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    病毒作为一种病原体一直受到学术界的广泛关注。然而由于病毒通常尺寸较小，传统的光学显微镜往往难以满足其形态观测的需求，这使得高分辨率的透射电子显微镜成为了当前病毒学研究的一个重要手段（图1），可以用来研究病毒的结构和成分。

    目前使用的透射电子显微镜进行病毒颗粒的检测和识别仍面临着巨大的挑战。这是因为病毒的主要组成部分多为含碳的轻元素有机物，这类样品很容易被高能电子束穿过，造成其光学衬度较低，且由于共价键化合物的低稳定性使得其在传统电子显微镜的高加速电压 (一般为80-200 kV) 下非常不稳定，不适合直接进行观察。因此病毒的形态学观察一般采用负染色成像技术，需要在观测前对样品进行复杂的负染操作，占有大量的时间，且可能会掩盖掉一些病毒的形貌特征，造成使用透射电子显微镜观测病毒的门槛较高。

图1. （A）80 kV 和 （B）5 kV加速电压下透射电子显微镜下观测到的SV40感染的小鼠胰 腺切片（Microscopy Research and Technology, DOI:10.1002/jemt.20603）

    为了解决这一难题，低压透射电子显微镜（Low Voltage Electron Microscope, LVEM）应运而生。LVEM突破了传统透射电子显微镜的80 kV加速电压的Z低限，研究人员可在低压下观察轻质生物样品，无需染色，简化了样品制备流程；同时该设备可在保证高图像对比度的前提下，使用温和的加速电压进行病毒形态学的检测和识别，能够识别以往可能被污渍和负染的瑕疵所掩盖的病毒特征。Delong Instruments公司的LVEM 5&25是一类专门针对低电压设计研发出的透射电子显微镜。LVEM使用特殊设计的倒置式肖特基（Schottky）场发射电子枪，提供高亮度高相干性的电子束，这种低能电子束与样品的相互作用比传统透射电子显微镜中的高能电子要强得多，使得电子被轻质有机材料强烈散射，导致了特征的异常分化(Microscopy Research and Technology, DOI: 10.1002/jemt.22428)。在病毒学研究方面，该设备Z大放大倍数高于通常观测病毒所需要的大约50，000倍的放大率，且依然保持不错的分辨率（<2 nm），可满足病毒形态和结构研究的需求。相比于高电压，5kV 的加速电压提供的电子束与样品的作用更强，对密度和原子序数有更高的灵敏度，对低至0.005 g/cm3的密度差别仍能得到很好的样品图像对比度，有效提高了轻元素样品的成像质量，适合针对病毒学的研究。需要指出的是，LVEM 25与LVEM 5建立在相同的平台之上，前者在一个稍高的加速电压下工作，在满足轻元素样品观测的要求下可进一步提高Z终的图像分辨率。

图2. LVEM 5的结构示意图（A）和小鼠心脏超微结构成像 (B) 。（Microscopy Research and Technology， DOI:10.1002/jemt.22659）

    LVEM 5&25显微镜可用于检测腺病毒(图3A)、HIV(图3B)、轮状病毒(图3C)、球状病毒(图3F)、棒状病毒(图3 G-H)、星形病毒、杯状病毒、诺瓦克样病毒、疱疹病毒和乳头瘤病毒等。另外对于类病毒载体的研究，LVEM 5&25也是一项利器。它能够在不负染的情况下直接观测类病毒载体的形态，帮助研究者快速筛选载体，解决传统电镜制样难，机时紧张等问题(Journal of Nanobiotechnology, DOI: 10.1186/s12951-016-0241-6)。

图3. (A-C) LVEM 5观察多种非负染的病毒样品; (D-E) LVEM 5&25 实物图; (F-H) LVEM 25观察多种负染后的病毒样品。 图片来源于网络 (www.lv-em.com)

    LVEM的高对比度成像技术匹配快速的时间-图像周期、高通量研究，可作为一种快速诊断方法，用于识别病毒感染源和辅助病理研究，是快速检测具有公共卫生重要性病原体的有力工具。

    LVEM 5&25 更是一台多种功能集成的电子显微镜，具有四种不同的成像模式——透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、扫描透射电镜(STEM)和电子衍射(ED)，能够为病毒学研究工作者同时提供多种表征所需的成像模式，全面的对病毒样品的结构和成分进行分析（图4）。

图4. 使用LVEM 5 对HIV膜蛋白结构同时进行（A）TEM和（B）ED分析。（Journal of Virology，DOI:10.1128/JVI.01526-19.）

    除了拥有高质量成像和多功能集成的特点外，LVEM 5&25的体积小 (无需专业实验室)，维护费用低廉（无需冷却水和专用电源），在使用期间基本不会产生任何额外的费用，大大降低了研究所需的成本。另外它采用了真空自闭锁技术，换样仅需3分钟，降低了仪器操作难度，对广大的非专业用户变得更加友善。我们相信随着低压透射电镜的不断发展，LVEM 5&25将成为一个强有力的工具，使得病毒形态的观测变得越来越简单，更多以往被传统电镜所忽略的细节结构信息将被挖掘出来，极大的提高研究人员对病毒结构和成分的认知，为人们的科研和生活服务。

导读

上皮性卵巢癌是所有妇科恶性肿瘤中死亡率高。转移是卵巢癌患者预后不良的主要原因。表观遗传和蛋白质翻译后修饰在肿瘤转移中起重要作用。作为 IIa 类组蛋白去乙酰化酶的成员，组蛋白去乙酰化酶 9 (HDAC9) 通过使组蛋白和非组蛋白去乙酰化参与许多生物过程。

吉林大学基础医学院病理生理学系病理生物学重点实验室的研究人员在Biomedicines上发表了题为《HDAC9 Contributes to Serous Ovarian Cancer Progression through Regulating Epithelial–Mesenchymal Transition》的文章。文中应用Echo Revolve Generation 2显微镜进行免疫荧光的成像。

研究亮点：

▶   对A2780 和 SKOV3 细胞中FOXO1的免疫荧光染色图像的观察发现， HDAC9的变化对FOXO1易位和核积累的影响，还展示了FOXO1在A2780和SKOV3中的亚细胞定位。

