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多能双能光子计

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  • 双能、多能X射线探测器技术的实现

    [b]SANTIS 0804双能、多能混合光子计数X射线探测器[/b]目前市场有极少数量的双能X射线探测器,多能X射线探测器刚刚进入中国市场,下面是我推荐的一款多能探测器,请同行们指导,多提宝贵建议。[b][img]http://img1.17img.cn/17img/images/201801/uepic/6f25d67a-b728-49cd-88e9-f0780582d383.jpg[/img][/b] SANTIS 0804多能X射线探测器是由DECTRIS公司设计和生产的双能、多能混合光子计数(HPC)探测器。该探测器的无噪声、无暗电流和高计数能力给一切用户提供无与伦比的的成像效果 SANTIS 0804多能X射线探测器和传统探测器相比,SANTIS 0804图像质量更高、帧速率更高、探测能力更强。同时,SANTIS 0804可以实现双能和多能状态下的优质图像信息。 [b]测器技术参数:[/b][table=578][tr][td=1,1,125][b]版本[/b][/td][td=1,1,217][b]高分辨率(HR)[/b][/td][td=1,1,236][b]多能量(ME)[/b][/td][/tr][tr][td=1,1,125]传感器[/td][td=1,1,217]碘化铬 0.75 mm[/td][td=1,1,236]碘化铬 1.0 mm[/td][/tr][tr][td=1,1,125]有效面积[/td][td=1,1,217]8 x 4 cm[sup]2[/sup][/td][td=1,1,236]8 x 4 cm[sup]2[/sup][/td][/tr][tr][td=1,1,125]像素矩阵[/td][td=1,1,217]1030 x 514[/td][td=1,1,236]515 x 257[/td][/tr][tr][td=1,1,125]像素尺寸[/td][td=1,1,217]75 μ㎡[/td][td=1,1,236]150 μ㎡[/td][/tr][tr][td=1,1,125]MTF在1 IP /毫米[/td][td=1,1,217] 90%[/td][td=1,1,236] 90%[/td][/tr][tr][td=1,1,125]能量范围[/td][td=1,1,217]最大至 120 kVp[/td][td=1,1,236]最大至160 kVp[/td][/tr][tr][td=1,1,125]阈值能量的数量[/td][td=1,1,217]2[/td][td=1,1,236]4[/td][/tr][tr][td=1,1,125]能量分辨率[/td][td=1,1,217]1.9 at 22 keV (FWHM)[/td][td=1,1,236]1.9 at 22 keV (FWHM)[/td][/tr][tr][td=1,1,125]填充因子[/td][td=1,1,217]100%[/td][td=1,1,236]100%[/td][/tr][tr][td=1,1,125]动态范围[/td][td=1,1,217]32 bit[/td][td=1,1,236]32 bit[/td][/tr][tr][td=1,1,125]帧速率[/td][td=1,1,217]up to 40 Hz[/td][td=1,1,236]up to 40 Hz[/td][/tr][tr][td=1,1,125]最大输入计数率[/td][td=1,1,217]1.5 * 10[sup]9[/sup] photons/s/mm2[/td][td=1,1,236]0.4 * 10[sup]9[/sup] photons/s/ mm2[/td][/tr][tr][td=3,1,578]所有规格如有变更,恕不另行通知。[/td][/tr][/table]

