冷冻电镜技术荣获诺贝尔化学奖

<正>雅克·杜博歇、约阿希姆·弗兰克和理查德·亨德森因发展了生物分子成像技术分享了2017年诺贝尔化学奖。2017年诺贝尔化学奖授予了帮助科研人员看清生物分子的冷冻电镜技术。10月4日,雅克·杜博歇(Jacques Dubochet)、约阿希姆·弗兰克(Joachim Frank)、理查德·亨德森(Richard Henderson)因对冷冻电镜技术(cryo-EM)     

彼得·曼斯菲尔德(1933-2017)

<正>彼得·曼斯菲尔德发明了革命性的医疗技术——磁共振成像技术(MRI)。英国著名物理学家彼得·曼斯菲尔德在1972年的发现推动了磁共振成像技术(MRI)的发展,造福了数以百万计的人。曼斯菲尔德是一位受过传统训练的物理学家,他意识到可以利用核磁共振(NMR)技术获得活体组织的横截面影像。他开发的安全、无侵袭技术可以对组织切片的软组织和器官清晰成像,革新了医疗诊断,改变了人脑的研究。仰赖这项工     

冷冻电镜：四十年风雨无阻路终得云开见月明——2017年诺贝尔化学奖简介

电子显微镜强大的分辨能力能帮助人类展示微观世界的细节,在生命科学领域有着广泛的用途。但是,由于生物样品无法承受电子束的辐照损伤,电镜技术一直很难在生物样品上获得高分辨率信息。冷冻电镜技术的诞生以及近几年的分辨率革命开启了一个利用电镜技术解析生物分子结构的新纪元,该技术的几位先驱科学家也因此获得了2017年的诺贝尔化学奖。本文简要回顾了电镜三维重构技术和冷冻技术的历史和发展现状,并对未来作出展望。     

亨利希·罗勒(1933-2013)

据IBM公司称,瑞士物理学家亨利希·罗勒(Heinrich Rohrer)于2013年5月16日在瑞士沃勒劳家中去世,终年79岁。罗勒与IBM公司同事盖尔特·毕尼希(Gerd Binnig,1947-,德国物理学家)因发明扫描式隧道电子显微镜(STM)而分享1986年诺贝尔物理学奖的一半奖金;另一半奖金由发明电子显微镜的德国物理学家恩斯特·鲁斯卡(Ernst Ruska,1906-1988)获     

金纳米棒:性能、制备、修饰、生物成像技术及应用

随着生物医学的发展,对生物成像技术和成像分辨率的要求越来越高,纳米材料和技术被越来越多地应用到生物医学领域.各向异性的金纳米棒由于具有较高的电子密度、较大的吸收截面、特殊的表面等离子共振光学特性、优良的生物相容性和化学稳定性而被广泛应用于生物成像领域.本文结合本课题组在该领域的研究经验,综述了金纳米棒的制备方法、光学性能和表面修饰方法;并从金纳米棒局部等离子共振特性出发,综述了金纳米棒的暗场散射成像、双光子荧光成像、光声断层成像、光学相干断层扫描、X射线计算机断层扫描、表面增强拉曼散射成像等生物成像技术.同时阐述了金纳米棒在生物成像、医学诊断和联合治疗等领域中的应用进展.     

冷冻电子显微镜:生物大分子精细结构分析的利器

介绍了2017年诺贝尔化学奖3位科学家,Jacques Dubochet,Joachim Frank和Richard Henderson采用冷冻电子显微镜(cryo-electron microscopy,cryo-EM)方法学解析生物大分子高分辨结构方面研究的发展历程,并对未来发展进行了展望.     