▶  对A2780 和 SKOV3 细胞中 β-连环蛋白的免疫荧光染色的观察发现，HDAC9的变化对β-连环蛋白易位和核积累的影响，还展示了β-连环蛋白在A2780和SKOV3中的亚细胞定位。

▶ 免疫荧光成像清晰准确，底噪干扰小，自动进行多通道结果合成，快速得到共定位的merge图像。

文中所有的免疫荧光结果均是使用Echo Revolve Generation 2显微镜进行的快速清晰的成像，揭示了HDAC9的调整对FOXO1蛋白和β-连环蛋白的亚细胞定位的影响，进而发现HDAC9可能通过上调 TGF-β 信号（HDAC9 可能通过增加 FOXO1 的核积累来促进 TGF-β 的表达）传导促进 SKOV3 细胞中的 EMT以及HDAC9 可通过抑制 β-连环蛋白信号传导抑制 A2780 细胞中的 EMT。

研究成果：

▲ 图1.HDAC9 调节FOXO1蛋白在 SKOV3 细胞中的亚细胞定位。（A）Western blotting测定A2780和SKOV3细胞中FOXO1的表达。( B , C ) 转染24 h后，通过Western blot检测A2780和SKOV3细胞中FOXO1的表达。( D , E ) A2780 和 SKOV3 细胞转染 24 h 后 FOXO1 免疫荧光染色。（bar = 30μm）。( F , G )转染24 h后，分离A2780和SKOV3细胞核，检测FOXO1的表达情况。( H )Western blotting检测HDAC3在A2780和SKOV3细胞中的表达。

在浆液性卵巢癌中，过表达的 HDAC9 可以增加 FOXO1 的核定位并促进 TGF-β 的表达。HDAC9 激活 EMT 并促进细胞迁移，这可能是由于 FOXO1/TGF-β 轴的激活。相反，在非浆液性卵巢癌中，过表达的 HDAC9 可能通过减少 β-catenin 的核积累和 β-catenin 在 Lys-49 处的乙酰化来抑制 EMT。

▲ 图2.HDAC9 可通过抑制 β-catenin 信号传导来抑制 A2780 细胞中的 EMT。用 HDAC9 过表达构建体、HDAC9-shRNA 质粒 (siHDAC9-1/2) 或空载体转染 A2780 和 SKOV3 细胞 24 小时。( A , B ) A2780 和 SKOV3 细胞中 β-连环蛋白的免疫荧光染色 (bar = 30 um)。( C )分离A2780和SKOV3细胞核，研究β-catenin的表达。( D )Western blot检测A2780和SKOV3细胞中β-catenin和ac-β-catenin(Lys-49)的表达。

期刊介绍：

Biomedicines是一份国际、科学、同行评审、开放获取的生物医学期刊，每月由 MDPI 在线出版。主要致力于人类健康和疾病研究的各个方面、新治疗靶点的发现和表征、治疗策略以及自然驱动的生物医学、药物和生物制药产品的研究。影响因子4.757，5年影响因子5.225。

血脑屏障 (BBB) 是哺乳动物的一种特殊结构，通过调节血液和血液之间离子、氧气和营养物质的流入和流出，将大脑与血液分开，并维持zhongshu神经系统 (CNS) 的稳态。该屏障主要由脑微血管内皮细胞 (BMEC)、星形胶质细胞和周细胞组成。

转化生长因子β1 (TGFβ1) 是转化生长因子β (TGFβ) 家族成员之一，是一种多效性细胞因子，在多种病理和生理过程中发挥重要作用。

Hedgehog信号通路是重要的信号传导通路，在多个物种中是保守的，并且在生理和病理过程的许多方面发挥着重要作用。典型Hedgehog信号由三种分泌配体Shh、Ihh和Dhh激活，细胞间信号由转录因子Gli1、Gli2和Gli3转导。在zhongshu神经系统中，Hedgehog信号通路决定了神经管的形成和发育。

目前，已有研究表明Hedgehog信号与TGFβ1级联反应在癌症发展和转移中的相互作用。那么Hedgehog信号和TGFβ1级联反应之间的串扰是否会影响血脑屏障的功能呢，目前还尚不清晰。

华中农业大学兽医学院农业微生物学国家重点实验室和湖北省预防兽医学重点实验室联合在Brain Sciences杂志上发表了一篇名为《Astrocyte-Derived TGFβ1 Facilitates Blood–Brain Barrier Function via Non-Canonical Hedgehog Signaling in Brain Microvascular Endothelial Cells》，该文阐明了TGFβ1 介导的星形胶质细胞和大脑内皮细胞之间的细胞间交流，这一发现将拓宽关于血脑屏障内稳态的现有知识，也可能有助于进一步改善血脑屏障功能障碍的治疗策略。

作者通过构建人脑微血管内皮细胞 (hBMECs) 与U251的单培养和共培养模型，证实了星形胶质细胞衍生的TGFβ1增强了BMECs的屏障功能。实时荧光定量PCR、免疫印迹和酶联免疫吸附试验等多种实验表明TGFβ1在BMECs中触发Smad2/3的激活增加了Gli2的表达，Gli2是Hedgehog信号转导的关键转录因子。Gli2与ZO-1启动子结合，增强ZO-1的表达，从而维持血脑屏障。星形胶质细胞来源的TGFβ1触发BMECs中的TGFβ1-TGFBRII-Smad2/3-Gli1/2-ZO-1轴并维持正常的BBB功能。

文中作者通过免疫荧光技术，利用Echo Revolve正倒置一体显微镜进行免疫荧光观察。使用50ng/mL的重组TGFβ1 (rTGFβ1) 来刺激单层hBMECs，BMECs用绿色CD31标记，结果表明与对照组相比，ZO-1表达显著增加。

用4mg/kg的TGFβ/Smads信号抑制剂SD208处理小鼠，图中虚线环表示BMECs中的Gli1或Gli2的表达量，结果表明与对照组相比，ZO-1、 Gli1和Gli2表达量均减少。

内皮屏障功能方面发挥重要作用，提高了对血脑屏障功能的研究。这一发现也可能表明未来有可能使用TGFβ1和Hedgehog信号级联来辅助治疗血脑屏障功能障碍。

参考文献：

Fu J, Li L, Huo D, et al. Astrocyte-Derived TGFβ1 Facilitates Blood-Brain Barrier Function via Non-Canonical Hedgehog Signaling in Brain Microvascular Endothelial Cells. Brain Sci. 2021;11(1):77. Published 2021 Jan 8. doi:10.3390/brainsci11010077

