Echo Revolve显微镜在上皮性卵巢癌研究中的应用

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

前言

结核病（TB）仍然是单一传染源的首要死亡原因。2017年，估计出现了超过55万例耐多药/利福平结核病（MDR/RR-TB）新病例，强调需要新的治疗策略。利奈唑胺（LZD）是一种治疗耐药革兰氏阳性感染的有效抗生素，也是结核病的有效治疗方法。然而，长期使用LZD可导致LZD相关的宿主毒性，常见的是gusui抑制。LZD毒性可能由IL-1介导，IL-1是结核分枝杆菌感染期间早期免疫的重要炎症途径。然而，IL-1可导致结核病进展后期的病理学和疾病严重性。

由于IL-1可能有助于LZD毒性，并确实影响结核病病理学，因此本实验将这一途径作为潜在的宿主导向治疗（HDT）的靶点。本实验假设LZD的疗效可以通过调节IL-1途径来增强，以减少gusui毒性和结核相关炎症。

本文使用两种结核病动物模型进行研究，一种是结核病易感小鼠模型和临床相关猕猴。在本研究中应用Echo Revolve正倒置一体荧光显微镜首先对小鼠肺组织的病变情况进行观察，以及肺组织病变面积的测量及可视化呈现；其次观察猕猴胸骨gusui组织切片，比较细胞数量和差异性变化。荧光显微镜观察鼠抗CD3e、鼠抗Ly-6G抗体在肺组织中的特异性表达情况。

通过苏木精-伊红（HE）染色对WT或Nos2-/-小鼠的单个肺叶进行组织病理学分析。αIL-1R1治疗降低了肺脏的平均细菌负荷（图1）。αIL-1R1治疗没有加重任何一种小鼠株的疾病。

▲ 图1 苏木精-伊红（HE）染色对WT或Nos2-/-小鼠单个肺叶的组织病理学分析结果

作者使用鼠抗CD3e、鼠抗Ly-6G抗体孵育，在Echo Revolve 4荧光显微镜DAPI FITC和RFP3个通道下分别观察继发性荧光和自发性荧光，将3个通道的图像叠加，可观察到图像中的紫色为抗体在肺组织中特异性表达，见图2。

由于对Mtb感染和LZD治疗产生的IL-1β在很大程度上取决于NLRP3炎症体，本文还研究了一种方案，其中在感染后56天和77天之间施用LZD和小分子NLRP3yizhi剂（MCC950）。如αIL-1R1所观察到的，与LZD单独相比，添加MCC950减少了肺中的PMN数量，并且没有显著改变细菌杀灭（图2）。

▲ 图2 不同治疗组的肺部组织免疫荧光图像

用DAPI染色的细胞核（蓝色）、用鼠抗CD3ε染色的T细胞（绿色）和用鼠抗Ly-6G染色的中性粒细胞（红色）

为了证实我们的观察结果，病理学家评估了猕猴gusui组织切片。结果发现不同治疗组，如TB组、LZD组和LZD+IL-1Rn组在细胞数量（髓系：红系比率）或异常方面没有明显差异（图3）。

▲图3 猕猴尸检时获得的胸骨gusui的代表性HE图像

图片中的左侧图像为20X拍摄结果，右侧图像为40X拍摄结果

研究亮点：

▶  本文使用Echo Revolve正倒置一体荧光显微镜眀场清晰观察到小鼠肺组织的病灶情况，还清晰观察到猕猴胸骨gusui细胞分布状况以及进行不同治疗组间细胞数量比较；眀场可一键快速切换到荧光成像，荧光观察对不同治疗组的肺部组织中的抗体特异性表达进行清晰观察。

▶  阐明了小鼠和猕猴之间gusui抑制的差异突出了在人类实验之前评估多个模型中HDT的重要性；在两种模型中，IL-1Rn给药对宿主的影响，以及对Mtb和LZD功效的反应，可以通过显微镜观察两种模型细胞中的病灶变化，细胞数量以及差异性变化来鉴定IL-1与LZD联合抑制是否对结核病治疗有效。本文研究数据为IL-1Rn作为结核病的潜在治疗提供了临床前数据。

