可知的，分析结果也可以检查。作为联合研究工作的一部分，维也纳医科大学和维也纳理工大学已经证明了这一点。所开发的模型可用于改进 dMRI，从而有利于手术规划和神经退行性疾病（如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症）的研究。尽管概念得到了验证，但团队仍然面临着挑战。目前最大的挑战是扩大这种方法的规模："双光子聚合的高分辨率使得打印微米和纳米范围的细节成为可能，因此非常适合颅神经成像。但与此同时，使用这种技术打印一个几立方厘米大小的立方体也需要相应的时间，"Chalupa-Gantner 解释说。"因此，我们不仅要开发更复杂的设计，还要进一步优化打印过程本身"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家成功制作出了人类细胞的一部分：核糖体的三维模型

科学家成功制作出了人类细胞的一部分：核糖体的三维模型 核糖体小知识：核糖体是人体细胞的一部分，由核糖体RNA和核糖体蛋白组成。核糖体就像一个工厂，按照基因中固有的一系列指令制造蛋白质。核糖体漂浮在细胞的细胞质、细胞器（如线粒体）或细菌的原生质中。伊娃-库默（Eva Kummer）和她的同事姜阮（Giang Nguyen）、克里斯蒂娜-里特（Christina Ritter）利用电子显微镜成功制作出了人体细胞一部分核糖体的三维模型，其直径不超过 30 纳米。更具体地说，他们拍摄了核糖体制造过程的快照。了解核糖体的构造和工作原理非常重要，因为它是人类和所有其他生物体内产生蛋白质的唯一细胞微粒。没有蛋白质，生命将不复存在。蛋白质是构成人体的主要成分。你的心脏、肺部、大脑，基本上整个身体都是由核糖体产生的蛋白质构成的。伊娃-库默尔说："从外观上看，人体非常简单，但仔细想想，人体的每一部分都由数百万个分子组成，这些分子极其复杂，而且它们都知道该做什么这真是令人叹为观止。"核糖体复杂的组装过程。图片来源：Eva Kummer在核糖体开始生产蛋白质之前，它们首先需要由 80 多种不同的成分组装而成。伊娃-库默及其同事获得了核糖体组装三个不同阶段的三维模型。"它是一种复杂的粒子，有许多不同的部分许多蛋白质和 RNA 成分必须折叠、组装并移动到正确的位置。这一切并非一蹴而就。核糖体的组装是一个渐进的过程，涉及几个阶段，"她解释说。伊娃-库默尔认为，在这三个阶段中，描述装配最早时间点的三维模型最为有趣，因为以前没有人能够描述它："在这一阶段，我们可以知道，例如，一种名为 GTPBP10 的特定蛋白质渴望与一种所谓的 RNA 成分相互作用，这种 RNA 成分会形成一个长螺旋，"她补充说："事实上，螺旋的底部是核糖体的催化中心，也就是制造蛋白质的地方。因此，正确折叠和放置螺旋非常重要。"为此，GTPBP10 会抓住螺旋，并将其置于蛋白质合成的正确位置。这只是这项新研究揭示的核糖体组装众多阶段中的一个阶段这种洞察力可能会为了解各种疾病的更多知识铺平道路。"核糖体组装的错误严重削弱了细胞制造蛋白质的能力。例如，蛋白质能将食物中的能量转化为'能量币'，供身体运行各种细胞过程。现在，如果线粒体核糖体不工作，我们的身体就无法再产生足够的能量币，从而导致神经退行性疾病和心脏病等疾病。在衰老过程中，这些'能量币'的生产效率也会越来越低。第一步是了解事情是如何运作的。只有这样，我们才能尝试改变它们"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家正利用土壤微生物的DNA帮助提高气候模型的准确性