  • 双光子激光扫描显微镜的检测模式及其在生物医学领域的应用

    双光子激光扫描显微镜的检测模式及其在生物医学领域的应用

    [align=center][b]双光子激光扫描显微镜的检测模式及其在生物医学领域的应用[/b][/align][align=center][font=宋体]刘皎[/font][sup]1[/sup],吴晶[sup]1[/sup][/align][align=center]1. [font=宋体]北京大学医药卫生分析中心,北京,[/font]100191[/align][b][font=黑体][[/font]摘要] [/b]双光子激光扫描显微镜(two-photon laser scan microscope, TPLSM[font=宋体])具有低光毒性、高时空分辨率、高信噪比等优点,结合了激光扫描共聚焦显微镜和双光子激发技术,广泛应用于脑科学、免疫学、肿瘤、胚胎发育等生物医学相关研究领域。本文结合作者所在的北京大学医药卫生分析中心共聚焦平台的工作经验,概述了[/font]TPLSM适用的样本、检测模式以及在生物医学领域的应用,以期为相关科研技术人员提供参考。[b][font=&][Abstract][/font] [/b]Two-photon laser scan microscopy (TPLSM) has the advantages of low phototoxicity, high spatial and temporal resolution, and high signal-to-noise ratio.TPLSM combines laser scanning confocal microscopy with two-photon excitationtechnology and it is widely used in brain science, immunology, tumor, embryodevelopment and other biomedical related research fields. Based on the author'swork experience in the confocal center of Peking University Medical and HealthAnalysis Center, this paper summarizes the applicable samples, detection modesand applications of TPLSM in the biomedical field, in order to provide referencefor related scientific researchers and technicians.[b][font=黑体][[/font]关键词] [/b]显微镜双光子,检测模式,应用[b]1 引言[/b]双光子激发技术的基本原理是在高光子密度情况下,荧光分子可同时吸收2个长波长光子,产生一个一半波长光子去激发荧光分子的相同效果。双光子激光扫描显微镜(two-photon laser scan microscope, TPLSM[font=宋体])在激光扫描共聚焦显微镜的基础上,以红外飞秒激光作为光源,长波长的近红外激光受散射影响小,易穿透标本,可深入组织内部非线性激发荧光,对细胞毒性小且具有高空间分辨率,适合生物样品的深层成像及活体样品的长时间观察成像[/font][1]。使用高能量锁模脉冲激光器,物镜焦点处的光子密度最高,在焦点平面上才有光漂白及光毒性,焦点外不损伤细胞。双光子效应只发生在焦点处,所以双光子显微镜无需共聚焦针孔,也能做到点激发点探测,提高了荧光检测效率[2]。[b][/b]双光子激光扫描显微镜显微镜可以通过XYZ,XYT,XYλ,XYZT,XYλT等多种模式实现多维成像,亦可进行更复杂实验的拍摄,比如二次谐波成像(Second Harmonic Generation Imaging,SHG[font=宋体])、双光子荧光寿命成像([/font]Two-photon Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy, TP-FLIM[font=宋体])、荧光寿命[/font]-[font=宋体]荧光共振能量转移成像([/font]FluorescenceLifetime - Fluorescence Resonance Energy Transfer Imaging, FLIM-FRET[font=宋体])等实验以满足对样品的定性、定量、定位、共定位等多维度多功能的研究。[/font]TPLSM已成为生命科学各领域重要的研究工具,可在细胞及亚细胞水平对活体动物的神经细胞形态结构、离子浓度、细胞运动、分子相互作用等生理现象进行直接的长时间成像监测,还能进行光激活染及光损伤等光学操纵,广泛应用于脑科学、免疫学、肿瘤、胚胎发育等生物医学相关研究[3-5]。本文拟通过按TPLSM常见的检测模式分别阐述其在生物医学领域的应用,以其为相关科研技术人员提供参考。[b]2. TPLSM适用的样本[/b]TPLSM适用的样本非常广泛,从液体、固体等形式的材料或制剂、细菌、细胞、细胞团、类器官、组织切片、到各种模式动物(如线虫、果蝇、斑马鱼、小鼠、大鼠、兔、猴等)及其[font=宋体]脑、脊髓、肝脏、肺、皮肤等器官[/font],都可以通过搭载不同载物台进行测试。相对于传统激光扫描共聚焦显微镜200μm的成像深度极限,双光子显微镜成像深度可达800μm,如果是透明化样品可更厚。TPLSM尤其适合活体动物成像,且比小动物荧光成像有更高的分辨率和信噪比,一般TPLSM的XY轴分辨率为200 nm左右,Z轴分辨率为300 nm左右。[b]3. TPLSM的检测模式[/b]3.1 二维成像模式TPLSM可以实现点扫描、点探测,得到生物样品高反差、高分辨率、高灵敏度的二维图像,从而获得细胞/组织等光学切片的物理、生物化学特性及变化。也可以对所感兴趣的区域进行准确的定性、定量及定位分析。激光扫描显微镜的zoom功能,可以用来调节扫描区域的放大倍数。但受物镜分辨率的限制,一味的增大zoom值,不能得到相应的高清图像,需根据实际情况参考piexl size进行设定。TPLSM可以实现XY、XZ或XT的二维成像模式,XT线扫会在后文与XYT时间序列成像一起进行举例说明(图2b)。3.2 三维成像模式3.2.1 Z轴序列三维成像(XYZ)[align=left]TPLSM可沿Z轴方向通过电动载物台的连续扫描对样品进行无损伤的光学切片(XYZ),获得三维立体图像。同理,通过沿Y轴方向连续扫描,可获得连续的XZY图像。如图1所示TPLSM[font=宋体]可以顺利观察到可以观察到血管清晰形态结构:单个胚胎的胎盘微血管(图[/font]1a)、肝脏血窦微血管(图1b)和后肢微血管(图1c)[6]。[/align][align=center][img=,690,230]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212151626576232_4807_3237657_3.png!w690x230.jpg[/img][/align][align=center]图1(a)胚胎胎盘微(b)肝脏血窦和(c)后肢的微血管三维成像[/align]3.2.2 时间序列扫描模式(XYT)[align=left]按照一定的时间间隔重复采集,则可实现对该样品的实时监测(XYT)。此类实验可观察组织区域内特异荧光探针标记的单个细胞或细胞内不同部位接受刺激后的整个变化过程。[font=宋体]如图[/font]2[font=宋体]([/font]a[font=宋体]),可以根据微血管[/font]XYT[font=宋体]序列扫描的成像结果中某一血细胞在前后两张图的位置移动和这两帧图的扫描时间间隔计算血流速度。若血流速度很快,[/font]XYT扫描不足以捕捉实际流速,可以使用XT线扫计算。如图2(b),微血管XT扫描图像中绿色荧光背景里的黑色线条代表单个血细胞的流动轨迹,每条线条的横坐标代表血细胞移动的距离(distance / μm[font=宋体]),纵坐标代表此段时间([/font]time/ ms[font=宋体]),根据这两个数据可以计算出单位时间内血细胞的流动速度([/font]μm / ms)[6]。[/align][align=center][img=,690,262]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212151627102569_8367_3237657_3.png!w690x262.jpg[/img] [/align][align=center]图2 微血管(a)XYT扫描结果和(b)XT一维扫描结果图像计算血流说明示意图[/align]3.2.3 光谱扫描模式(XYλ/XYΛ)通常配置有可调节接受范围的检测器的TPLSM,可以实现从400nm-800nm的发射波谱扫描。通过配置具有连续可调波长的双光子激光器,还可以实现750nm-1300nm激发波谱扫描。这对于开发研制特殊染料探针的课题来说是很方便、全面的检测功能。3.3四维成像模式(XYZT/XYλT/XYΛT)基于上述三维成像模式,结合时间序列扫描,可以实现TPLSM的四维成像。3.4二次谐波成像(SHG)SHG是一个二阶非线性过程,且一般为非共振过程,适合富含胶原纤维的样本成像,如角膜、鼠尾肌腱、皮肤等。生物组织产生的二次谐波最主要的转换源自胶原,不同生物组织中的二次谐波信号强弱与组织中的胶原含量密切相关,含胶原丰富的组织包括结缔组织和肌肉组织等二次谐波信号也比较强,另外还有一些能产生强二次谐波的生物结构是微管,如细胞分裂中纺锤体。对于具有中心对称性的生物结构,如果局部中心对称性的破坏也会产生二次谐波:在两中心对称介质的界面,不同物态分子的相互作用使局部微观场特性在交界面(如细胞膜)发生突变,从而产生界面二次谐波[7]。除了动物组织外,一些含有特殊分子结构的植物组织也能产生二次谐波。二次谐波显微成像具有高空间分辨率、深成像深度、低损伤、以及对结构对称性的高度敏感性的特点,如果能与其他成像技术结合,将成为生物样品研究的有力工具[8]。3.5双光子荧光寿命成像(TP-FLIM)[9]FLIM技术是研究细胞内生命活动状态的一种非常可靠的方法。荧光寿命是荧光团在返回基态之前处于激发态的平均时间,是荧光团的固有性质,因此其不受探针浓度、激发光强度和光漂白效应等因素影响,且能区分荧光光谱非常接近的不同荧光团,故具有非常好的特异性和很高的灵敏度。此外,由于荧光分子的荧光寿命能十分灵敏地反映激发态分子与周围微环境的相互作用及能量转移,因此FLIM技术常被用来实现对微环境中许多生化参数的定量测量,如细胞中折射率、黏度、温度、pH值的分布和动力学变化等,这在生物医学研究中具有非常重要的意义。目前FLIM技术在细胞生物学中一些重要科学问题的研究、临床医学上一些重大疾病的诊断与治疗研究以及纳米材料的生物医学应用研究等方面均有广泛应用,并取得了许多利用传统的研究手段无法获取的数据。FLIM检测需要脉冲激光,TPLSM带有的高能量锁模脉冲激光器可以满足激发要求。3.6荧光寿命-荧光共振能量转移成像(FLIM-FRET)[10]传统的FRET过程分析通常是基于荧光强度成像来实现,分析的结果容易受光谱串扰的影响。而将FLIM技术应用于FRET过程分析,利用FLIM技术可定量测量这一优势,可非常灵敏地反映供体荧光分子与受体荧光分子之间的能量转移过程。当受体分子与供体之间的距离10nm时,供体的能量转移到受体,受体从基态发生能量跃迁,从而影响供体的荧光寿命。与没有受体分子的时候相比,发生FRET的供体分子的荧光寿命降低。因此,FRET-FLIM联合能够实时监测生物细胞中蛋白质的动态变化,如蛋白质折叠、分子间(蛋白-蛋白,蛋白-核酸)相互作用和细胞间信号分子传递、分子运输以及病理学研究等。[b]4 结论和展望[/b]综上,TPLSM应用灵活,具备多种检测模式,适用于多种样本,亦可实现多种实验目的,如荧光的定量、定性、定位、共定位,动态荧光的测定等。一些特殊的实验模式,将TPLSM在生物医学领域的应用进一步扩大。通过结合其他技术(多手段联合拓展,如膜片钳、原子力显微镜、光电联用等),TPLSM必将成为助力生物医学领域研究的有力工具。双光子荧光成像由于具有天生的三维层析能力以及深穿透能力,在活体生物组织成像上广受欢迎。双光子显微镜镜下空间增大后,可广泛应用于猴、大小鼠、兔等较大的模式动物的活体成像。且可结合电生理技术、光遗传技术,广泛应用于麻醉、清醒或运行行为等生理状态下的动物脑科学神经相关研究,在单细胞、单树突精度上对神经元群体活动进行监控。如结合膜片钳技术,对活体脑组组急性切片神经元进行双光子深层成像[11];结合光遗传技术,实现视觉皮层同一神经元和神经元群体的稳定操控和长期多次重复记录[12];对在健身球上移动的头部固定小鼠小脑进行成像,探讨觉醒状态和运动行为对胶质网络中钙离子的激发的影响[13];结合多种疾病模型,探讨大脑皮层神经元及胶质细胞活性的改变及作用等[14]。随着多种双光子显微镜系统的出现,双光子显微镜成像技术将以其实时、无损地探测、诊断及检测能力,在生物医药及临床医学应用中发挥更大作用。[b]参考文献[/b][1] [font=宋体]李娟[/font],[font=宋体]张岚岚[/font],[font=宋体]吴珏珩[/font].[font=宋体]双光子显微镜的应用优势与维护要素[/font][J].[font=宋体]中国医学装备[/font],2021,18(12):158-163.[2] HendelT,Mank M, Schnell B,et al.Fluorescence changes of genetic calcium indicatorsand OGB1correlated with neural ac tivity and calcium in vivo and in vitro[J].JNeurosci, 2008,28(29):7399-7411.[3] DolginE.What leva lamps and vinaigrette can teach us about cellbiology[J].Nature,2018,555(7696):300-302.[4] Noguchi J,Nagaoka A, Watanabe S,et al.in vivo two-photon uncaging of glutamate revealingthe structure-function relatio nships of dendritic spines in the neocortex ofadult mice[J]. J Physiol,2011,589(Pt 10):2447-2457.[5] BishopD,Nikiél, Brinkoetter M,et al.Nearinfrared branding efficiently correlateslight and electron microscopy[J]. Nat Methods,2011,8(7):568-570.[6] [font=宋体]刘皎[/font],[font=宋体]丛馨[/font],[font=宋体]何其华[/font].[font=宋体]活体小鼠微血管血流倒置双光子激光扫描显微镜检测方法的建立[/font][J].解剖学报,2022,53(02):261-265.[7] [font=宋体]屈军乐[/font],[font=宋体]陈丹妮[/font],[font=宋体]杨建军[/font],[font=宋体]许改霞[/font],[font=宋体]林子扬[/font],[font=宋体]刘立新[/font],[font=宋体]牛憨笨[/font].[font=宋体]二次谐波成像及其在生物医学中的应用[/font][J].[font=宋体]深圳大学学报[/font],2006,(01):1-9.[8] [font=宋体]孙娅楠[/font],[font=宋体]赵静[/font],[font=宋体]李超华[/font],[font=宋体]等[/font].[font=宋体]二次谐波结合双光子荧光成像方法观察人源胶原蛋白透皮吸收情况[/font][J].激光生物学报,2017,26(1):24-29.[9] [font=宋体]刘雄波,林丹樱,吴茜茜,严伟,罗腾,杨志刚,屈军乐,荧光寿命显微成像技术及应用的最新研究进展。物理学报,[/font]2018,67(17):178701-1-178701-14[10] [font=宋体]罗淋淋,牛敬敬,莫蓓莘,林丹樱,刘琳,荧光共振能量转移[/font]-荧光寿命显微成像(FRET-FLIM[font=宋体])技术在生命科学研究中的应用进展。光谱学与光谱分析,[/font]2021,41(4):1023-1031[11] Isom-BatzG,Zimmem PE.Collagen injection for female urinary incontinence after urethralor periurethral surgery[J].J Unol,2009,181(2):701-704.[12] JuN,Jiang R,Mrcknik SL,et al.Long-term all-optical interrogation of corticalneurons in awake-behaving nonhuman prim ates[J].LOSBiology,2018,16(8):e2005839.[13]Nimmerjahn A,Mukamel EA, Schnitzer MJ.Motor behavior activates Bergmann glialnetworks[J].Neuron,2009,62(3):400-412.[23] Huang L, Lafaille JJ, YangG.LearningDependent dendritic spine plasticity is impaired in spontaneousautoimmune encep halomyelitis[J].Dev Neurobiol,2021,81(5):736-745.[14] Huang L,Lafaille JJ,Yang G.LearningDependent dendritic spine plasticity is impaired inspontaneous autoimmune encep halomyelitis[J].Dev Neurobiol, 2021,81(5):736-745.