写在前面的

① 水稻高产栽培是解决世界范围内日益增长的粮食需求的有效途径，而对高产水稻进行正确分类是育种的关键。

② 然而，在育种项目中人工测量耗时、成本高、产量低，这限制了在大规模现场表型的应用。

③ 因此，研究者开发了一种低成本、高通量表型分析和无损检测的方法，将无人机高光谱测量和深度学习相结合，以提高水稻育种效率。

研究背景

水稻是世界上主要的栽培作物之一，是许多国家的主要粮食来源。水稻的种植面积仅占耕地总面积的7%，却养育着21%的人口。近年来，粮食生产增长速度明显放缓，而世界一些地区的粮食需求却在增加。

在ZG，预计到2030年，对大米生产的需求将增加约20%，巨大的需求遇到了巨大的挑战，劳动力人口减少，耕地质量下降，水资源短缺，气候变化等。因此，选育高产水稻品种，提高单位产量，是解决粮食需求缺口的有效途径。

在水稻育种过程中，准确地预测产量是高产品种筛选的关键，而迄今为止，该工作很大程度上依赖于人为经验评估，存在主观随意性和不能规模化等限制。因此，高通量表型分型系统正在迅速发展，在许多育种项目中，遥感工具如RGB相机和多光谱、高光谱、荧光和热传感器都被用于数据采集。随着无人机技术和光谱成像技术的进步，基于无人机的高光谱相机在农业生产中的应用越来越广泛。

基于无人机的高光谱图像数据采集

近日，Plant Phenomics在线发表了宁夏农林科学院农作物研究所、福建农林大学林学中`心、中科院地理信息研究所合作的题为Classification of Rice Yield Using UAV-Based Hyperspectral Imagery and Lodging Feature的研究论文。

研究者首先按照亩产将13个宁夏北方区试中早粳中熟组水稻划分为高产、中产和低产三个类别。而后利用DJI M600 Pro无人机，配备GaiaSky-Vis&Nir高光谱相机采集高光谱图像，并结合水稻后期倒伏特征，借助机器学习算法(XGBoost)构建水稻产量类别检测模型。该模型对在试验区的13个水稻品种产量进行预测，结合实际的产量进行比较发现该模型对高产品种的识别具有极高的准确度。

▲试验区分布图

该高光谱相机的分辨率为960×1057像素，在飞行高度为90m时的空间分辨率为4.5cm，其波长范围从400到1000nm，光谱分辨率为3.5nm，每张图像的曝光时间为7s。水稻光谱曲线与周围土壤不同。在数据采集前，研究者们对农田进行了检查，确保稻田中只有水稻，没有其他杂草，避免干扰高光谱数据。

高光谱图像预处理工作流程包括数据校准、噪声，背景去除和ROI的选择。研究者还进行了随机非重复采样、植被指数计算和数据降维。将高光谱数据、植被指数和倒伏特征组合成一个数据库，ZH将数据分为训练库和测试库。

▲高光谱处理流程及各种分析策略的模型评估

由于倒伏标记对更好地估计产量有重要意义，本研究同时设计了基于深度学习的倒伏检测模型来对水稻的倒伏特征进行量化，并获得了较高的倒伏预测准确度。结果表明，利用深度学习技术实现水稻倒伏的自动识别是可行的。

▲利用微调技术自动识别水稻倒

Gaia-Vis&Nir作为针对植被、农作物（小麦、玉米）等理化、生理指标长期监测系统，采用了高灵敏度、高光谱分辨率、宽光谱范围的探测器。在ARM 系统下对探测器、温度传感器、制冷系统、采集系统、转镜结构、电子Shutter、辅助拍摄区域视频监控等功能的控制。

反射光谱测量的是植被生化组分等对入射光谱的吸收信息，能够反演植物群体的生化组分浓度信息。通过获取植被冠层在350nm- 1700nm范围内的反射光谱信息，可反映植被冠层的生长状态及生化组分信息。

例如，利用作物水分敏感波段960nm/1450nm处的反射率可判断作物叶片、冠层的含水量关系。综合考虑叶片内部结构、叶片水分含量以及干物质等的影响，利用1600nm与820nm的反射率比值建立与等效水厚度EWT（Equivalent Water Thickness）的相关性。

▲Gaia-Vis&Nir植被冠层可见&近红外反射光谱测试、太阳光诱导叶绿素荧光测试系

    科学成果的突破，离不开实验技术的不断攻坚克难。复旦大学物理学系教授高春雷、吴施伟团队通过团队自主研发搭建的扫描探针设备创造性地将原位化合物分子束外延生长技术和自旋极化扫描隧道显微镜相结合，在原子级层面彻底厘清了双层二维磁性半导体溴化铬（CrBr3）的层间堆叠和磁耦合间的关联，为二维磁性的调控指出了新的维度。相关研究成果以 《范德华尔斯堆叠依赖的层间磁耦合的直接观测》（“Direct observation of van der Waals stacking dependent interlayer magnetism”）为题发表于《科学》（Science）主刊，其中复旦大学物理学系博士后陈维炯为一作[2]。

图中所示为陈博士与RHKZS技术总监进行深入的技术探讨，现场摸索优化测试信号，并详细沟通具体的测量细节，为后续GX率提取高质量大数据做准备。

课题组运用自主研制的自旋极化扫描隧道显微镜测量技术，结合RHK公司先进的扫描探针显微镜控制器对自主研发实验设备实现准确测量调控，团队进一步在原子级分辨下获取了样品磁化方向的相对变化，从而实现了实验突破，揭秘材料堆叠方式与磁耦合之间的直接关联性。团队以CrBr3双层膜作为主要研究对象和潜在突破口。双层CrBr3间较弱的范德瓦尔斯力赋予层间发生相对转动和平移的“自由”，从而使堆叠方式多样化成为可能。确实，在实验中获得的CrBr3双层膜具有两种不同的转动堆叠结构（H型和R型），分别对应迥异的结构对称性。其中，R型堆叠结构中，双层膜上下两层间同向平行排列，且沿晶体镜面方向作一定平移；H型堆叠结构中，双层膜上下两层之间旋转了180度，反向平行交错排列。这两种结构均是在相应的体材料中从未发现过的全新堆叠结构。至此，团队率先在原子级尺度阐明了CrBr3堆叠结构与层间铁磁、反铁磁耦合的直接关联，为理解三卤化铬家族CrX3中不同成员的迥异磁耦合提供了指导。