科学家正利用土壤微生物的DNA帮助提高气候模型的准确性 微生物模型利用广泛的基因组数据为土壤碳模拟提供动力。图片来源：Victor O. Leshyk 插图这个新模型使科学家们能够更好地了解某些土壤微生物如何有效地储存植物根系提供的碳，并为农业战略提供信息，以保护土壤中的碳，支持植物生长和减缓气候变化。"我们的研究证明了直接从土壤中收集微生物遗传信息的优势。在此之前，我们只掌握了实验室研究的少数微生物的信息，"论文第一作者、伯克利实验室博士后研究员吉安娜-马施曼（Gianna Marschmann）说。"有了基因组信息，我们就能建立更好的模型，预测各种植物类型、作物甚至特定栽培品种如何与土壤微生物合作，更好地捕集碳。同时，这种合作还能增强土壤健康"。最近发表在《自然-微生物学》杂志上的一篇新论文介绍了这项研究。论文的通讯作者是伯克利实验室的 Eoin Brodie 和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的 Jennifer Pett-Ridge，后者领导着"微生物持久存在"土壤微生物组科学重点领域项目，该项目由能源部科学办公室资助，以支持这项工作。看见看不见的东西 - 微生物对土壤健康和碳的影响土壤微生物帮助植物获取土壤养分，抵抗干旱、疾病和虫害。它们对碳循环的影响在气候模型中的体现尤为重要，因为它们会影响土壤中储存的碳量或在分解过程中以二氧化碳形式释放到大气中的碳量。通过利用这些碳构建自己的身体，微生物可以将碳稳定（或储存）在土壤中，并影响碳在地下的储存量和储存时间。这些功能与农业和气候的相关性正受到前所未有的关注。然而，仅一克土壤中就含有多达100 亿个微生物和数千个不同物种，绝大多数微生物从未在实验室中被研究过。直到最近，科学家们才从实验室研究的极少数微生物中获得数据，为这些模型提供依据，其中许多微生物与需要在气候模型中体现的微生物无关。Brodie解释说："这就好比根据只生长在热带森林中的植物所提供的信息，为沙漠建立生态系统模型。"为了应对这一挑战，科学家团队直接利用基因组信息建立了一个模型，该模型能够适应任何需要研究的生态系统，从加利福尼亚的草原到北极解冻的永久冻土。该模型利用基因组深入了解土壤微生物的功能，研究小组将这种方法用于研究加利福尼亚牧场中植物与微生物组之间的相互作用。牧场在加州具有重要的经济和生态意义，占陆地面积的 40% 以上。研究重点是生活在植物根部周围的微生物（称为根圈）。这是一个重要的研究环境，因为尽管根区只占地球土壤体积的 1-2%，但据估计，根区储存了地球土壤中 30-40% 的碳，其中大部分碳是由根系在生长过程中释放出来的。为了建立这个模型，科学家们利用加州大学霍普兰研究与推广中心提供的数据，模拟了微生物在根部环境中的生长情况。不过，这种方法并不局限于特定的生态系统。由于某些遗传信息与特定的性状相对应，就像人类一样，基因组（模型所基于的）与微生物性状之间的关系可以转移到世界各地的微生物和生态系统中。研究小组开发了一种新方法来预测微生物的重要性状，这些性状会影响微生物利用植物根系提供的碳和养分的速度。研究人员利用该模型证明，随着植物的生长和碳的释放，由于根系化学和微生物性状之间的相互作用，会出现不同的微生物生长策略。特别是，他们发现，生长速度较慢的微生物在植物生长后期会受到碳释放类型的青睐，而且它们在利用碳方面的效率出奇地高这使它们能够在土壤中储存更多的这种关键元素。这一新的观测结果为改进模型中根系与微生物之间的相互作用提供了依据，并提高了预测微生物如何影响气候模型中全球碳循环变化的能力。"这些新发现对农业和土壤健康具有重要意义。通过我们正在建立的模型，我们越来越有可能利用对碳如何在土壤中循环的新认识。这反过来又为我们提供了可能性，使我们能够提出保护土壤中宝贵的碳的策略，从而在可行的范围内支持生物多样性和植物生长，以衡量其影响，"马施曼说。这项研究强调了利用基于遗传信息的建模方法来预测微生物性状的威力，有助于揭示土壤微生物组及其对环境的影响。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家解释抑郁症与心血管疾病之间令人费解的联系