Revolve Gen 2正倒置一体电动荧光显微镜

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       在非小细胞肺癌(NSCLC)靶向治疗过程中，有可能会出现获得性耐药的问题。虽然目前已经发现了许多获得性耐药的驱动因素，但在治疗过程中导致肿瘤进化的潜在分子机制还不完全了解，治疗在多大程度上通过促进突变过程积极推动肿瘤的发展尚不明确。因此来自美国马萨诸塞州总医院的Hideko Isozaki和Ammal Abbasi等科学家发表了一篇名为《APOBEC3A drives acquired resistance to targeted therapies in non-small cell lung cancer》的文章，文中作者研究了在NSCLC靶向治疗期间，是否有特定的突变机制驱动肺癌的基因组进化。结果表明靶向治疗诱导胞苷脱氨酶APOBEC3A (A3A)突变可能促进非小细胞肺癌获得性耐药的发展。

       作者在研究中发现，临床常用的肺癌靶向治疗诱导A3A的表达，导致耐药癌细胞持续发生突变。诱导A3A可以促进了药物治疗细胞中双链DNA断裂(DSBs) 的形成，从而导致耐药细胞进化过程中的染色体不稳定性，如拷贝数改变和结构变异。通过基因缺失或RNAi介导来预治疗诱导的A3A突变可以延缓耐药的出现。因此，靶向治疗诱导A3A突变可能促进非小细胞肺癌获得性耐药的发展。A3A的表达或酶活性可能是一种潜在的治疗策略，以预防或延迟获得性耐药的肺癌靶向治疗。因此靶向治疗诱导A3A突变可能促进非小细胞肺癌获得性耐药的发展。 A3A的表达或酶活性可能是一种潜在的治疗策略，以预防或延迟获得性耐药的肺癌靶向治疗。

       在DNA双链损伤形成时,H2AX的Ser139 位点会被迅速磷酸化,从而形成γH2AX，γH2AX可以作为双链修复的标志物。文章中作者通过免疫荧光技术，利用ECHO Revolve正倒置一体荧光显微镜进行免疫荧光观察。在奥希替尼治疗2周后，我们观察到PC9细胞中组蛋白变体H2AX的Ser139磷酸化水平升高（图1），说明TKI诱导的A3A突变导致基因组不稳定，促进耐药克隆的进化。将γH2AX映射到TKI处理的PC9细胞的细胞周期分布上显示，γH2AX最显著地定位于一个恢复细胞分裂并处于G2期的细胞亚群（图2），因此，TKI治疗诱导增殖耐药细胞中A3A催化的基因组损伤。

▲图1：用1 μM奥希替尼处理PC9细胞0或14天，用γH2AX染色以量化DNA损伤。NT，没有处理；比例尺= 70μm。

▲图2：左图是用1 μM奥希替尼处理PC9细胞14天，用EdU/DAPI染色以分辨细胞周期，代表G1、S、G2细胞;比例尺= 10 μm。右图是EdU细胞周期试验的散点图，用γH2AX定量DNA损伤。NT：未处理。

       
      作者的研究结果表明，TKI治疗后APOBEC突变信号的获取可能指示了耐药克隆的进化路径，并提供了一种新的机制，通过该机制，靶向治疗可能在治疗期间无意中增加了癌细胞的适应性突变。因此，阻止A3A的表达或酶活性可能是一种潜在的治疗策略，以预防或延迟获得性耐药的肺癌靶向治疗。

参考文献：H Isozaki, Abbasi A , Nikpour N , et al. APOBEC3A drives acquired resistance to targeted therapies in non-small cell lung cancer. 2021.

DOI:10.1101/2021.01.20.426852

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近日在《Stem Cells and Development》期刊杂志上发表题为《Bone Marrow Stromal Cell-Derived Exosomes promote muscle healing following contusion through macrophage polarization》的文章。在这项研究中，使用梯度离心从BMSC的上清液中分离和纯化外泌体。纳米粒子跟踪分析，透射电子显微镜和蛋白质印迹被用来鉴定外泌体。使用ECHO正倒置一体荧光显微镜对HE染色，Masson染色和免疫荧光的肌肉样本进行成像。ZH得到的结论：BMSC-Exos通过改变巨噬细胞的极化状态YZ炎症反应，减轻了小鼠的肌肉挫伤损伤并促进了肌肉的愈合。