H型和R型堆叠的CrBr3双层膜自旋极化扫描隧道显微镜测量

更多精彩案例：

《Nature》子刊：ZG科大扭转双层石墨烯重要进展！ 

    范德瓦尔斯堆叠的双层石墨烯具有一系列新奇的电学性质（例如，电场可调控的能隙、随扭转转角变化的范霍夫奇点以及一维拓扑边界态等）。当双层石墨烯的扭转转角减小到一系列特定的值（魔角）时，体系的费米面附近出现平带，电子在能量空间高度局域，电子-电子相互作用显著增强，出现莫特绝缘体和反常超导量子物态。另一方面，这些新奇的性质与双层石墨烯体系的扭转角度有着严格的依赖关系，体系层间相互作用随着转角减小会逐渐增强，因此探寻和研究这种层间耦合对理解扭转双层石墨烯的电子结构和物理性质至关重要。ZG科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究ZX国际功能材料量子设计ZX（ICQD）物理系秦胜勇教授与武汉大学袁声军教授及其他国内外同行合作，利用扫描隧道显微镜和扫描隧道谱，首次在双层转角石墨烯体系中发现了本征赝磁场存在的重要证据，结合大尺度理论计算指出该赝磁场来源于层间相互作用导致的非均匀晶格重构。

    相关研究成果以“Large-area, periodic, and tunable intrinsic pseudo-magnetic fields in low-angle twisted bilayer graphene”为题，于2020年发表于《自然·通讯》（Nature Communications 2020,11,371）上[3]。

图：小角度双层石墨烯中本征赝磁场的发现。对于转角为0.48度的双层石墨烯，在不加外磁场情况下，实验发现了贋朗道能级（图b），理论计算进一步验证了这种贋磁场行为（图c），并估算出贋磁场值大约为6特斯拉（图e）。

    该团队系统研究了小角度下（<1°）双层石墨烯的电学性质，首次证实了由晶格重构导致的本征赝磁场。首先，研究人员发现体系中赝磁场导致了低能载流子的能量量子化，并计算出这种本征赝磁场在实空间的分布。研究发现赝磁场的分布并不是均匀的，而是以AA堆叠为ZX呈涡旋状，且在AA堆叠边界区域达到ZD值；另外，该赝磁场的大小随着转角的减小而增大，其分布和大小受到外加应力的调控。

    该项研究证实，在小角度扭转双层石墨烯中晶格重构导致的赝磁场和强关联电子态存在着内在的关联，层间相互作用对体系的结构重构和性质变化有着非常重要的影响。这一现象可以推广到其他范德瓦尔斯堆叠的二维材料体系中。这项工作同时表明，具有本征赝磁场的小角度扭转双层石墨烯是实现量子反常霍尔效应的一个可能平台，为研究二维材料的性质和应用提供了新的思路。

    RHK公司提供的R9plus扫描探针显微镜强有力的为国内自主研发技术提供有力保障，除了在科研领域内ZD关注的二维材料发挥重要作用以外，也对国内其它相关扫描探针设备研发领域课题组提供技术支持。

    ZG科学技术大学陆轻铀教授团队与ZG科学院强磁场科学ZX、新加坡国立大学等单位合作，利用扫描探针控制器实现了高精度的磁力显微镜观察表征，报告了在超薄BaTiO3/SrRuO3 (BTO/SRO)双层异质结构中发现铁电体（FE）驱动的、高度可调谐的磁性斯格明子。在BTO中，FE驱动的离子位移可以穿过异质界面，并继续为多个单元进入SRO。这种所谓的FE邻近效应已经在不同的FE/金属氧化物异质界面中得到了预测和证实。在BTO/SRO异质结构中，这种效应可以诱导相当大的DMI，从而稳定强大的磁性物质。此外，通过利用BTO覆盖层的FE极化，可以实现对斯格明子性质的局部、可逆和非易失性控制。这种铁电可调的斯格明子系统为设计具有高集成性和可寻址性的基于斯格明子的功能设备提供了一个潜在的方向。相关成果以题为“Ferroelectrically tunable magnetic skyrmions in ultrathin oxide heterostructures”发表在了Nat. Mater.上[4]。

B20S5样品中磁性斯格明子的磁力显微镜表征

    除此之外该课题组也对二维过渡金属硫化物材料MoTe2温度依赖的表面STM图像、电子结构、晶格动力学和拓扑性质进行了研究。研究结果以Uniaxial negative thermal expansion and band renormalization in monolayer Td-MoTe2 at low temperature为题，发表在美国物理学会杂志《物理评论B》上。该工作为二维过渡金属硫化物材料MX2的低温研究、实验制备和器件开发提供了直接的理论支持，其揭示的MoTe2低温下反常物性的内在物理机制对其它具有内在MX2八面体结构畸变的二维材料同样具有参考价值[5]。

    学术工作之外，该课题组在仪器设备研发方面也取得了优异的成果，课题组在国际上首次研制成功混合磁体极端条件下原子分辨扫描隧道显微镜（STM），相关研究成果发表在显微镜领域著名期刊Ultramicroscopy和著名仪器刊物Review of Scientific Instruments上。此工作利用混合磁体搭配RHK公司扫描探针设备开展原子分辨成像研究，对于突破当前强磁场下只能开展输运等宏观平均效果测量的瓶颈，进入到广阔的物性微观起源探索领域，具有标志性意义。同时，课题组又针对强磁场下的生物分子高分辨成像，搭建了一套室温大气环境下的分体式STM。该系统将一段螺纹密封式胶囊腔体通过一根长弹簧悬吊于混合磁体ZX，并将STM核心镜体悬吊于胶囊腔体内用以减弱声音振动干扰。经测试，该STM在27.5特斯拉强磁场下依然保持原子分辨。由于没有真空、低温环境的保护，搭建混合磁体强磁场、强振动和声音环境下的室温大气STM难度更大。此前，国际上还未曾报道过水冷磁体或混合磁体中的室温大气STM[6]。

混合磁体STM系统：（a）混合磁体照片；（b）混合磁体STM系统简图；（c）STM镜体；（i-iv）分别为0T、21.3T、28.3T、30.1T磁场强度下石墨的原子分辨STM图像。

参考文献：

1.  Peng, Y., et al., A Quaternary van der Waals Ferromagnetic Semiconductor AgVP2Se6. Advanced Functional Materials, 2020. 30(34): p. 1910036.