  • 【求助】单/双光子显微镜原理示意图(较形象)

    [size=2]求助各位同行: 在报告、讲座中经常看到各位专家、厂家用比较漂亮的双光子显微系统的原理示意图,直观上可以形象地区分激光扫描共聚焦显微镜与双光子显微镜的异同,请教大家是否有这方面的图片? 多谢各位!!![/size]

  • 双光子显微镜——THG成像

    [b]摘要[/b]在神经科学和神经外科中对活体大脑组织中神经元的成像能力是一项基本要求。尤其是需求一种具有测微计尺分辨率的大脑形态学的非侵入探针的开发,因为它可以在临床诊断上提供一种非侵入式光学活体组织检查的手段。在这一领域,双光子激光扫描显微镜(2PLSM)是一个强大工具,并已成为活体生物样品最小侵入性损害的高分辨率成像的标准方法。但是,(2PLSM)基于光学方法提供足够分辨率的同时,对荧光染料的需求妨碍了图像对比度的提高。本文中,我们提供了一种活体大脑组织以细胞分辨率的高对比度成像方法,无需荧光探针,使用光学三次谐波发生进行成像。我们利用细胞水平的特殊几何学和大脑组织的液体内容物来获取THG的部分相匹配,提供了一种荧光对比度机制的替代方法。我们发现THG大脑图像允许快速、无侵入性标记的神经元、白质结构、血管同时成像。而且,我们利用THG成像来引导微吸管指向活体组织中指定的神经元。这个工作是一个无标记活体大脑成像的主要步骤,并开启了活体大脑中激光引导的微注射技术发展的可能性。[b]材料与方法[/b]THG成像对于THG成像实验,我们使用了一台商业化双光子激光扫描显微镜([color=#ff0000]TrimScope, Lavision BioTec[/color])。光源是一个光学参量震荡器(Mira-OPO,APE),810nm泵浦光来自一个Ti:Sa锁模激光器(Coherent Chameleon Ultra II)。使用一个20X,0.95N.A水浸物镜(Olympus XLUMPFL-IR)将光聚焦到样品上。使用epidetection几何学描述THG实验。使用分光镜(Chroma T800lpxrxt)将背景散射THG光子从入射激光束中分离出来,用一个THG波段的带通滤波器(Chroma HQ390-70X)过滤。检测器是GaAsP高灵敏度光电倍增管(Hamamatsu H7422-40),400nm处量子效率为25%。最高分辨率成像(1024×1024像素)的典型获取时间为1.6s,我们用于目标定向实验的512 X 512像素成像时间为0.6s。 为与前向端口比较,使用了一个定制的投射端口。这个端口使用了一个1.4N.A油浸物镜,一个长波分光镜(UQG optics)和一个400nm的相干窄带滤波器。对于THG与SR-101联合实验我们用1200nm的OPO来同时产生两种信号。使用一个594nm带通和561nm隔断的分光镜将SR-101荧光从THG信号中分离。SR-101信号使用一个PMT检测(Hamamatsu H6780-20)。Nile Red和THG成像也是由1200nm的OPO同步激发。在这个案例中THG信号由投射端口测量,Nile Red荧光通过一个593∕40 nm的带宽滤波器检测。对于THG和GFP联合成像,用来泵浦OPO的Ti:Sa激光被调谐到970nm并耦合到显微镜中。组织块的GFP和THG信号使用同一个检测器连续测量。但使用一个不同的(561∕40 nm)带通滤波器检测GFP。使用显微镜软件(Imspector Pro)获取图像并以16bit 的tiff格式存储,图像分析使用Image J(MacBioPhotonics)进行。[b]主要结果[/b] [img=,575,768]http://qd-china.com/uploads/bio-product/21.jpg[/img]Fig. 1.无标记活体大脑的三次谐波显微成像(A)脑组织THG成像的epidetection几何学图示。插图:THG原理。注意基质中没有光学激发发生。(B) 树突处的聚焦激光束。通过将激光聚焦体积设定到树突直径的几倍大小,可以获得部分相匹配,显著的THG信号将会产生。(C)细胞体内的聚焦激光束。由于不好的结构相匹配状态,没有THG信号产生。(D) 小鼠大脑组织的活神经元成像。体细胞以暗影存在。 [img=,466,500]http://qd-china.com/uploads/bio-product/22.jpg[/img]Fig. 2.活体大脑组织的THG成像(A)小鼠皮质的THG图像 (B) 与A同位置的Nile Red染色的双光子荧光图像 (C) 大鼠凹陷的脑回THG图像(水平切面) (D)小鼠脑胼胝体THG图像,轴突纤维束被清晰得分辨。Movie S1是这个结构的一个3D投影 (E)小鼠大脑纹状体的THG图像(冠状面)。白质和神经元细胞清晰可见。明亮的粒状结构是垂直穿行图像平面的轴突纤维。Movie S2是这个区域的3D投影。(F)麻醉活小鼠的脑皮质上层的血管THG图像(z栈平均投影密度是50um) [img=,510,767]http://qd-china.com/uploads/bio-product/23.jpg[/img]Fig. 3. THG与双光子成像的叠加 (A)小鼠额前叶脑皮质的THG图像 (B)SR-101标记的星细胞双光子图像 (C) A、B的叠加提供了神经网络中星细胞的分布信息 (D) 小鼠额前叶皮质的THG图像 (E) GFP标记的生长抑素神经元的双光子荧光图像 (F)D、E的叠加显示了生长抑素神经元在脑前叶皮质结构中的分布 [img=,461,768]http://qd-china.com/uploads/bio-product/24.jpg[/img]Fig. 4.THG成像深度与自动化细胞检测 (A-C) 小鼠额前叶皮质的THG图像,成像深度分别为100, 200, and 300 μm 。每幅图像都是3个以2微米深度间隔独立图像的最大密度投影(D) 110 μm深度处神经元细胞的自动检测THG图像。细胞检测的运算法则定义为以红色显示的神经元 (E)红色标记:来自A-C的图像栈的细胞可见性对比。黑色标记:作为一个深度功能的平均检测到的THG密度。 [img=,531,768]http://qd-china.com/uploads/bio-product/25.jpg[/img]Fig. 5. 无标记目标定向和细胞活性(A)小鼠新大脑皮层的THG图像 (B) 在对一个神经元进行THG引导膜片钳之后同一位置的THG图像 (C)一个200um深处钳住神经元的大视野THG图像(5幅深度间隔2um的图像平均) (D)记录以100pA电流脉冲刺激B中被钳住的神经元的动力势训练 (E) 测量在THG扫描期间静止膜电位的改变。即使以最高的能量,也只观察到4%的电压变化,保持了完全的可逆性。0.8秒的周期相应于图像扫描时间。(F)最大观察到的静止膜电位Vs扫描时的激光能量。没有非线性效应出现。

