我国自主研发高分辨率 “扫描探针显微镜” 进入商业化应用

我国自主研发高分辨率“扫描探针显微镜”进入商业化应用据新华社，扫描探针显微镜是探索微观世界的核心设备，由我国自主研发的qPlus型扫描探针显微镜已进入国产商业化应用。这款扫描探针显微镜具有“原子级”空间分辨率和高敏感度，将为探索轻元素量子材料及其他材料的微观奥秘提供新的视角和工具。5月22日，北京市交叉研究平台项目——轻元素量子材料交叉平台揭牌启动仪式在北京怀柔科学城举行。仪式上发布了这一消息。

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MargaretMurnane和HenryKapteyn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》（OpticsandPhotonicsNews）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：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424145.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424145.htm

研究：高次谐波激光器为光学显微镜的分辨率带来巨大提升

研究：高次谐波激光器为光学显微镜的分辨率带来巨大提升澳大利亚国立大学（ANU）的物理学家们表示，在他们发现了一种新的高次谐波激光照明技术之后，光学显微镜的放大率应该得到巨大的提升，这种技术使用的是人类头发直径的1/50的微型圆柱体。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1326759.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1326759.htm

研究人员开发出大视场高速超分辨率显微镜

研究人员开发出大视场高速超分辨率显微镜研究人员开发了一种荧光显微镜，利用结构照明在宽视场范围内进行快速超分辨率成像。它还可用于多色和高速成像。图片来源：比勒费尔德大学HenningOrtkrass德国比勒费尔德大学的亨宁-奥特克拉斯（HenningOrtkrass）说："通常开给慢性病患者或老年人的多种药物组合的影响可能导致危险的相互作用，并正在成为一个主要问题。我们开发的这款显微镜是EICPathfinderOpenProjectDeLIVERy项目的一部分，该项目旨在开发一个平台，用于研究个体患者的多重用药情况。"研究人员使用新的显微镜装置对固定的多色染色肝细胞进行成像。图像显示了细胞的微小膜结构，这些结构小于光的衍射极限。图片来源：比勒费尔德大学HenningOrtkrass在Optica出版集团的《光学快报》（OpticsExpress）杂志上，研究人员介绍了他们的新型显微镜，该显微镜利用光纤传输激发光，在非常大的视野范围内实现了非常高的图像质量，并具有多色和高速功能。研究表明，该仪器可用于肝细胞成像，视场可达150x150μm²，成像速率高达44Hz，同时保持小于100nm的时空分辨率。Ortkrass说："使用这种新型显微镜，可以在离体细胞上测试单个药物组合，然后进行超分辨率成像，观察细胞膜特征或细胞器的动态变化。大视场可以提供有关细胞反应的统计信息，这些信息可用于改善个性化医疗保健。由于该系统的潜在尺寸较小，它还可用于高分辨率非常重要的临床应用。"新型荧光显微镜采用结构照明，可在宽视场范围内快速进行超分辨率成像。还可以进行多色成像，如视频所示。图片来源：比勒费尔德大学HenningOrtkrass这种新型显微镜基于超分辨结构照明显微镜（SR-SIM），利用结构化的光模式激发样品中的荧光，实现超越光衍射极限的空间分辨率。SR-SIM特别适合活细胞成像，因为它使用低功耗激发，不会伤害样本，同时还能生成高度精细的图像。为了实现宽视场的高分辨率，新型显微镜从一组原始图像中重建超分辨图像。这些原始图像是通过使用一组六根光纤，以正弦条纹图案照射样品获得的。这样，分辨率提高了两倍，同时还能实现快速成像，并与活细胞成像兼容。得益于显微镜的大视野，可以同时获取多个细胞的超分辨率图像。图片来源：HenningOrtkrass，比勒费尔德大学Ortkrass说："光纤选择和相移是通过基于振镜和MEMS镜的全新设计的光纤开关实现的。为此我们还定制设计了一个六边形支架，可将六根光纤的光束准直并重新聚焦到显微镜中，以照亮一个大的FOV并对所有光束进行精确调整。这使得该装置可用于全内反射荧光激发（TIRF）-SIM，从而将荧光激发和检测限制在样品的薄区域内。"由于肝脏是参与药物代谢的主要器官，研究人员使用固定的多色染色大鼠肝细胞样本对该装置进行了测试。利用新型显微镜生成的重建图像可以观察到小于光衍射极限的微小膜结构。Ortkrass说："这种紧凑型系统独特地将大视野、快速图案切换速度与多色、高能效激发结合在一起。此外，该装置还能获得极高的图像质量，并可进行调整，以执行2D-SIM或TIRF-SIM。"下一步，研究人员计划将该显微镜装置应用于肝细胞的活细胞研究，以观察接受多种药物治疗的细胞的动态变化。他们还计划改进图像重建过程，以完成对获取的原始数据进行实时重建。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382739.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382739.htm