2.  Chen, W., et al., Direct observation of van der Waals stacking-dependent interlayer magnetism. Science, 2019. 366(6468): p. 983-987.

3.  Shi, H., et al., Large-area, periodic, and tunable intrinsic pseudo-magnetic fields in low-angle twisted bilayer graphene. Nat Commun, 2020. 11(1): p. 371.

4.  Wang, L., et al., Ferroelectrically tunable magnetic skyrmions in ultrathin oxide heterostructures. Nat Mater, 2018. 17(12): p. 1087-1094.

5.  Ge, Y., et al., Uniaxial negative thermal expansion and band renormalization in monolayer Td−MoTe2 at low temperature. Physical Review B, 2020. 101(10).

6.  Meng, W., et al., 30 T scanning tunnelling microscope in a hybrid magnet with essentially non-metallic design. Ultramicroscopy, 2020. 212: p. 112975.

显微CT分析可用于牙科研究中的各种应用，如牙釉质厚度、根管形态、根管预备、颅面部骨骼结构、显微有限元建模、牙体组织工程、牙硬组织矿物密度及种植体等方面。它可以提供高分辨率图像以及牙齿、骨骼和植入物的定性和定量分析。      

根管是一种孔隙，这种在牙齿中间的低密度空间对牙髓病的研究起了可探索的方向。显微CT在牙科填料的研究上，特别适用于三维定量评价根管充填物。

牙釉质厚度在人类进化中具有分类学和系统发育价值。显微CT有效且无损的技术特性被用于测量各种考古标本的牙釉质厚度。在临床研究中，牙釉质厚度被认为对于咬合负荷方案的解释具有重要意义。

实例2：大鼠下颌骨和舀齿

大鼠或小鼠下颌骨和臼齿在牙周病和其他牙科相关领域的许多研究模型中有着重要价值。通过显微CT对动物下颌骨和牙齿的测量研究，可进一步分析牙周生物型各特征之间的相关性,为口腔美学修复、种植ZL方案的选择、ZL预后的判断以及LX的评估提供理论基础

实验设备：VENUS® Micro-CT 

            中文名：桌面型高分辨显微CT

            型号：VNC-100

影像软件：Avatar 1.3 （平生YL科技）

前言

斑马鱼与哺乳动物基因组和蛋白调控机制有高度同源性，而且个体小、生殖周期短、繁殖能力强、易于饲养、体外受精、胚胎透明且发育迅速等诸多方面的优点，被广泛应用于药物筛选、毒性检测和发育研究等科学领域。由于硬骨鱼和人类在骨骼发育过程中的基因、信号通路有高度同源性，而且与其他的动物模型相比，斑马鱼具有个体小适合高通量化学筛选、身体透明易于观察骨骼发育的特定，所以近年来斑马鱼为模型的骨骼研究逐渐成为这一领域的热点

结尾：

利用一定造模手段，使得斑马鱼的脊椎骨发生基因突变。由于外形上是看不出突变的形状，需Micro CT扫描并重建，通过观察斑马鱼的脊椎骨突变后的具体形态，来判断造模是否符合预期。在研究骨骼形态的同时，也可以对骨骼的骨密度、肌肉和脂肪的比例进行研究。在Micro-CT助力下，以斑马鱼为疾病模型的研究会有越来越多的突破！

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关键词：标准粒子；米氏散射

光的散射（scattering of light）是指光通过不均匀介质时一部分光偏离原方向传播的现象。偏离原方向的光称为散射光。散射光频率不发生改变的有瑞利散射、米氏散射和大粒子散射；频率发生改变的有拉曼散射、布里渊散射和康普顿散射等。而标准粒子在光散射研究领域一般研究的是粒子的瑞利散射、米氏散射和大粒子散射，这三种散射划分是根据入射光λ与散射粒子的直径d之间的比例大小来确定的：

①当散射粒子的直径d与入射光波长λ之比（d/λ）很小，即数量级显著小于0.1 时，则属于瑞利散射，散射光强与波长的关系符合瑞利散射定律，即散射光强与入射光的波长四次方成反比，与粒径的六次方成正比。

②当散射粒子粒径与光波长可以比拟（d/λ的数量级为0.1～10）时，随着粒子直径的增大，散射光强与波长的依赖关系逐渐减弱，而且散射光强随波长的变化出现起伏，这种起伏的幅度也随着比值d/λ的增大而逐渐减少，这种散射称为米氏散射。

③当粒子足够大时（d/λ>10），散射光强基本上与波长没有关系，这种粒子的散射称为大粒子散射，也可称之为衍射散射（菲涅尔衍射与夫琅禾费衍射）。

瑞利散射可以说是米氏散射理论模型在小粒子端的近似形式，而衍射散射也可以说是米氏散射理论模型在大粒子端的近似形式，接下来我们将详细了解标准粒子应用于米氏散射理论对其光散射特性研究中，入射光波长、标粒直径以及入射光偏振角对散射光强的影响。

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入射光波长对散射光强分布的影响

图1.1 是相对折射率m=1.589/1.333，标准粒子直径d=2μm，入射光偏振角φ=45°时，由Mie散射理论及其他相关公式编程计算得到的散射光强与散射角之间的变化关系曲线。对于直径为2μm的聚苯乙烯微球在水中的散射情况，入射光偏振角为45°时，随着入射波长λ的增大，散射光强由主要集中在前向小角度内（波长λ为0.2um时散射光强主要集中在10°散射角内）逐渐变为集中在前向稍大角度内（波长λ为0.8um时散射光强主要集中在30°散射角内），若继续增大波长，散射光强集中的角度也将继续增大。从图1.1可以看出，波长较短时散射光强主要集中在前向小角度内，并且波长越短散射光强集中的角度越小。