  • 双光子显微镜——肿瘤生长与入侵动态成像

    [b]摘要[/b]从首次感染部位向邻近基质的转移入侵是肿瘤发展过程中的关键步骤,研究成果较少。肿瘤入侵的原理以各种体外模型给出了实验性的表述;但是,体内的关键性步骤和机制仍然不清楚。这里,我们通过落射荧光成像和多光子显微镜建立了一个修正的皮肤折叠室模型来阐述关于HT-1080纤维肉瘤细胞的原位移植,生长和入侵。这种策略允许对作为独立细胞或者集体粘丝或者细胞团沿着富含胶原的细胞外基质和增补宿主组织包括纹状肌肉丝和淋巴管的肿瘤生长、肿瘤诱导血管形成和入侵进行重复成像。这个修正的窗口模型将适用于阐述肿瘤转移和入侵的机制,以及相关的实验性治疗。[b]材料与方法[/b]HT-1080双色纤维肉瘤细胞表达细胞质DsRed2和核组蛋白2B(H2B)-EGFP -EGFP (Yamamoto et al. 2004)培养在改良的鹰培养基(PAN Biotech GmbH, Aidenbach, Germany)中,补充10%的胎牛血清(Aurion, Wageningen, The Netherlands),盘尼西林和链霉素(都100ug/ml PAN)和潮霉素B(0.2mg/ml;Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)在37%湿润的5%CO2的培养环境中。小鼠被用异氟烷麻醉并被稳定固定在37℃的温控平台上。使用一个落射多光子显微镜[color=red]([/color][color=red]TriM Scope, LaVision BioTec[/color][color=red])[/color],并配备了OPO装置(OPO APE, Berlin, Germany)用于1100nm波段的双光子激发,以及红外修正的20X/0.95N.A(Olympus)物镜。如果没有特定声明,EGFP,DsRed2和SHG的获取都是使用的832nm的激发光。由带通滤波器确定的检测光波段为400/40(蓝),535/50(绿),605/70(红),和710/75(红外)。以5um的步长对深达250um的成像深度进行顺序3D堆栈。通过向尾静脉注射4mg荧光葡聚糖对血管显影。在注射了淋巴归巢环肽LyP-1(100ug)之后活化的淋巴管被检测到。(Laakkonen et al. 2002)图像被使用ImageJ 1.40 g (W. Rasband, NIH), ImSpector 3.4 (LaVision Bio- Tec GmbH), and Photoshop CS 8.0.1 (Adobe Systems Inc.)重构和分析。以宽的平方X长Xπ/6计算肿瘤体积。有丝分裂和细胞凋亡的比例通过H2B-EGFP模式从每区域30到100个细胞中确定。[b]主要结果 [/b][img=,593,498]http://qd-china.com/uploads/bio-product/51.jpg[/img]Fig.1 在背侧皮肤褶皱室中HT-1080纤维肉瘤细胞的滴落和注射方法比较.6(c)、7(d)天后通过明场和落射荧光显微镜观察的细胞应用,生长位置(a,b)和宏观肿瘤形态。在建立的模型中,允许细胞悬浮液或者细胞球粘附到外科手术准备好的真皮组织表面上,获得了在真皮层与盖玻片(a.c)间的3D肿瘤生长。使用细针将细胞球注射进真皮中阻止盖玻片和真皮内产量增加间的反应(b,d)。标尺1mm(概图)和250um(细节)。 [img=,604,379]http://qd-china.com/uploads/bio-product/52.jpg[/img]Fig 2. 肿瘤生长阶段。 a 由落射荧光显微镜监测的移植瘤生长和入侵的时间进程。新生血管的插入,不存在(3天)和存在(7天)。标尺1mm。b 通过以day 1的体积进行归一化的肿瘤体积。mean+-SD(n=9)。c HT-1080移植肿瘤在6天的时候的肿瘤形态,血管化,分生和凋亡。使用多光子显微镜以激发波长1100nm(左)和832nm(右)获取的一个中央中流区域的3D重构。核形态包括了有丝分裂(白色箭头)和凋亡图(黑色箭头)。标尺50um。插图显示了前相(P)、中相(M)和后相(LA)以及凋亡图(A)。d 对时间依赖的分生和凋亡定量化。数据显示3个非依赖性肿瘤的10-25个独立区域的Mean±SEM。 [img=,617,642]http://qd-china.com/uploads/bio-product/53.jpg[/img]Fig 3. 近红外多光子显微镜显示环绕HT-1080双色肿瘤的肿瘤诱导产生血管及其结构。Z轴为一个6天大肿瘤的从肿瘤边缘(-50um)到肿瘤内部区域(-80um)(红色细胞质;黄色细胞核)。通过FITC-葡聚糖注射现实的密布血管(绿),先前存在的线形血管(绿色箭头)和不规则形状的新生血管(蓝色箭头)。胶原纤维(黑色箭头)和肌肉丝(白色箭头),通过二次谐波检测(灰度)。标尺50um。 [img=,583,768]http://qd-china.com/uploads/bio-product/54.jpg[/img]Fig 4. HT-1080双色细胞的原位入侵模型。a 注射后6天入侵类型的分类。缺少入侵(上,左)并且散布单个细胞(上,右;白色箭头),散射的或者紧密地丝状整体入侵(下图)。标尺250um。 b 45个连续的非依赖性肿瘤的按中所分入侵模式的频率。11天时,沿着纹状肌肉纤维集体入侵丝的定位。标尺100um。d 单一细胞侵入脂肪组织随后进行分散的,部分整体的入侵。对照-少量圆的脂肪细胞(星号)被HT-1080细胞包围。1100nm的激发光来检测遍布的血管(Alexa Fluor 660-dextran,红色),,肿瘤细胞质(绿色假彩),SHG(灰度);832nm用于肿瘤细胞核(白色)。标尺100um。[img]http://qd-china.com/uploads/bio-product/55.jpg[/img]Fig 5. HT-1080细胞沿淋巴管的入侵。a 由多光子显微镜对边缘而非肿瘤中心的活化淋巴管产生的单幅图片。用FITC连接的LyP-1缩氨酸来检测。深度已标明在图上(um)。b 3D堆栈投影表明淋巴管内(白色箭头)和外淋巴管入侵(黑色箭头)。标尺100um。