科学家解释抑郁症与心血管疾病之间令人费解的联系 血液基因表达分析确定了一组与抑郁症和心血管疾病相关的功能基因。抑郁症和心血管疾病（CVD）对全球健康构成重大挑战。据估计，全球有 2.8 亿人患有抑郁症，约有 6.2 亿人受到心血管疾病的影响。自 20 世纪 90 年代以来的研究已经强调了这两种疾病之间的联系。例如，抑郁症患者罹患心血管疾病的风险更高，而早期有效的抑郁症治疗可将罹患心血管疾病的风险降低 50%。同样，那些被诊断出患有心血管疾病的人通常也会患上抑郁症。因此，美国心脏协会（AHA）建议对患有抑郁症的青少年进行心血管疾病监测。目前还不清楚的是，是什么导致了这两种疾病之间的明显关联。答案的一部分可能在于抑郁症患者常见的生活方式因素，这些因素会增加心血管疾病的风险，如吸烟、酗酒、缺乏锻炼和饮食不当。但也有可能这两种疾病在更深层次上是通过共同的发育途径相关联的。现在，科学家们证明，抑郁症和心血管疾病共享部分发育程序，至少有一个共同的功能"基因模块"。这一结果发表在《精神病学前沿》（Frontiers in Psychiatry）杂志上，为抑郁症和心血管疾病提供了新的标记，最终可能有助于找到针对这两种疾病的药物。第一作者、芬兰坦佩雷大学博士后研究员比尼莎-H-米什拉（Binisha H Mishra）博士说："我们研究了抑郁症患者和心血管疾病患者血液中的基因表达谱，发现单个基因模块中有256个基因的表达水平高于或低于平均水平，使人们罹患这两种疾病的风险更高。"作者将基因模块定义为在不同条件下具有相似表达模式的一组基因，因此在功能上可能是相关的。米什拉及其同事研究了899名34至49岁女性和男性血液中的基因表达数据，他们都是芬兰青年研究的参与者。芬兰青年研究始于 1980 年，研究人员从芬兰的五个城市随机抽取了近 4,000 名 3 至 18 岁的儿童和青少年。从那时起，这些参与者的健康状况一直受到跟踪调查。据估计，芬兰是欧盟国家中精神疾病发病率最高的国家，也是世界上抑郁症发病率排名第九的国家。相比之下，芬兰的心血管疾病发病率相对较低，在世界范围内排名倒数第20%。2011 年，芬兰青年研究的研究人员用一份久经考验的问卷对参与者进行了抑郁症状测试：贝克抑郁量表 (BDI-II)，症状越严重，得分越高。他们还通过美国心脏协会的"理想心血管健康"评分来测试他们患心血管疾病的风险，评分标准从零（最高风险）到七（最低风险）。米 什拉等人为本研究进一步分析了这些数据。2011 年，米什拉及其同事还从每位参与者身上抽取了全血，并采用最先进的基因表达方法对这些样本进行了分析。他们利用先进的统计学方法确定了 22 个不同的基因模块，其中只有一个与抑郁症状的高分和心血管健康的低分相关。"众所周知，该基因模块中的前三个基因与神经退行性疾病、双相情感障碍和抑郁症有关。"米什拉说："现在我们已经证明，它们也与心血管健康状况不佳有关。"这些基因参与了诸如炎症等生物过程，而这些过程与抑郁症和心血管疾病的发病机制都有关系。这有助于解释为什么这两种疾病经常同时发生。共享模块中的其他基因已被证明与阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和亨廷顿氏症等脑部疾病有关。"我们可以利用这个模块中的基因作为抑郁症和心血管疾病的生物标志物。最终，这些生物标志物可能会促进这两种疾病的双重预防策略的开发。"参考文献"Binisha H. Mishra、Nina Mononen、Aino Saarinen、Jorma Viikari、Markus Juonala、Nina Hutri-Kähönen、Nina Hutri-KähönenMishra、Emma Raitoharju、Nina Mononen、Aino Saarinen、Jorma Viikari、Markus Juonala、Nina Hutri-Kähönen、Mika Kähönen、Olli T．Raitakari、Terho Lehtimäki 和 Pashupati P. Mishra，2024 年 2 月 12 日，《精神病学前沿》。DOI: 10.3389/fpsyt.2024.1345159编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：