图1.1：当m=1.589/1.333，d=2μm，φ=45°时，对应于不同的波长，散射光强与散射角间的关系曲线。

聚苯乙烯微球直径对散射光强分布的影响

图2.1是用可见波段中的0.65μm波长的入射光，在偏振角为45°时，聚苯乙烯微球在水中的散射光强与散射角的变化关系曲线。由图可以看出，微粒直径越大散射光强越集中分布在前向小角度内，粒径大于2μm的粒子的散射光强主要集中在前向散射角约20°内，因此在此种条件下收集前向小角度的散射光强即可获得粒子的较好信息。

图2.2是入射光波长为6μm，偏振角45°时，聚苯乙烯微球在空气中的散射光强与散射角的变化关系曲线。由图可知，所用波长较大时，较大粒子的散射光强不再集中在前向小角度内而是集中的角度逐渐变大，例如粒径大于8μm的粒子的散射光强主要集中在前向散射角约40°内。

图2.1：当m=1.589/1.333， λ=0.65μm， φ=45°时，对应于不同的微粒直径，散射光强与散射角间的关系曲线。 

图2.2：当m=1.589， λ=6μm， φ=45°时，对应于不同的粒径，散射光强与散射角间的变化曲线

入射光偏振角对散射光强分布的影响

图3.1是入射光波长为0.65μm，直径为0.2μm的聚苯乙烯微球在空气中的散射光强与散射角的变化关系曲线。由图可以看出，此种情况下入射光的偏振角不同散射光强与散射角间的关系曲线有很大变化，散射光强分布比较分散，说明此时散射光强的角分布与偏振光的偏振角有关。

图3.1 当m=1.589， λ=0.65μm， φ=0.2μm时，对应于不同的偏振角，散射光强与散射角间的变化曲线。

结论

以上为应用米氏散射理论针对聚苯乙烯微球标准粒子的光散射性质进行的分析，得出以下结论：

（1）波长较短时散射光强主要集中分布在前向小角度内，并且波长越短散射光强集中分布的角度越小。收集前向小角度的散射光可大致反映粒子散射信息。

（2）进行聚苯乙烯微球标粒散射方面的研究时，应该选择可见光波段中波长较短的作为光源，这样既可以得到较好的粒子散射信息，又可以避免光源对人体造成伤害。

（3）粒子直径较大时散射光强主要集中分布在前向小角度内，并且粒子直径越大散射光强越集中分布在小角度内；若所用波长较大时，较大粒子的散射光强不再集中分布在前向小角度内而是集中分布的角度逐渐变大。

参考资料

1.李建立.基于光散射的微粒检测.烟台大学理学院硕士论文，2009：22-25.

一、引言

光伏发电新能源技术对于实现碳中和目标具有重要意义。近年来，基于有机-无机杂化钙钛矿的光电太阳能电池器件取得了飞速的发展，目前报道的最 高光电转化效率已接近26%。卤化物钙钛矿材料具有无限的组分调整空间，因此表现出优异的可调控的光电性质。然而，由于多组分的引入，钙钛矿材料生长过程中会出现多相竞争问题，导致薄膜初始组分分布不均一，这严重降低了器件效率和寿命。

图1. 钙钛矿晶体结构

二、TOF-SIMS应用成果

由于目前用于高性能太阳能电池的混合卤化物过氧化物中的阳离子和阴离子的混合物经常发生元素和相分离，这限制了器件的寿命。对此，北京理工大学材料学院陈棋教授等人研究了二元（阳离子）系统钙钛矿薄膜(FA1-xCsxPbI3，FA：甲酰胺)，揭示了钙钛矿薄膜材料初始均一性对薄膜及器件稳定性的影响。研究发现，薄膜在纳米尺度的不均一位点会在外界刺激下快速发展，导致更为严重的组分分布差异化（如图2所示），最 终形成热力学稳定的物相分离，并贯穿整个钙钛矿薄膜，造成材料退化和器件失活。该研究成果以题为“Initializing Film Homogeneity to Retard Phase Segregation for Stable Perovskite Solar Cells”发表在Science期刊。[1]

图2. 二元 FAC 钙钛矿的降解机制。（A-H）钙钛矿薄膜的组分初始分布和在外界刺激下的演变行为。（I-N）热力学驱动下，钙钛矿薄膜的物相分离现象的TOF-SIMS表征

TOF-SIMS作为重要的表面分析方法，具有高检测灵敏度（ppm-ppb）、高质量分辨率(M/DM>16000)和高空间分辨率(<50 nm)能力。在本研究中利用TOF-SIMS对发生老化后（晶体相变）的钙钛矿薄膜进行表征，从2D元素分布图中观察到薄膜中的阳离子Cs与FA同时发生了分离（如图2所示），并形成尺寸为几到几十微米的相，将二者的元素分布图像叠加后（见图2 K），观察到分离后的Cs/FA偏析区域在空间上形成互补，证明了每个区域的组成与其晶体结构相关联。此外，TOF-SIMS 3D影像（图2L至2N）表明，垂直方向分布相对均匀，阳离子在不同深度上的聚集方式与表面类似。TOF-SIMS结合XRD和PL结果证明了由于阳离子的局部聚集，从而导致了相分离。

此外，从降解初期的FACs钙钛矿薄膜的TOF-SIMS图像中明显能观察到无色区域（见图3A）Cs的信号更强，表明了区域1（与图2A和E中标注位置一一对应）中的Cs+阳离子有迁移到区域2和3，进一步表明了该膜的降解是由Cs偏析和随后的相变所引起的。

图3. 二元阳离子FACs钙钛矿膜在降解初期的TOF-SIMS图

该研究采用Schelling的偏析模型，并结合TOF-SIMS及其他实验观察数据结果表明：

（1）钙钛矿薄膜初始均一性对薄膜的老化行为有显著影响：薄膜在纳米尺度的不均一位点会在外界刺激下快速发展，导致更为严重的组分分布差异化，最 终形成热力学稳定的物相分离，并贯穿整个钙钛矿薄膜，造成材料退化和器件失活。

（2）薄膜均一性的提升将显著减缓其老化速率：通过在钙钛矿前驱体溶液中引入弱配位的添加剂硒酚，有效调控了溶液胶体环境，提升了薄膜均一性。实验结果表明，均一性提升的薄膜在热、光老化条件下，表现了较好的稳定性，在实验周期内未出现显著的物相分离。同时，经过进一步的器件优化，所制备的太阳能电池器件展现了良好的光电性能，在1 cm²器件上，获得了23.7%的认证效率。在不同温度条件下，器件在LED光源持续照射下，也表现了良好的工作稳定性。