  • 利用能探测到单光子的超高速摄像机,科学家首次捕捉激光在空气中飞行画面

    利用能探测到单光子的超高速摄像机,科学家首次捕捉激光在空气中飞行画面

    据《新科学家》(New Scientist)27日报道,利用能探测到单光子,每秒200亿帧的超高速摄像机,科学家首次捕捉到了激光在空气中飞行的画面。在10分钟内,研究者记录了光子与空气碰撞时产生的200万次激光脉冲。该技术可用于巡查环境角落,显示屏幕上看不到的物体,还可用在需要精准计量时间信息的地方。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/01/201501301545_533612_1623180_3.gif苏格兰赫利瓦特大学的主要研究者加里皮说:“这是我们第一次看到光经过身边时的情形。”在通常情况下,科学家只能通过物体上的反射来看到光。想看到激光器发出的激光则更加棘手,因为光子是在聚焦光束中运动,而且方向都相同。赫利瓦特大学的乔纳森·里奇解释说,他们研究的相机能以光速拍摄,记录下光脉冲在空中飞行的过程。摄像机结合了脉冲激光源的工作原理。在录像中,记录了光脉冲里的光子在空中飞行。里奇说,人们可以看到光子在一系列镜子上发生的反射。当光脉冲与空气分子碰撞时,会随机散射出光子,这些光子中有些会被摄像机拍下来。里奇表示:“光由光子构成,速度为每秒钟3亿米,没有什么东西比光跑得更快。光子飞行的速度如此之快,普通相机是无法拍下它们的运动的。而我们的新相机极为灵敏而且极快,能拍摄单个的光子,当它们在空中旅行时,还能给光脉冲录像。”该相机由爱丁堡大学开发,其感光部件由单光子光敏像素阵列构成。这些像素有两种特性:一是对单个光子敏感的能力——每个像素的敏感性是人眼的10倍左右;二是它们的速度——每个像素被激活只要67皮秒(万亿分之一秒),比人眨一下眼的时间要快10亿倍。“这些特性让我们能实现‘飞光成像’。”里奇说,当光在空中飞行,从物体上散射开来时,这种成像方法连光本身也能拍下来。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/01/201501301545_533614_1623180_3.jpg这种迷你型数码摄像机是进行激光研究的同类产品中第一种可以轻松携带的。该摄像机具有一个32×32的探测器网格,能记录光子到达的时间和速率——每秒200亿帧。根据发表在《新科学家》杂志上的报告,摄像机可以从侧面对射向一系列镜面的激光束进行拍摄。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2015/01/201501301546_533615_1623180_3.jpg加里皮教授称,略有点模糊的激光图像正说明了摄像机在捕捉激光飞行路径时的超高精确性。“激光脉冲具有某种形状,”她说,“这并不只是一个穿过空气的矩形。”

  • 双光子显微镜——毛囊再生过程活体成像

    [b]摘要[/b]组织的发生与再生依赖于细胞-细胞间相互作用和指向干细胞的信号以及它们的直接增殖。但是,引导组织适当再生的细胞行为还没有被很好的理解。运用一种新的,非侵入的双光子成像技术,我们研究了活鼠随时间推移的生理性毛囊再生。通过这种方法,我们监测了真皮层干细胞和它们的后代在生理性毛囊再生过程中的行为,并指出了间充质对它们行为的影响。承接早先的研究,干细胞在毛发再生的初始阶段处于静止状态而它们的后代处于更活跃的分生状态。除了细胞分化之外,后代细胞的协调运动也允许毛囊的快速扩张。最后,我们通过切蚀目标细胞的和长时间跟踪活毛囊展示了间充质对毛发再生的要求。因此,我们建立了一种直接原位观察毛囊内生长调控的细胞机制的方法,这使得我们可以精确调查生理性再生过程对毛囊组分的功能性要求。[b]材料与方法[/b]在原位成像中,对3周龄的小鼠通过腹膜内注射克他命和甲苯噻嗪进行麻醉,头部区域的皮肤使用机械剪毛器和脱毛膏剃光。小鼠被放在一个加热平台上,头部和耳朵通过一个自制固定台固定。一个玻璃盖被放在头耳结合部的皮肤上。皮肤的图像栈通过一台装配Chameleon Vision II (Coherent)双光子激光器的[color=#ff0000]TriM II Scope[/color][color=#ff0000](LaVision Biotech[/color][color=#ff0000])[/color]显微镜获取。一束激光(at 940 nm for GFP and 1040 nm for RFP, respectively)通过aX20水浸物镜((N.A. 1.0 Olympus)聚焦并以600Hz的频率扫描0.25到0.5mm2的视野区域。系列光学切片在5分钟内以步长2-3μm成像总深度100μm的组织。从静止阶段向生长阶段转变的几个相(静止相到生长初期相)被分析。在皮肤里使用不同的内在标记以在不同试验中定位到视野的初始区域并观察同一个毛囊。实验过程中通过鼻尖吸入气化异氟醚保持麻醉状态。三维双光子激光切蚀。使用同样的光学设备进行激光切蚀。使用900nm的激光束扫描一个10μm2的区域,以25%的激光能量持续1秒钟即可获得切蚀。根据目标深度(30-80 μm)调整切蚀参数。[b]主要结果[/b] [img=,655,507]http://qd-china.com/uploads/bio-product/11.jpg[/img]Figure 1 | 新的一次生长开始,细胞分化是在毛囊中进行空间调控的。a,静止状态毛囊。参与毛发再生的不同细胞群,包括干细胞,progeny和间充质,存在于定义的毛囊解剖隔层中。 b, 来源于双光子激光扫描显微镜系列光学切片的静止态活毛囊的三维重构。上皮细胞核(绿色)通过角蛋白14启动子(K14H2BGFP)驱动的H2B-GFP融合蛋白显影。 c, 一个progeny 分裂的例子。一个活毛囊的单独光学切片(左侧)和progeny 组分中三个处于有丝分裂期间细胞核的放大图(右侧,插图)。 d, 从几个处于早期生长阶段毛囊(n=17)中定量化细胞分裂的位置和轴 (生长初期 II)。e,垂直(左图)和水平(右图)方向干细胞分裂的两个例子。一个活毛囊的单独的光学切片(左侧插图)和处于有丝分裂中的干细胞隔层(右侧插图)的细胞核放大图。红色箭头,有丝分裂中的亲代核与子代核。图片的时间推移分别为15分钟和45分钟。标尺20 μm. [img=,629,446]http://qd-china.com/uploads/bio-product/12.jpg[/img]Figure 2 |生长过程中处于形态重组的干细胞progeny隔层. a, 毛囊生长中的向下伸展。生长状态的活毛囊三个连续时间点(3小时间隔)的光学切片,展示了progeny组分向下的伸展(左三) 。核间距增加,干细胞和progen隔层(大约生长初期 II to IIIa)中的总细胞数被定量。 (右侧, 数据表示为mean±s.e.m. (n=13-20 asterisk, P 0.0001) b,毛囊内的核重组.两个光学切片(左侧)分别跟踪和测量了同一毛囊在0时刻和4h时的(右侧)冠面和切面(xy and xz)(大约生长初期II to IIIa)(底图)。c, 生长中毛囊的向下迁移。单一光学切片表明了单个毛囊在1小时间隔连续时间点的完整的(左侧)和下部局部视图(上侧)。光学切片中的红色箭头和相应的跟踪标记了一个正在向下移动的核,5h内走过了30μm(大约生长初期IIIb)。在0h所展示的绿色核的位置以灰色表示用来比较(右下方图)。标尺20μm. [img=,575,588]http://qd-china.com/uploads/bio-product/13.jpg[/img]Figure 3 | 间充质皮肤乳头的切蚀削弱了毛发再生的启动. a, 实验设计,使用激光诱导皮肤乳头细胞切蚀来测试间充质对毛发再生的要求。b, 切蚀皮肤乳头细胞的活毛囊四个时间点的高放大率光学切片。c,包含少数切蚀皮肤乳头细胞的活毛囊的一群毛囊(黄色箭头)在三个时间点的低放大率光学切片。d,两个progeny被部分切蚀的毛囊在3个时间点的低放大率光学切片。e,切蚀皮肤乳头(上)或部分切蚀progeny隔层(下)的毛囊(作为毛囊的总长度测量)生长与对照完整毛囊的量化比较。数据表示为mean±s.e.m. (n=8-10 asterisk, P 0.0001).标尺50 μm. [img=,566,365]http://qd-china.com/uploads/bio-product/14.jpg[/img]Figure 4 | 毛囊再生的细胞机制。毛发再生的初始阶段,干细胞progeny是启动增殖的第一隔层。虽然分化数量少于干细胞progeny,但是隆突内部也检测到了细胞的分化。子代隔层是沿毛囊生长的轴向分化,而隆突内的分化方向则是随机的。毛囊经历了一个向下的延伸,其中子代内而不是干细胞隔层内的核间距增加。围绕间充质皮肤乳头的上皮细胞核重新排列并围绕间充质压缩。间充质的切蚀导致了毛囊生长的减弱。