磁共振成像在精神病研究中的应用

著名物理学家杨振宁教授曾经说过,在高能物理这样所谓纯基础研究中,有许多技术也可在经济建设中发挥重要作用。《磁共振成像在精神病研究中的应用》一文所介绍的磁共振成像技术,便是一例。虽然该文仅着重介绍这项技术在精神病研究中的应用,但是由此也可以看出它广阔的应用前景。     

纳米金等离子共振特性在生物成像中的应用

随着生物医学的发展, 科学研究对生物成像技术和成像分辨率的要求越来越高, 纳米技术和材料被越来越多地应用到生物医学领域中来. 在细胞和生物组织的成像分析中, 纳米金由于其特殊的表面等离子共振特性和优良的生物相容性, 常被用作对比剂、靶向载体、增强剂、示踪剂和传感器而广泛应用于生物成像领域中. 我们将课题组的研究方向与目前该领域的研究热点相结合, 从纳米金辅助细胞及细胞内成像和动物活体成像两个方面就纳米金在生物成像、医学诊断等领域中的应用进展进行了阐述.     

原位液体室透射电子显微镜技术的发展及应用

原位液体室透射电子显微镜技术的发展,极大地扩展了透射电子显微镜的使用范围,使之能够以纳米尺度的成像分辨率对液体环境中的样品进行实时动态分析.本文基于本课题组近年来参与和开展的研究,综述了原位液体室电子显微镜的研究进展,包括原位液体室透射电子显微镜实验装置的研制,及其在纳米材料制备与表征、电化学反应过程、新能源材料与器件、生命科学等领域的应用.最后,对原位液体室透射电子显微镜领域的未来发展趋势进行了展望.     

单颗粒等离子激元生物传感技术

贵金属纳米颗粒的表面等离子共振(SPR)效应的研究已经有近60年的历史,近年来纳米等离子激元用于生物分析传感应用取得了长足的进步.本文系统地阐述了等离子激元的形成原理与单颗粒水平分析检测技术原理,从直接传感、等离子共振能量转移(PRET)、SPR耦合、生物成像与治疗等方面概括介绍了目前利用等离子激元进行生物分析传感、生物成像与诊疗等方面的应用研究.生物传感检测技术在单分子检测、单颗粒成像与分析等领域具有重要的科学意义与应用前景.     

MRI:获奖及其风波

2003年诺贝尔生理学或医学奖授予两位物理学家--美国的劳特布(P.C.Lauterbur)和英国的曼斯菲尔德(P.Mansfield),以表彰他们"在磁共振成像(MRI)方面的发现"."磁共振"是"核磁共振"(NMR)的简称,MRI成像技术作为一种重要的医学诊断手段,在医院里已经相当普及.     

中子衍射和生物结构测定

生物结构的测定,除化学方法外,物理技术也起着很大作用。众所周知,细胞和细菌的发现是由于光学显微镜的发明;近年来细胞细微结构的研究,倚助于电子显微镜的作用;生物大分子三维结构的测定,则是五十年代借助X射线衍射所取得的成就。然而,在电子显微镜和X射线衍射揭示生物结构的层次中,尚有空隙。例如对核糖体和染色质的结构,在电子显微镜镜里就显得太小,而对于X射线衍射来说又显得     

X射线发光光学断层成像的研究进展

X射线发光光学断层成像(XLOT)是一种利用X射线照射生物体内的纳米发光材料进行成像的新型光学分子成像技术.对比现有光学分子成像技术,XLOT能够同时进行功能和结构成像,并且具有更高的成像深度和成像分辨率,具有广泛的应用前景.本文对XLOT成像技术的研究现状进行综述,回顾了不同XLOT系统的成像原理、系统组成以及各自的优缺点,概述了现有XLOT重建方法及其最新进展,总结了目前XLOT中常用的成像探针,在此基础上,介绍了XLOT技术在预临床诊断上的应用现状,最后对XLOT未来的研究方向进行了展望.     

微波致热超声成像原型系统

相对微波和超声成像系统, 微波致热超声扫描成像(MITAT, microwave-induced thermo-acoustic tomography)技术在对比度和分辨率方面具有明显优势, 因此该技术在生物组织成像领域受到了越来越多的关注. 介绍了一个完整的MITAT原型系统, 并利用该系统对埋入脂肪中的高含水量生物组织目标进行了一些基础性的实验. 在这些实验中, 通过由截面为毫米尺度的猪肌肉组织样条所产生的热超声波信号, 获得了同时具有高对比度和高分辨率的MITAT图像. 为了验证MITAT的优势, 一个商用的超声线阵成像系统也对同一实验目标进行了超声成像对比实验研究; 两种系统的成像结果表明所搭建的MITAT原型系统在对类肿瘤的高含水目标探测方面具有良好的性能.     