三、TOF-SIMS表面分析方法

飞行时间二次离子质谱仪（Time of Flight-Secondary Ion Mass Spectrometer，TOF-SIMS）是由一次脉冲离子束轰击样品表面所产生的二次离子，经飞行时间质量分析器分析二次离子到达探测器的时间，从而得知样品表面成份的分析技术，具有以下检测优势：

（1）兼具高检测灵敏度（ppm-ppb）、高质量分辨率(M/DM>16000)和高空间分辨率(<50nm)；

（2）表面灵敏，可获取样品表面1-2个原子/分子层成分信息 (≤2nm)；

（3）可分析H在内的所有元素，并且可以分析同位素；

（4）能够检测分子离子，从而获取有机材料的分子组成信息；

（5）适用材料范围广：导体、半导体及绝缘材料。

图4. TOF-SIMS可以提供的数据类型

目前，TOF-SIMS作为一种重要的表面分析技术，可以用于样品的表面质谱谱图分析，深度分析，2D以及3D成像分析，所以被广泛应用于半导体器件、纳米器件、生物医药、量子材料以及能源电池材料等领域。

参考文献

[1] Bai et al. Initializing film homogeneity to retard phase segregation for stable perovskite solar cells, Science (2022). https://doi.org/10.1126/science.abn3148

PART 01 
引言  

有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）是基于多层有机薄膜结构的电致发光的器件，用作平面显示器时具有轻薄、柔性、响应快、高对比度和低能耗等优点，有望成为新一代主流显示技术。然而，高效率和长寿命依然是阻碍OLED发展的重要因素，因为有机材料易降解和器件界面结构不稳定从而导致OLED器件失效。在此背景下，迫切需要了解器件的退化机制，从而在合理设计和改进材料组合以及器件结构的基础上，找到提高器件寿命的有效策略。

图1. 基于OLED柔性显示器件

 PART 02 
TOF-SIMS表面分析方法  

研究有机/无机混合OLED器件的界面效应是提高其性能和运行稳定性的关键步骤。在众多分析方法中，飞行时间二次离子质谱仪（Time of Flight-Secondary Ion Mass Spectrometer，TOF-SIMS）是表征有机层及其内部缺陷的有效分析工具。TOF-SIMS是由一次脉冲离子束轰击样品表面所产生的二次离子，经飞行时间质量分析器分析二次离子到达探测器的时间，从而得知样品表面成份的分析技术，具有以下检测优势：

（1）兼具高检测灵敏度（ppmm-ppb）、高质量分辨率(M/DM>16000)和高空间分辨率(<50nm)；

（2）表面灵敏，可获取样品表面1-2个原子/分子层成分信息 (≤2nm)；

（3）可分析H在内的所有元素，并且可以分析同位素；

（4）能够检测分子离子，从而获取有机材料的分子组成信息；

（5）适用材料范围广：导体、半导体及绝缘材料。

目前，TOF-SIMS作为一种重要的表面分析技术，可以用于样品的表面质谱谱图分析，深度分析，2D以及3D成像分析，所以被广泛应用于半导体器件、纳米器件、生物医药、量子材料以及能源电池材料等领域。

PART 03 
应用简介  

基于Alq3（8-hydroxyquinoline, aluminum salt，8-羟基喹啉和铝，分子结构见图2）的OLED器件，因其宽视角、高亮度和低功耗的特性，成为下一代平板显示器最有潜力的备选之一。这类器件具有“三明治”结构，在两个电极之间夹有多个有机层。对于OLED器件的研究不仅专注于探索有机材料，还要进行失效分析来确定故障（如显示黑点）产生的原因。在这里，我们展示了TOF-SIMS 对Alq3有机层进行了全面表征。

图2. Alq3的分子结构式

图3和图4均为市售Alq3材料在正离子模式下的TOF-SIMS谱。TOF-SIMS结果表明，利用Au+和Ga+离子源均可检测到Alq3碎片的质量特征峰，但Au+离子源对这些碎片的灵敏度更高。比如，对比相同离子电流下的Au+和Ga+离子束对质量数为315的Alq2分子碎片的灵敏度，发现前者灵敏度提高了23倍。此外，只有Au+离子源才能检测到质量数超过1000的质量片段。这些质谱体现出使用Au+源分析Alq3这类分子量较大的材料的优势。

图3. 正离子模式下Alq3的TOF-SIMS谱。分析条件: 一次离子束Au+，22 keV；样品电流：0.07 pA；分析面积：300 μm2；数据采集时间10 min

4. 正离子模式下Alq3的TOF-SIMS谱。分析条件: 一次离子束Ga+，15 keV；样品电流：0.3 pA；分析面积：300 μm2；数据采集时间10 min

此外，Alq3薄膜必须在高真空条件下沉积才能保持其完整性。为研究大气对Alq3薄膜的影响，分别对暴露在空气前后的样品进行了TOF-SMIS表征，结果如图5所示。TOF-SMIS证明了暴露大气后Alq3薄膜发生了分解，并且随着暴露时间的增长，AlqO2质量片段的强度增加，表明水分和氧气会显著改变Alq3的组成。

图5. 负离子模式下Alq3在大气中暴露前后在的TOF-SIMS谱。分析条件: 一次离子束Ga+，15 kev；分析面积：300 μm2

总之，三重离子束聚焦质量分析器（Triple Ion Focusing Time-of-Flight，TRIFT）结合Au+离子源能显著提高仪器的灵敏度和降低本底，增强TOF-SMIS检测Alq3等高质量数（大分子）材料碎片的能力。

实验名称：高压放大器在新型窄线宽波长扫描光纤激光器研究中的应用

实验目的：根据仿真参数进行DCR-CC滤波器的搭建和实验验证。并搭建了基于DCR-CC滤波器和C+L波段EDFA的单纵模窄线宽波长扫描光纤激光器并探究其性能。

实验设备：滤波器，函数发生器，高压放大器ATA-2021H等

实验过程：

1.DCR-CC搭建与表征；

采用腔长分别为50.70 cm和 52.00 cm的参数搭建DCR-CC滤波器，使用如图所示的系统测量DCR-CC滤波器的滤波性能。

2.C+L波段激光增益范围的实现；

提出的C+L波段单纵模窄线宽波长扫描光纤激光器结构如图所示。两部分通过两个CL波段波分复用器并联在一起。一个自制的DCR-CC复合谐振腔滤波器作为大范围滤波元件，用以于从密集的主腔纵模中筛选SLM，一个FFP-TF作为波长扫描元件，由一个函数发生器和高压放大器ATA-2021H进行驱动。虚线框内的FFP-TF等器件可由Cir-2和替换FBG代替，用来测量激光器静态激光输出性能。