  • 【求助】吸收光子能10.2ev?

    用什么方法氢原子从基态到激发态要准确的答案 [b]问题补充:[/b]吸收光子能10.2ev, 11ev ,14ev或 跟11ev动能的电子碰撞哪一个对啊 为什么?

  • 【分享】新型纳米装置将光子变为机械能

    【分享】新型纳米装置将光子变为机械能

    新型纳米装置将光子变为机械能[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/05/200905231039_151503_1644912_3.jpg[/img]一个名为拉链空穴的小装置能够将激光变为机械能。(图片提供:Matt Eichenfield,Jasper Chan/《自然》)研究人员日前研制出一种纳米装置,能够在遭遇激光时产生振动。这种设备非常灵敏,甚至能够感知单个光子的能量。研究人员相信,它将加速光学通讯系统的发展,同时帮助科学家更为精密地探知物质的一些基本属性。 据美国《科学》杂志在线新闻报道,偏振光束似乎没有实现机械功的能力(这是因为光子作为光波的载体是没有质量的),但是它们在原子水平上却能够达到一个惊人的数量。例如,科学家目前已经能够利用激光捕捉、控制及操作单个的原子。现在的问题是相同的原理是否能够作用于纳米量级——其成分要比原子水平大得多,但在大小上仍然仅相当于一米的十亿分之一。 这也正是美国帕萨迪纳市加利福尼亚州理工学院(Caltech)的一个研究小组试图要解决的问题。首先,研究人员制造了一对外部覆盖着硅微芯片材料的厚度仅为几百纳米的支架。随后,他们利用化学手段在每个支架的表面腐蚀了一连串的小洞。研究小组将这一装置称为“拉链空穴”,这是因为它与一个拉链看起来很像。研究人员在5月14日出版的《自然》杂志上报告说,这些小洞能够引导和捕捉激光束的能量,同时使装置产生振动。而振动的频率取决于激光轰击支架的强度,参与该项研究的Caltech的物理学家Oskar Painter这样表示。 这一装置的表现就像是一部音频扬声器,后者隔膜的振动取决于放大器传送的电子信号的强度。相反,像扩音器一样,拉链空穴能够通过自身的振动改变光的强度。Painter指出,总体而言,这些功能使得拉链空穴能够扮演一部完全由光控制的微型无线电发射机和接收机的角色,但它同时要比类似大小的电子装置拥有更大的操作范围。 德国加兴市马普学会量子光学研究所的物理学家Tobias Kippenberg表示,科学家可以利用这种纳米量级的装置探究物质在量子范围的属性,而这是普通电子装置无法实现的。Painter解释说,由于这种装置的振动发生频率在每秒钟1000万次到1.5亿次之间,因此能够极大地改善原子力显微镜的分辨能力。用这种装置来研究分子和原子,每秒钟可以完成数千次操作。Kippenberg表示:“这种装置在基础研究和新应用上都具有光明的前景。”(

  • 利用激光可快速高效创建单光子

    为研究原子的纠缠态和自旋波等提供了便利条件科技日报 2012年04月21日 星期六 本报讯 据物理学家组织网4月19日报道,美国佐治亚理工学院的物理学家利用激光从超冷的铷原子气体云内激发单个原子,开发出了一种能快速、有效创建单光子的新方式,并有望应用于光量子信息处理之中。相关研究结果发表在当日出版的《科学快讯》(《科学》杂志快速在线版)上。 这套新的单光子系统为研究原子的纠缠态和自旋波等提供了“肥沃的土壤”。科研人员能相当高效地将里德伯激发转化为单光子,随时获取所需的状态,速度可比现有系统快近千倍。 里德伯原子是指一个价电子被激发到高量子态的高激发原子。其价电子离原子实很远,能级结构类似于氢原子。为了获取里德伯原子,研究人员利用激光照射数百个密集的铷87原子。它们都被激光所冷却,并被限制在光学晶格中。激光照射将使单个原子从铷原子气体云中转化为接近电离的里德伯态。原子处于这种高度激发的状态时,将在10微米至20微米的范围内,与其他里德伯原子发生强烈的相互作用。通过修改单个里德伯原子的能量水平并在其周围保有相应的空间,可阻止额外的原子被转化为里德伯态。 一旦高度激发的原子被制成,科学家便可利用额外的激光场将激发转化为具有同样统计属性的量子光场。由于场由单个里德伯原子生成,其只包含一个光子,这可被用于多种协议之中,对于量子信息系统等领域的研究也十分重要。研究人员表示,在首次实验中,生成的单光子的性能已超过了其他类型的单光子。随着效率和生产率的进一步提升,以及和“长寿的”量子存储器的融合,这一单光子来源或可实现光量子的信息处理。 下一步,研究团队将致力开发两个光场之间的光子量子闸。如若成功,将支持他们制成原子和光的复杂纠缠态,这将为量子网络和量子计算添加宝贵的性能。(张巍巍)