量子显微镜利用"诡异"的物理学将图像分辨率提高一倍

量子显微镜利用"诡异"的物理学将图像分辨率提高一倍但是有一个问题。波长越短，能量越高，所以当达到这些尺度时，用于对样品进行成像的光子正在破坏甚至摧毁它们。但是，由于量子物理学的诡异特性，加州理工学院团队的量子显微镜解决了这个问题。纠缠是一种奇怪的现象，在这种现象中，两个或更多的粒子可以彼此纠缠在一起，以至于没有另一个粒子就无法描述。在这种情况下，科学家们将两个光子纠缠成一个单元，称为双光子，它的行为就像一个能量较低、波长为一半的单光子。"细胞不喜欢紫外线，"这项研究的首席研究员LihongWang说。"但如果我们能用400纳米的光给细胞成像，并达到200纳米光的效果，也就是紫外线，细胞就不会有什么意见，而且我们得到了紫外线的分辨率。"加州理工学院的量子显微镜示意图要做到这一点需要完成精心的光学设定。首先，激光穿过一种特殊的晶体，将一些光子转化为双光子。然后，这些纠缠在一起的光子对被分割开来，并被送入两条平行的路径--一个光子通过被成像的样品，而另一个则避开它。之后，这些光子被送到一个检测器，在那里可以分析数据并建立一个图像。该团队的实验表明，该技术可以在不破坏细胞的情况下对其进行成像，并且可以通过显微镜下的"眼睛测试"，即显示微米级的不同宽度的线条，以检查仪器对它们的区分程度。果然，量子显微镜技术表现出的分辨率是使用普通光子进行的"经典"测试的两倍。这比其他量子显微镜实验要好得多，这些实验只设法将分辨率提高了约35%。使用普通光子的"经典"（左）成像和使用纠缠双光子的"量子"（右）成像中的图像质量比较。研究小组说，一个缺点是，双光子的产生非常少--晶体在一百万个光子中会吐出大约一个双光子。值得庆幸的是，像这样的激光器在每个脉冲中产生的光子数量是惊人的。当然，仍有改进的余地。研究人员说，未来的工作可以将更多的光子纠缠在一起，每一个光子都会减少波长并提高分辨率。然而，那里的问题是，这也降低了每次纠缠的本已很低的概率。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357951.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357951.htm

超分辨率显微镜揭示冠状病毒的一系列“隐藏属性”

超分辨率显微镜揭示冠状病毒的一系列“隐藏属性”带有穗状蛋白（青色）的冠状病毒（圆形颗粒）感染携带零星ACE-2受体（粉色）的宿主细胞。膜融合并释放病毒成分（紫色）后。(紫色）被释放出来。例如，病毒不会用几种表面蛋白同时与要感染的细胞的几种受体结合。这个假设以前一直是解释病毒如何增加感染性的一种尝试。与单个受体的结合也不会导致随后更多的受体与病毒的对接。维尔茨堡研究小组现在提供了证据，证明单一病毒与单一受体结合，为高效感染打开了大门。SARS-CoV-2在其表面平均携带20-40个尖峰蛋白。通过这些，它与目标细胞膜上的ACE2受体结合，例如在人类的鼻子和喉咙。当这些受体被抗体阻断时，该细胞就不能再被感染。Sauer解释说："这表明，病毒与ACE2受体的结合是感染的决定性步骤。"到目前为止，使ACE2受体及其与病毒尖峰蛋白的相互作用在显微镜下可见还不可能。因此，很多事情都有待推测--例如病毒是否与多个尖峰的受体结合以促进进入细胞。也有人认为，受体是以成对或三组的形式存在于膜中，而，这样它们可以更有效地与三聚体的尖峰蛋白结合。或者说，它们只是在与一个尖峰蛋白结合后才结合成这样的群体。这两种情况都强烈依赖于膜中ACE2受体的密度。超分辨率显微镜使问题变得清晰维尔茨堡的研究人员希望阐明这一谜团：他们用染料标记了抗体，以使受体可见并可计数。为此，他们使用了作为SARS-CoV感染模型系统的各种细胞系，以及MarkusSauer研究小组开发的单分子敏感超分辨率显微镜方法dSTORM。结果发现，例如经常被用作SARS-CoV-2感染模型的Vero细胞，每平方微米的细胞膜上只有一到两个ACE2受体。"这是非常少的，"Sauer补充说："在其他膜受体中，这个数字往往在30到80之间。""相邻的ACE2受体之间的平均距离约为500纳米。"Backes说："因此，它比一个病毒颗粒大得多，后者的测量值只有100纳米。她补充说，因此，一个具有多个尖峰蛋白的病毒粒子能够同时与多个受体结合的想法是非常不可能的。"ACE2受体总是单一的下面是一个公开的问题：受体是否也以成对或三组的形式存在于膜中？"不，它们只在那里单一出现。"鲁道夫-维尔乔夫中心（RudolfVirchowCentre）的研究小组组长Beliu说："即使有病毒尖峰蛋白与它们结合，也会保持这种状态。对于感染来说，如果单个尖峰蛋白与单个受体结合就足够了。"通过这些结果，JMU团队能够推翻许多关于病毒颗粒与多个ACE2受体相互作用的原始假设。它还表明，正如预期的那样，ACE2表达较高的宿主细胞更容易被感染。然而，膜的脂质成分和其他因素也影响感染效率。下一步要做什么？JMU团队希望尽可能多地收集关于冠状病毒的细胞进入机制的详细知识，以便更好地了解感染过程。这最终可能有助于更好地预防和开发出更好的抗COVID-19的药物。接下来，维尔茨堡的研究人员希望用高分辨率的光片显微镜来分析进入机制。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366035.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366035.htm