实验结果：

1.如图分别显示了四个波长处在60分钟内的中期激光运行稳定性，通过使用分辨率为0.02 nm，数据采集间隔为0.001 nm 的OSA重复扫描进行测量。从图中可以看出，四个激光的波长波动性f (i=1,2,3,4)很小，最大为 0.006 nm，功率波动性f, (i=1,2,3,4)很低，最大值为0.704 dB，其信噪比OSNR均高于66 dB。

2.自零差法测量不同扫描频率下ESA测得的拍频谱。

实验结论：

对于FDML波长扫描激光器,通过提高增益、使用带宽更窄的高速可调滤波器，来进一步提升激光器性能。设计更加适合FDML机理的复合谐振腔滤波器有望进一步改善激光器的纵模特性。

安泰高压放大器ATA-2021H主要指标：

以上内容由西安安泰整理发布，安泰高压放大器最大输出200Vp-p (±100Vp)高压，可以驱动高压型负载，完美匹配各大匹配函数信号源及任意波形信号发生器，广泛应用于压电陶瓷驱动、超声波测试、声呐系统应用和MEMS测试等，可提供免费样机试用服务，如果想了解高压放大器更多应用，欢迎访问安泰测试网。

       差示扫描量热仪(DSC)和拉曼光谱仪均被广泛应用于结晶度的研究，但监测的原理截然不同。DSC不仅可以精确确定样品结晶度，而且还可以通过测定相关焓变信息得到结晶动力学参数。凭借自身极其优异地控温能力——加热和冷却速度可以高达750°C/min可控，PerkinElmer®DSC8000或8500型DSC经常用于结晶度研究。ZL的双炉体设计，赋予炉温瞬间稳定以及精确控制在某一真实温度的能力，等温研究Z好是在这个模式下进行。结晶物的拉曼光谱和非结晶物一般不同，前者的峰宽较窄。拉曼光谱仪还可用于监控非常慢速的变化过程，从而提供额外的样品信息，并且也可以准确判定混晶发生的位置。PerkinElmer公司研发的RamanStation™400和RamanFlex™lines允许实时调节激光脉冲周期，因此可以轻松调节拉曼光谱采集信号速率和DSC扫描速率的Z佳匹配值。同时测量消除了材料可能受试样热历史影响而带来的不确定性。

       下文针对半结晶性聚氧化乙烯的DSC-Raman检测可以充分说明两种技术的互补性。上述材料已被广泛运用于YL、生活以及工作的方方面面，例如牙膏。试样从10°C加热到75°C，经历了熔融过程，然后冷却到10°C，再进行重复扫描。diyi周循环中样品的熔融峰温位于70°C，而在第二次升温扫描中则出现在66.7°C。第二周升温测得的熔融热值也降低了（图1）。这暗示了diyi次的熔融和结晶过程使得材料的无定型区增加。

图1.聚氧化乙烯（PEO）的DSC扫描。diyi次和第二次循环被标注清楚

        在DSC运行时拉曼光谱每间隔5秒接受一次。diyi次加热/冷却循环之后，光谱中显示大量的无定型组分特征（图2）。通过差减可以diyi次循环扫描前后的光谱差异。虽然存在噪音，但它与完全熔融时的光谱图非常相似。因此拉曼光谱可以直接确认来自于DSC数据的推论，那就是diyi次加热/冷却循环提高了试样的无定型含量。从这些数据（图3）可以得到结晶组分的光谱和非晶组分的光谱。

图2.PEO的DSC扫描和光谱

图3.PEO结晶和非晶的拉曼光谱

       常用这两种技术来研究聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。试样从熔融温度快速冷却至室温后检测到存在明显的无定型结构。热流曲线显示一个玻璃化转变温度（Tg）大约在70°C，然后出现冷结晶，在270°C发生晶区熔融（图4）。拉曼光谱的变化很小，但可以紧跟着进行主成分分析（PCA）。分析1727cm-1C=O拉曼骨架，得到两个主要的组分：PC1是diyi次求导曲线，对应于骨架的移动，PC2是二次求导曲线，表示峰宽的变化。很明显，对于峰宽变化的温度曲线与试样的结晶和熔融的相对应。然而，峰移动的温度曲线并不与DSC热流曲线的事件相对应，但反映了随着温度的提高向低频连续的移动。

       等温结晶可以真正地被DSC或带有可以理想的快速处理的DSC的拉曼光谱仪监测，而拉曼甚至可以被应用于慢速结晶研究。在研究两种吹塑成型的聚乙烯薄膜中可以看到两种技术数据的相关性，其中的一个材料不好。以500°C/min的速度快速从熔融状态冷却，测量发现试样在121°C结晶。这个实验需要使用HyperDSC®-capable设备，像DSC8500设备一样可以快速冷却并且仍然可以精确地、稳定地回到等温温度。一个稳定的瞬态之后，DSC数据（图5）显示问题材料比合格材料结晶更快，熔融焓值更高。拉曼数据（图5）显示Z初试样加热和冷却以及等温过程。这种情况下来自PCA的分数可以直接与结晶度相关。这里发现问题材料比合格材料结晶更快，另外Z终结晶度也比合格材料高。两组数据显示Z终的结晶度，问题材料高于合格材料50%。两种情况下材料Z终的结晶度远低于开始时的结晶度。

      图4PET的DSC和拉曼数据

图5a.HDPE等温结晶的DSC曲线图

图5b.HDPE熔融和等温结晶的拉曼光谱

DSC-Raman光谱仪赋予我们精确研究高聚物的能力，可以GX再现样品在各种控温条件下的结晶行为，同时与DSC能量变化相关的结构信息也能通过拉曼光谱体现。这种途径使得两种方法的相关性精确，有助于对结晶行为更深层次的理解。