  • 新型光子芯片能测量更多光量子态

    据报道,无线电和真空管问世以来,电子计算和通信有了很大发展。今天,消费设备的处理能力和内存等级在几十年前是无法想象的。但是,随着计算和信息处理设备的体积越来越小、功能越来越强,量子物理定律强加的一些基本限制正在出现,这一领域未来的发展前景可能与光子学密切相关。光子学是与电子平行的光学基本概念,光子学理论上类似于电子,但如果用光子代替电子,光子装置处理数据的速度比电子装置快得多。量子计算机。  目前,光子学领域的基础研究仍然非常活跃,但由于缺乏重要的设备,无法进行实际应用。美国 加州在理工大学开发新的光子芯片,延迟线特别是光子量子信息处理器,可以生成和测量光量子态。  根据光子的基本特性,不同种类的光子被分为能量、动量、偏振等特征,由这些不同特征决定的光子状态称为光量子态。  这种新的光子芯片基于在光学领域广泛使用的铌酸锂材料,在芯片一侧产生所谓的光压缩状态,在另一侧测量。时钟和数据恢复/重定时光压缩状态,简单地说,据悉在量子等级中降低“噪音”的光,近年来光压缩状态技术被用于加强激光干涉引力波天文台(LIGO)的灵敏度测量,LIGO天文台是利用激光束探测引力波的探测装置,如果科学家使用基于光的量子装置处理数据,低噪音照明状态也很重要。  加州理工大学电子工程与应用物理学副教授阿尔雷扎马兰迪 (Alireza Marandi)说:“我们可以利用它突破许多传统非线性光学研究的局限,甚至打破许多传统假设。”  另一方面,据马兰迪介绍,光子芯片技术显示了以太赫兹主频运行量子光学处理器的最终发展方向,专用时钟/计时比苹果笔记本电脑MacBook Pro的计算处理器快上千倍,未来5年内可以通信。据合著者、博士后学者拉杰维尔奈尔拉 (Rajveer Nehra)介绍,该研究报告指出:“光学一直是实现量子计算最有希望的方法之一。因为在可扩展性和室温下的超高速逻辑操作中有内在的优点。但是,可扩展性应用的主要课题之一是在纳米光子学中生成和测量足够的量子状态。电子元器件是信息技术产业发展的基石,也是保障产业链供应链安全稳定的关键。面对成千上万种功能迥异的电子元器件,以及复杂的供应渠道和货源,往往一个器件的品质就可能影响到整个产品设计,加上近期电子元器件价格大涨,如何提升采购效率降低采购成本对于控制企业产品成本,提高产品竞争力有着极其现实的意义。随着互联网的发展,用户都在便捷地通过型号搜索并比较渠道。[url=https://www.szcxwdz.com]创芯为电子[/url]为不同规模的企业提供电子元器件采购的平台。主要产品包括电源管理[url=https://www.szcxwdz.com]芯片[/url]、处理器及微控制器、接口芯片、放大器、[url=https://www.szcxwdz.com]存储器[/url] 、逻辑器件、数据转换芯片、电容、二极管、三极管 、电阻、电感、晶振等,并提供相关的技术咨询。在售商品超60万种,原?或代理货源直供,绝对保证原装正品,并满?客??站式采购要求,当天订单,当天发货,还可免费供样!

  • 特殊硅结构可基于单光子产生多个电子空穴对

    能使太阳能电池最大转化效率提升至42%2013年01月30日 来源: 中国科技网 作者: 张巍巍 中国科技网讯 据物理学家组织网1月29日(北京时间)报道,美国加州大学戴维斯分校的科研人员通过计算机模拟证实,利用特殊的“硅BC8”结构,能够基于单个光子产生多个电子空穴对,大幅提升太阳能电池的转换效率。相关研究报告发布在最新一期的《物理评论快报》上。 太阳能电池以光电效应作为基础,当一个光子或是光粒子击中单个硅晶体时,便会产生一个带负电荷的电子以及一个带正电荷的空穴,而收集这些电子空穴对就能够生成电流。作为论文的合著者,该校化学系的朱莉亚·加利表示,传统的太阳能电池能基于每个光子产生一个电子空穴对,因此其理论最大转换效率约为33%。而新途径能够基于单个光子产生多个电子空穴对,从而切实提升太阳能电池的效率。 科研人员借助劳伦斯伯克利国家实验室的超级计算机模拟了硅BC8的行为,这种硅结构形成于高压环境,但其在正常压力下也很稳定。模拟结果显示,硅BC8纳米粒子确实基于单个光子生成了多个电子空穴对,即使当它暴露于可见光时亦是如此。 此次研究的主要作者、博士后研究员斯蒂芬·魏博曼谈到,这一途径可使太阳能电池的最大转化效率提升至42%,超越任何现有的太阳能电池,意义十分重大。“事实上,如果利用抛物面反射镜为新型太阳能电池聚集阳光,我们有理由相信,其转换效率或可高达70%。”他补充说道。 有些遗憾的是,通过与传统的硅纳米粒子相结合,目前制成的太阳能电池模型仅能在紫外线的照射下工作,还不能在可见光照射下正常工作。此前哈佛大学和麻省理工学院的科学家曾发表论文指出,当普通硅太阳能电池被激光照射时,激光所发出的能量或可营造出局部的高压以形成硅BC8纳米晶体。因此,施加激光或是化学压力都可能使现有的太阳能电池转化为高效的新型太阳能电池。(记者 张巍巍) 总编辑圈点 太阳能电池或许是最清洁和方便的能源。但目前的电池板有一点不能令人完全满意:光电转化效率。近几年,国际上开发出不少新材料,都能提高太阳能电池的效率,高的能达到20%。这一次,美国科学家发明的新微观结构,更是让半导体的效率上限翻番。当然这是计算机模拟的结果,大规模应用为时尚早。从经验来看,低能耗生产新式光电池,难度不可小觑。 《科技日报》(2013-01-30 一版)

