科学家捕捉到光驱动聚合物的蛛丝马迹

科学家捕捉到光驱动聚合物的蛛丝马迹高速原子力显微镜与激光照射系统相结合，用于原位实时观察偶氮聚合物的变形过程。资料来源：大阪大学偶氮聚合物是一种光活性材料，这意味着当光线照射到它们时，它们会发生变化。具体来说，光线会改变它们的化学结构，从而改变薄膜的表面。这使得它们在光学数据存储和提供光触发运动等应用中颇具吸引力。能够在捕捉图像的同时用聚焦激光引发这些变化被称为原位测量。"通常，研究聚合物薄膜的变化时，需要对其进行处理，例如用光照射，然后进行测量或观察。然而，这只能提供有限的信息，"该研究的第一作者KeishiYang解释说。"使用高速原子力显微镜（HS-AFM）装置，包括一台带激光器的倒置光学显微镜，使我们能够触发偶氮聚合物薄膜的变化，同时以高时空分辨率对其进行实时观测。"(a）与激光辐照系统集成的高速原子力显微镜概述b）偶氮聚合物变形的高速原子力显微镜图像。资料来源：美国化学学会高速原子力显微镜测量能够以每秒两帧的速度跟踪聚合物薄膜表面的动态变化。研究还发现，所使用的偏振光的方向会对最终的表面图案产生影响。利用原位方法进行的进一步研究有望深入了解光驱动偶氮聚合物变形的机理，从而最大限度地发挥这些材料的潜力。该研究的资深作者TakayukiUmakoshi说："我们已经展示了观察聚合物薄膜形变的技术。不过，在此过程中，我们展示了将尖端扫描HS-AFM和激光源结合起来，用于材料科学和物理化学的潜力"。对光有反应的材料和过程在化学和生物学的多个领域都很重要，包括传感、成像和纳米医学。原位技术为加深理解和最大限度地发挥潜力提供了机会，因此有望应用于各种光学设备。编译自/scitechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423710.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423710.htm

细胞图谱捕捉到了人类视网膜的多彩细节

细胞图谱捕捉到了人类视网膜的多彩细节为了将细节扩大10倍，新研究的研究人员利用了一种叫做迭代间接免疫荧光成像（4i）的新技术。其基本原理听起来很简单--在拍下图像并使用三种染料进行测量后，把样品中的染料洗掉，然后用另外三种染料进行染色。一次又一次地重复这个过程，然后用计算机将所有的图像合并成一个，然后就可以了--最终的结果是一张标有几十种蛋白质的显微镜图像。在这种情况下，苏黎世联邦理工学院的研究人员使用4i技术创建了人类视网膜的新细胞图谱。在18天里，一个机器人拍下了18个不同批次的染色蛋白质的图像，最终创造了一个包含53种不同类型蛋白质的彩色显微镜图像。完整的4i视网膜图像，显示了组织的错综复杂的细节Wahle等人，《自然-生物技术》2023期他们没有从人身上提取视网膜，而是在实验室里用干细胞培育出迷你的3D版本，其发育方式与真实的视网膜非常相似。利用这些视网膜器官，该团队展示了这种成像方式可用于研究人类发育，研究人员对一系列不同年龄的视网膜器官进行了处理，一直到它们39周的发育期。"我们可以用这个时间序列来显示类器官组织是如何慢慢建立起来的，哪些细胞类型在哪里增殖，什么时候增殖，以及突触的位置，"该研究的高级作者GrayCamp说。"这些过程与胚胎发育过程中的视网膜形成过程相类似。"下一步，研究人员计划将这种技术用于视网膜器官，如视网膜色素变性（一种可导致失明的退行性疾病），以研究该疾病的进展并寻找如何治疗的新见解。最终，他们希望将该技术应用于其他类型的组织，以研究发育和疾病。该研究发表在《自然-生物技术》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358799.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358799.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

