透明度

近日，齐鲁工业大学海洋技术科学学部海洋遥感团队在近岸光学复杂水体的海水透明度及其影响机理方面的研究工作取得了新进展，相关成果以杨雷为第一作者、禹定峰为通讯作者发表于海洋类一区TOP期刊《Marine Pollution Bulletin》(IF7.001)，合作者包括来自英国Cardiff University、中国石油大学(华东)的研究人员。 　　近岸二类水体作为海洋和陆地的过渡水域，水环境和生态系统极易受到陆地、海洋以及人类开发活动的影响，水体环境复杂多变，存在着很多小范围内的细微变化。海水透明度(Secchi disk depth，SDD)的遥感监测对沿海水体光学性质的研究非常重要。传统海洋水体遥感监测卫星空间分辨率较低，很难有效监测分析近岸水体透明度的变化，本研究采用分辨率高达10 m的Sentinel-2卫星遥感影像，以中国北方典型海湾-胶州湾为研究区，利用11个航次的实测数据和97景Sentinel-2卫星遥感影像获得了胶州湾海域透明度的多尺度时空变化特征。同时定量分析了自然因素和人为因素对SDD变化特征的相对贡献量，重点分析了COVID-19对SDD变化的影响。结果表明，自然因素中降雨、风速、气温等对SDD的变化有着显著影响，其在SDD的季节变化中起着主导作用；人为因素中渔业养殖、船舶通航、跨海大桥的修建、岸线类型变化等因素都对SDD的变化有着明显作用，其是SDD年变化的主要影响因素；COVID-19的爆发造成了海域内人类活动的锐减，对SDD有着明显的改善作用。该研究探讨了自然要素和人为因素是如何影响沿海水体SDD的变化，以及何种要素对近岸水体季节变化和年际变化的影响较大，该成果对研究沿海海域SDD的变异机理具有重要意义，也可为沿海水生态环境保护提供数据支撑和决策参考。 　　审稿专家评价该工作“the topic is interesting”，并认为对透明度遥感研究“an interesting contribution”。海洋遥感团队以“坚持面向世界科技前沿、坚持面向经济主战场、坚持面向国家重大需求、坚持面向人民生命健康”为方针，重点围绕海洋遥感技术与应用开展工作，主要从事海洋遥感机理、海洋生态环境遥感监测、卫星遥感定标与真实性检验等方面的研究工作。影响胶州湾水体透明度分布变化的自然因素与人为因素Sentinel-2观测到的2017-2021年胶州湾水体透明度日空间分布变化

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众所周知，原子力显微镜（AFM）对液体中的样品表征十分重要。然而，传统的基于激光反射探测原理的AFM对液体中样品表征存在着诸多不尽如人意的方面。 先，制备传统AFM所用液体样品的时间较长，对扫描样品的尺寸限制多。为了避免液体对传统AFM的激光反射光路产生影响，人们通常会把测试样品通过多个步骤制备在AFM专用的液体腔中。整个制备流程复杂费时。同时，传统的AFM通常不能对较大尺寸的样品进行扫描，例如厘米骨骼样品。这大地限制了医学等学科对各类器官组织的研究。 二，传统的AFM在对液体中样品的表征模式方面存在一定的限制。由于传统AFM在扫描液体中的样品时可能会涉及到AFM探针在大气和液体两个相中的转换。为了避免探针在液气两相转换过程中所出现的问题，基于激光反射原理的AFM在测量液体中的样品时通常使用接触模式（Contact Model），不使用轻敲模式（Tapping Model）。然而对于表面敏感的样品而言，接触模式在扫描过程中接触样品表面时间长，对样品扫描时施加的力大，容易损坏样品表面形貌。 三，传统基于激光反射原理的AFM不能对不透明液体中的样品进行扫描表征。由于传统AFM的成像机理，这类的AFM不可能把探针伸入不透明液体，然后对液体中的样品进行扫描。然而，在生物学等领域，把探针伸入不透明液体对样品进行扫描又是非常必要的研究。因为，细胞在不透明液体（例如血液）和透明缓释液中的状态是不一样的。 四，传统的AFM由于体积原因很难和其他表征设备联用，例如与荧光显微镜进行协同原位表征。 为了解决传统基于激光反射原理AFM在液体中测量样品过程中所遇到的问题。Quantum Design公司推出了基于全电系统的生物学AFM-AFSEM。使用AFSEM对液体中样品表征时，无需繁琐的制样过程，扫描探针进入液体中直接扫描即可[1]。在扫描模式上，AFSEM可在对液体中样品扫描时提供接触和轻敲两种模式，扫描过程中尽可能减少对样品的损伤。由于AFSEM是一款基于全电系统的AFM，可以在不透明液体中对样品进行扫描。突破性地解决了以往AFM不能在不透明液体中扫描样品这一难题。后，由于AFSEM的体积仅有手掌大小，如图1所示，AFSEM可以与各种光学显微，电子显微镜，FIB等多平台结合。图1. AFSEM原子力显微镜实物图。A) AFSEM的两种型号。左侧为AFSEM 1.0，右侧为AFSEM Nano。B）AFSEM 1.0尺寸大小示意图。图2. AFSEM在1：8（血液：水）稀释的血液中扫描样品的结果。A) AFSEM在液体中扫描样品的特写。B）在液体中获得的血红细胞血影的形貌图。图中比例尺为10 μm。 图3. 在不同透明度液体中扫描TGZ2 AFM标样的结果。A）表样浸在牛奶液体中。B）牛奶液体中获得的TGZ2 AFM扫描结果。图中比例尺为为10 μm。C）在去离子水液体中扫描标样的结果。D）血清中扫描标样的结果。E）未稀释血液中扫描标样结果。 图4. AFSEM在不同液体中扫描HS-500MG AFM XYZ标准样的结果。图中上半部分为去离子水中的扫描结果，下半部分为在未稀释的人体血液中获得的结果。扫描速度从左至右从30 μm/s增加到750 μm/s。 图5. 装在SEM中的AFSEM对大尺寸骨骼样本进行多维度原位表征。A）AFSEM对大尺寸骨骼样品表征示意图。B）把AFSEM放在SEM样品腔体中。C）在SEM中获得骨骼样品原位形貌信息示意图。D）C图中白色虚线部分的放大图。E）D图中彩色部分的三维立体结果。 Quantum Design公司拥有一只强大专业的定制化团队，可以根据用户的要求将AFSEM与光学显微镜，电子扫描显微镜，聚焦离子束加工设备，荧光显微镜等设备进行整合。下图为2021年9月Quantum Design公司为斯坦福大学定制的AFSEM系统[2]。图6. 2021年9月Quantum Design公司为斯坦福大学安装定制的AFSEM系统。A)斯坦福大学Fritz Prince教授和Quantum Design工程师在定制AFSEM系统前合影。B）为教授定制的AFSEM系统。定制系统方案为在FEI Teneo电子显微镜的样品腔中将AFSEM与Kleidiek八探针电学测量平台进行整合。 参考文献：[1]. Michael Leitner, Hannah Seferovic, Sarah Stainer, et al.Atomic Force Microscopy Imaging in Turbid Liquids: A Promising Tool in Nanomedicine. Sensors, 2020,20,3715.[2]. https://www.qd-microscopy.com/2021-august-microscopy-virtual-conference-2021/