乙醇作为碳源的碳纳米管阵列氧化铝模板法制备

以乙醇为碳源在低气压条件下利用化学气相沉积(CVD)技术在多孔氧化铝模板中制备了碳纳米管阵列. 扫描电子显微镜(SEM)和低分辨透射电子显微镜(TEM)成像结果表明, 所得碳纳米管的外径和长度高度统一, 完全受制于所制备的多孔氧化铝模板阵列纳米孔道. 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)成像表明, 所得碳纳米管的管壁石墨化程度虽与自由生长的多壁碳纳米管管壁石墨化程度还有一定差距, 但已明显高于目前文献所报道的此类碳纳米管. 作为对比, 在相同生长条件下使用乙炔作为碳源也得到了碳纳米管阵列, HRTEM成像结果和Raman光谱证明, 其管壁的石墨化程度较前者要低得多. 本文提出羟基自由基对无定形碳的刻蚀作用对碳纳米管管壁的石墨化有重要影响; 另外, 初步探讨了多孔氧化铝模板阵列纳米孔道的光滑程度对碳纳米管生长的影响.     

纳米生物医学成像表征与医学功能生物界面

基于微尺度(微/纳米)功能生物界面的成像与表征,集成并发展了以原子力显微镜、环境扫描电子显微镜等纳米源头技术为主导的,具有相互协同、验证、补充的多信息、多层次联合成像、表征及微加工设备功能群,实现了活体生物界面微尺度成像与表征方法学上的突破.进而,强调"医学功能界面"的概念,针对血管、骨和肿瘤相关医学功能界面,深入开展"微尺度构建-功能-力学耦合机制"研究.在此基础上,受血管内皮细胞为载体的血流/血液/血管相互作用功能界面的启发,实现黏附可控医学功能界面的仿生设计与制备;同时在中医"补气活血"理论的指导下,开辟"生物力药理学"这一新的交叉研究领域,强调生物力学因素在药理学研究和临床诊疗活动中的重要作用,建立可作为Biomarker另一类形式的临床样品微尺度力学参数指标,并倡导将"实验台/病床"双向引导的转化医学模式实施于诊断与治疗中.     

超越光学显微镜的极限——记2006年度"未来奖"得主施特芬·黑尔

2006年11月23日,德国政府颁发了2006年度的“未来奖”。获奖者是43岁的物理学家、德国马普学会生物物理化学研究所所     

转动分子马达：ATP合成酶

生物分子马达处在生命与纳米两学科的交叉点上,注定会成为本世纪基础研究的主角之一。ATP合成酶是最精妙的生物分子马达之一,有关它的研究尽管经历了60多年,但突破性进展出现在最近十年,部分原因是单分子技术的发展,更要归功于物理学家、生化学家及计算学家等的联合交叉研究。本文回顾了ATP合成酶研究的历程,展示了主要成果,也提出了面临的问题。     

正常及病变组织相位编码三次谐波超声透射成像

提出利用相位编码技术提高生物组织三次谐波超声透射成像中的信噪比, 输出三个相位分别为0°, 120°和 240°的脉冲信号, 并将各自接收信号进行线性叠加. 理论及实验表明: 三次谐波声压提高了9.5 dB, 而基波和二次谐波信号被有效地抑制; 三次谐波的轴向和径向指向性比二次谐波好. 利用相位编码技术对两种正常和病变生物组织进行三次谐波透射法成像, 并与传统单脉冲技术的基波以及二次谐波成像比较, 进一步证明了该技术能增强图像的清晰度和对比度, 提高区分正常和病变组织的能力.     

Nano CT成像进展

Nano CT是以Micro CT为基础进一步发展而来的分辨率更高的新型成像设备, 在生物成像、病理检测以及集成电路检测等多个领域都有广阔的应用前景. 本文着重介绍Nano CT的发展过程、成像的基本原理和关键技术以及在成像过程中可能存在的各种成像问题, 并针对当前制约Nano CT发展的运动成像、多分辨率成像等几个问题, 结合最新的技术发展对未来新型的Nano CT进行了展望.