PicoRuler：基于蛋白质的分子标尺革新细胞成像技术

PicoRuler：基于蛋白质的分子标尺革新细胞成像技术PicoRuler：基于蛋白质的分子标尺可以在现实条件下测试最新超分辨率显微镜方法在亚10纳米范围内对生物分子的光学分辨率。图片来源：GertiBeliu，DALL-E3/维尔茨堡大学由德国巴伐利亚州维尔茨堡朱利叶斯-马克西米利安大学（JMU）鲁道夫-维尔乔中心（RudolfVirchowCentre-CenterforIntegrativeandTranslationalBioimaging）的GertiBeliu博士和MarkusSauer教授领导的科学家团队现在提供了一个转折点。他们在《先进材料》杂志上发表了新型生物兼容分子尺PicoRulers（基于蛋白质的成像校准光学尺）。研究小组利用基因代码扩展和点击化学，成功构建了这些定制的分子尺。它们可在荧光显微镜中用作精确的生物分子参考结构。PicoRulers基于由三部分组成的蛋白质PCNA（增殖细胞核抗原），它在DNA复制和修复中发挥着核心作用。通过在精确定位的位置上引入非天然氨基酸，这种蛋白质已被改性，使荧光染料或其他分子能够以最小的连接误差特异性地点击到它上面。这样，研究人员就能在精确定义的细胞生物分子上以前所未有的精度测试最新超分辨率显微镜方法的分辨率。MarkusSauer热情洋溢地表示："能够在亚10纳米水平上解析真实的生物结构，标志着生物成像技术进入了一个新时代。与以前使用的人造大分子相比，我们的PicoRuler不仅具有生物兼容性的特点。它们还能在现实条件下实现无与伦比的测试分辨率精度。""这项技术的应用范围远远超出了传统显微镜的界限。"GertiBeliu解释说："我们的PicoRulers不仅是更精确测量的工具，还为更深入、更详细地研究细胞内发生的复杂过程打开了大门。"从长远来看，PicoRulers的进一步发展可能会改变具有分子分辨率的生物和医学成像。PicoRuler首次实现了在生物样本上验证和提高新的超分辨率显微镜方法的分辨率潜力。这使它们成为未来阐明细胞中生物分子的分子组织和相互作用的宝贵工具。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401693.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401693.htm

新型AI技术打破了原子力材料表面成像技术的基本限制

新型AI技术打破了原子力材料表面成像技术的基本限制原子力显微镜（AFM）是一种广泛使用的技术，可以定量绘制材料表面的三维图。然而，原子力显微镜的精度受到显微镜探针尺寸的限制。为了突破这一限制，我们开发了一种新型人工智能技术，使显微镜在材料分析中达到更高的分辨率。伊利诺伊大学香槟分校的研究人员开发的深度学习算法经过训练，可以从原子力显微镜图像中去除探针宽度的影响。据《纳米快报》（NanoLetters）杂志报道，该算法超越了其他方法，首次以低于显微镜探针尖端宽度的分辨率给出了真正的三维表面轮廓。材料表面成像技术的突破"精确的表面高度轮廓对于纳米电子学的开发以及材料和生物系统的科学研究至关重要，而原子力显微镜是一种能够无创测量轮廓的关键技术，"该项目负责人、工大材料科学与工程系教授张英杰说。"我们已经展示了如何更加精确地观察更小的东西，我们也展示了如何利用人工智能来克服看似无法克服的限制。"显微镜技术通常只能提供二维图像，基本上只能为研究人员提供材料表面的航拍照片。原子力显微镜可提供完整的地形图，准确显示表面特征的高度剖面。这些三维图像是通过在材料表面移动探针并测量其垂直偏转而获得的。经深度学习算法处理的原子力显微镜图像。左列包含模拟的原子力显微镜图像，中间一列包含经过算法处理和重建的图像，右列包含添加原子力显微镜效应之前的原始图像。来源：NanoLett.如果表面特征接近探针尖端的大小（约10纳米），显微镜就无法分辨，因为探针变得太大，无法"感觉"出这些特征。几十年来，显微镜学家们一直意识到这一局限性，但伊利诺伊大学的研究人员是第一个给出确定性解决方案的人。"我们之所以求助于人工智能和深度学习，是因为我们想获得高度剖面--精确的粗糙度--而不受传统数学方法的固有限制。"研究人员开发了一种具有编码器-解码器框架的深度学习算法。它首先通过将原始原子力显微镜图像分解为抽象特征对其进行"编码"。在对特征表示进行处理以消除不良影响后，再将其"解码"回可识别的图像。为了训练该算法，研究人员生成了三维结构的人工图像，并模拟了它们的原子力显微镜读数。然后构建算法，利用探针尺寸效应转换模拟原子力显微镜图像，并提取基本特征。博纳吉里说："实际上，我们必须做一些非标准的事情才能做到这一点。典型的人工智能图像处理的第一步是根据某个标准重新调整图像的亮度和对比度，以简化比较。但在我们的案例中，绝对亮度和对比度才是有意义的部分，因此我们不得不放弃第一步。这让问题变得更具挑战性。"为了测试他们的算法，研究人员在硅主机上合成了已知尺寸的金和钯纳米粒子。该算法成功消除了探针尖端效应，并正确识别了纳米粒子的三维特征。张说："我们已经给出了概念验证，并展示了如何使用人工智能来显著改善原子力显微镜图像，但这项工作仅仅是个开始。与所有人工智能算法一样，我们可以通过在更多更好的数据上进行训练来改进它，但前进的道路是明确的。"编译自：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422273.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422273.htm