背景介绍：

骨骼肌挫伤是运动医学和临床最常见的损伤之一。由于挫伤后局部纤维化形成，受伤的肌肉很容易再次受伤，骨骼肌纤维化被证明与损伤初期的过度炎症反应有关，而与炎症浸润密切相关的巨噬细胞被发现在骨骼肌的愈合过程中起着至关重要的作用。如何调节巨噬细胞极化仍然是肌肉愈合的重要问题。

最近的研究表明，骨sui基质细胞源性外泌体（BMSC-Exos）可以影响炎症和组织恢复。因此，作者假设BMSC-Exos可以通过影响巨噬细胞极化来下调炎症反应，从而促进挫伤后骨骼肌的愈合。在这项研究中，作者从BMSC中分离了BMSC-Exos，在体内和体外测试了它们的功能，并研究了BMSC-Exos对巨噬细胞免疫调节和肌肉愈合影响的潜在机制。

实验方法：

通过粒度分析、透射电镜和Western Blot方法鉴定外泌体，为了检查靶蛋白的表达和位置，在TA（胫前肌）切片上进行了免疫荧光染色。使用的一抗是抗CD206，抗α-SMA，抗MyoD和抗Pax7，DAPI用于定位细胞核，通过荧光显微镜（ECHO Revolve，美国）观察图像。

结果：

总体外观，相对重量，形态特征：挫伤损伤后3d，挫伤组的TA肌肉比BMSC-Exos组的肌肉血肿更大（图3A）。两组之间在第三天，TA肌肉的相对肌肉重量也显著不同，挫伤组的TA肌肉较重（图3B）。

对于HE染色，在阴性对照组中，肌肉纤维规则且密集地排列。但是，在挫伤组中，随着时间的流逝，肌肉纤维变得越来越分散，许多增殖的胶原纤维占据了肌肉纤维的空间，这些现象在BMSC-Exos组中得到了改善。Masson染色中，在挫伤组中观察到大量胶原纤维，而BMSC-ExosZL在所有时间点均显著减少了纤维化区域（图3C-D）。

此外，为了进一步检查纤维化状况，作者对平滑肌肌动蛋白α（α-SMA）进行了免疫荧光染色。形态学结果表明，BMSC-ExosZL显著降低了挫伤在不同时间点引起的高蛋白表达和α-SMA的广泛分布（图4）。巨噬细胞耗竭后，BMSC-Exos的抗纤维化作用受到YZ，挫伤和BMSC-ExosZL组在第14天均观察到大的纤维化区域和广泛分布的α-SMA蛋白。

为了确定卫星细胞的不同成肌状态，进行了Pax7和MyoD的共定位。形态上，从受伤后3天开始，总的Pax7 + / MyoD +卫星细胞显著增加。显然，BMSC-ExosZL组的数量多于挫伤组和阴性对照组。在三个不同的组中，相对的Myod蛋白表达也呈现出类似的趋势（图5D）。综上所述，BMSC-Exos注射液可在早期促进肌肉再生。

结论：

研究表明局部使用BMSC-Exos可以减少挫伤后的纤维化组织，增强肌肉再生并改善骨骼肌的生物力学特性。BMSC-Exos通过促进M2巨噬细胞极化，YZ了受伤肌肉的炎性微环境。作者的研究为BMSC-Exos在临床实践中可用于肌肉愈合提供了有力的支持。

Revolve正倒置一体显微镜

Revolve展现了其非凡的灵活性，可以轻松地实现正置和倒置显微镜转换，创新性地把正倒置显微镜合二为一，开启了显微镜Hybrid时代。

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您是否有过长时间观察显微镜而眼睛酸涩？您是否有过为观察玻片和培养皿而在两台显微镜之间奔波？您是否有过为观察传统显微镜繁冗操作而愁苦？

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大家知道显微观察中，正置显微镜更适合于玻片观察、油镜观察；倒置显微镜则更适合于培养皿/培养瓶观察、孔板观察，不仅如此，往往还需要明场与荧光观察。因此，一台显微镜满足以上所有需要，就显得弥足珍贵。

直播课

    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。

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）

       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。

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。

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。

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

全文共1834字，阅读大约需要6分钟

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.