神经科学研究又有新突破：新图像捕捉到突触的未知细节

神经科学研究又有新突破：新图像捕捉到突触的未知细节透视三维模型，显示轴突（红色）、中等脊髓运动神经元（绿色）和星形胶质细胞汇聚在突触处（黄色）。资料来源：罗切斯特大学和哥本哈根大学神经医学转化中心这项新研究发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上，由罗切斯特大学和哥本哈根大学神经医学转化中心联合主任、医学博士SteveGoldman领导的团队撰写。这些发现代表了一项重大的技术成就，使研究人员能够以以前无法达到的详细程度研究汇聚在单个突触的不同细胞。"从文献中了解突触的结构是一回事，但亲眼看到单个细胞之间相互作用的精确几何形状又是另一回事，"转化神经医学中心研究副教授、本研究的共同作者阿卜杜拉蒂夫-本拉伊斯博士说。"测量这些极小环境的能力是一个年轻的领域，有可能促进我们对突触功能受到干扰的一些神经退行性疾病和神经精神疾病的了解"。研究人员利用这项新技术将健康小鼠的大脑与携带导致亨廷顿症的突变基因的小鼠的大脑进行了比较。戈德曼实验室之前的研究表明，功能失调的星形胶质细胞在这种疾病中起着关键作用。星形胶质细胞是大脑中被称为胶质细胞的支持细胞家族的成员，有助于维持突触处适当的化学环境。研究人员重点研究了涉及中刺运动神经元的突触，这些细胞的逐渐丧失是亨廷顿氏病的特征之一。研究人员首先要找出隐藏在三个不同细胞纠结中的突触，这三个细胞分别是：来自远处神经元的突触前轴突；其目标--突触后中棘运动神经元；以及邻近星形胶质细胞的纤维过程。为此，研究人员利用病毒为轴突、运动神经元和星形胶质细胞分别赋予荧光标签。然后，他们取出大脑，通过多光子显微镜对感兴趣的区域进行成像，并使用一种名为红外烙印的技术，利用激光在脑组织中创建参考点，以便研究人员随后重新定位感兴趣的细胞。研究小组随后使用哥本哈根大学的串行块面扫描电子显微镜对脑组织进行了检查。该设备使用钻石刀对脑组织的超薄切片进行连续切除和成像，从而创建出标记细胞及其在突触处相互作用的三维纳米级模型。"这些模型揭示了星形胶质细胞及其伴侣突触之间的几何和结构关系，这一点非常重要，因为这些细胞必须以特定的方式在突触处相互作用，"该研究的第一作者、神经医学转化中心高级助理卡洛斯-贝尼特斯-比利亚努埃瓦（CarlosBenitezVillanueva）博士说。"这种方法使我们有能力测量和描述突触环境的几何形状，并将其作为神经胶质疾病的一种功能来进行测量和描述。"在健康小鼠的大脑中，研究小组观察到，星形胶质细胞过程与圆盘状突触周围的空间接触并将其完全包围，形成了紧密的结合。相比之下，亨廷顿氏症小鼠的星形胶质细胞在投资或封存突触方面并不那么有效，留下了很大的空隙。这种结构缺陷使得钾和谷氨酸--调节细胞间通讯的化学物质从突触中渗漏出来，从而可能破坏正常的细胞间通讯。星形胶质细胞功能障碍与其他疾病有关，包括精神分裂症、肌萎缩侧索硬化症和额颞叶痴呆症。研究人员认为，这项技术可以大大提高我们对这些疾病确切结构基础的认识。他们特别指出，这项技术可用于评估细胞置换策略治疗这些疾病的效果，即用健康的神经胶质细胞置换患病的神经胶质细胞。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379357.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379357.htm