  • 光电子能谱原理

    http://www.physics.fudan.edu.cn/equipment/YuanLi_guangdianPu.htm1. 引言光电子能谱同其他各种表面分析手段一样,首先经物理学家之手开创,并随着它不断完善,在化学、金属学及表面科学领域内得到了广泛的应用[1]。历史上,光电子能谱最初是由瑞典Uppsala大学的K.Siegbahn及其合作者经过约20年的努力而建立起来的。由于它在化学领域的广泛应用,常被称为化学分析用电子能谱(ESCA),但是,因为最初的光源采用了铝、镁等的特性软X射线,此方法逐渐被普遍称为X射线光电子能谱(XPS)。另外,伦敦帝国学院的D.W.Turner等人在1962年创制了使用He I共振线作为真空紫外光源的光电子能谱仪,在分析分子内价电子的状态方面获得了巨大成功,在固体价带的研究中,此方的应用领域正逐步扩大。与X射线光电子能谱相对照,此方法称为紫外光电子能谱(UPS),以示区别。2. 基本原理光电子能谱所用到的基本原理是爱因斯坦的光电效应定律。材料暴露在波长足够短(高光子能量)的电磁波下,可以观察到电子的发射。这是由于材料内电子是被束缚在不同的量子化了的能级上,当用一定波长的光量子照射样品时,原子中的价电子或芯电子吸收一个光子后,从初态作偶极跃迁到高激发态而离开原子[2]。最初,这个现象因为存在可观测得光电流而称为光电效应;现在,比较常用的术语是光电离作用或者光致发射。若样品用单色的、即固定频率的光子照射,这个过程的能量可用Einstein关系式[3]来规定:式中hν为入射光子能量,Ek是被入射光子所击出的电子能量,Eb为该电子的电离能,或称为结合能。光电离作用要求一个确定的最小光子能量,称为临阈光子能量hν0。对固体样品,又常用功函数这个术语,记做φ。对能量hν显著超过临阈光子能量hν0的光子,它具有电离不同电离能(只要Eb<hν)的各种电子的能力。一个光子对一个电子的电离活动是分别进行的。一个光子,也许击出一个束缚很松的电子并将高动能传递给它;而另一个同样能量的光子,也许电离一个束缚的较紧密的电子并产生一个动能较低的光电子。因 图见网页。图1 用Mg KαX射线激发的氖PE谱 此,光电离作用,即使使用固定频率的激发源,也会产生多色的,即多能量的光致发射。因为被电子占有的能级是量子化的,所以光电子有一个动能分布n(E),由一系列分离的能带组成。这个事实,实质上反映了样品的电子结构是“壳层”式的结构。用分析光电子动能的方法,从实验上测定n(E)就是光电子能谱(PES)。将n(E)对E作图,成为光电子能谱图(如图1)。如上图那样简单的光电子谱图,对电子结构的轨道模型提供了最直接的,因而也是最令人信服的证据。严格的讲,光电子能谱应该用电离体系M+的多电子态方法来解释,比用中性体系M的已占单电子态(轨道)为好。3. 系内仪器资源我们系现有英国VG公司ADES 400角分辨电子能谱仪,它是一台大型超真空多功能表面分析设备。多年来,经过侯晓远教授实验室的多次改进,增加了快速进样装置和一台国产小型分子束外延装置[4],使实验者可以在不暴露大气的情况下,对自行生长样品的表面与界面进行分析测试;同时通过改进控制单元与计算机的接口,由原来的手动调节、机械录谱变为由计算机控制扫谱参数并记录扫描结果。图见网页。图2 多功能电子能谱仪与分子束外延装置的联机系统 ADES 400角分辨电子能谱仪系统如图(2)所示。整个系统由分析室(主室)、预处理室(预室)、快速进样室及小型MBE生长束源炉室四部分组成。电子能谱仪的本底真空度优于5×10-8Pa,配备有Ar离子枪可以处理样品,俄歇电子能谱(AES)测量样品表面化学状态,低能电子衍射(LEED)测量样品表面结构,另外该装置还有配备了双阳极X光枪(Al和Mg靶),可以做紫外光电子能谱(UPS)。生长室本底真空度优于3×10-8Pa,生长过程真空度优于3×10-7Pa。生长室中可以同时装5个由循环水冷却的蒸发源,同时还配备了一个可以对样品的表面晶体结构进行原位实时测量的反射式高能电子衍射(RHEED)装置,样品的生长速率可以由晶体振荡器来测量,而且样品架有加热装置,可以用来处理样品或对样品在生长时加温,此外,生长室还安装了可以自动控制的劈形样品生长装置。有关这套劈形样品生长装置的消息介绍可以参考论文[5]。因此这套设备可以用分子束外延的办法生长磁性金属和合金,然后再分析室进行一些表面测量,制备好的样品,用金或银做为保护层覆盖后,再拿出真空室进行结构和磁性测量。 4. 参考文献[1] 染野檀,安盛岩雄,《表面分析》,科学出版社(1983)[2] 王华馥,吴自勤,《固体物理实验方法》,高等教育出版社(1990)[3] A.Einsten, Ann.Phys.,17, 132(1905)[4] 朱国兴,张明,徐敏,《半导体学报》, 14,719(1993)[5] 丁海峰,硕士论文,1998,复旦大学

  • 中国科大观察到光子“非波非粒,亦波亦粒”的量子特性

    近日,中国科学技术大学郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室李传锋研究组首次实现了量子惠勒延迟选择实验,制备出了粒子和波的叠加状态,极大地丰富了人们对玻尔互补原理的理解。研究成果作为封面文章,发表在9月的《自然—光子学》上。英国著名量子物理学家Adesso教授和Girolami教授在同期杂志的“新闻与观察”栏目以《波-粒叠加》为题,撰文评述了这一研究成果。《自然—物理学》杂志也以《选择的问题》为题,在“研究亮点”栏目报道了该成果。 光是什么?这是个古老的科学问题。三个世纪以来粒子和波的概念就一直是对立的,比如牛顿最初的粒子说和胡克及惠更斯的波动说。现在人们对光的理解可以归结为玻尔的互补原理,即光具有波粒二象性,波动性和粒子性这两种属性即对立又互补,一个实验中具体展示哪种属性取决于实验装置。比如在由两块分束器构成的马赫-曾德干涉仪中,单个光子被第一个分束器分到两个路径上,在第二个分束器所在位置重合。如果我们选择加入第二个分束器,则构成干涉仪,有干涉条纹,观测到波动性,反之如果选择不加第二个分束器,则不能构成干涉仪,没有干涉条纹,观测到的是粒子性。马赫-曾德干涉实验是可以用量子力学解释的。 然而,存在一种隐变量理论认为,光子是有自由意志的,在进入干涉仪之前光子就“察觉”到有没有第二个分束器,然后光子根据它“察觉”到的信息决定自己经过第一个分束器的方式,从而展现粒子性或波动性。为了检验这种隐变量理论和量子力学孰是孰非,玻尔的学生惠勒于1978年提出了著名的延迟选择实验,即实验者延迟到光子已经完全经过第一个分束器之后再选择加不加第二个分束器。 在经典的惠勒延迟选择实验中,探测光的波动性和粒子性的实验装置,即加与不加第二个分束器,是相互排斥的,因此光的波动性和粒子性不能够同时展现出来。李传锋研究组设计出一种量子实验装置,巧妙地利用偏振比特的辅助来控制测量装置,使得测量装置处于探测波动性与探测粒子性的两种对立状态的量子叠加态上。他们利用自组织量子点产生的确定性单光子源作为输入,实现了量子的惠勒延迟选择实验,排除了光子有自由意志的假设,并首次观测到了光的波动态与粒子态的量子叠加状态。实验结果显示,处于波粒叠加态上的光子,既不象普通的粒子态那样没有干涉条纹,也不象普通的波动态那样表现出标准的正弦形干涉条纹,而是展现出锯齿形条纹这样一种“非波非粒,亦波亦粒”的表现形式。 《波-粒叠加》一文高度评价这项工作:“量子惠勒延迟选择实验的实现挑战互补原理设定的传统界限,在一个实验装置中展示光子可以在波动和粒子两种行为之间相干地振荡”。《选择的问题》一文则评价该成果“重新定义了波粒二象性的概念”。 量子实验装置的引入,使得人们可以从一个全新的视角来观察世界,就好像给人们安上了一双“量子的眼睛”,能够看到经典探测装置观察不到的物理现象。此项研究工作拓展和加深了人们对玻尔互补原理的理解,揭示了互补原理和叠加原理间的深层次关系,也使得人们对“光是什么”这个萦绕千年的问题有了更进一步的理解。 该项研究受到科技部和国家自然科学基金委的资助。http://www.cas.cn/ky/kyjz/201209/W020120904508113858909.jpg《自然—光子学》杂志封面

  • 广州科学家破解细胞“返老还童”障碍 维生素C打开多能干细胞治病之门

    近70年来,服用维生素C成为人们补充营养最普遍的做法。这种吃上去酸酸的药片似乎是万能的:女士用它美容养颜,男士用它保持精力,医生们用它来帮助患者缓解感冒症状、增强抵抗力,国外研究甚至发现它还可以改善心情。然而,维生素C的作用还远不止于此,日前,它的又一项功效被揭示。 12月2日,中国科学院广州生物医药与健康研究院院长裴端卿等科学家的一篇论文,以封面文章形式发表在国际权威学术期刊《细胞·干细胞》上。研究发现维生素C能够促进体细胞"变身"为诱导多能干细胞(IPS),从而扫除体细胞"变身"为诱导多能干细胞的分子障碍。 维生素C成为诱导多能干细胞这门最新科研领域的一把新钥匙。 ◎多能干细胞技术能够将任何一个阶段的细胞,恢复到只有受精卵胞才具备的多潜能阶段。这就好比让已经成熟的体细胞"变身",让衰老的细胞重新活一次 ◎在适当的诱导条件下,体细胞能变成具有胚胎干细胞一样分化潜能的多能干细胞,可以神奇地分化成特定组织的细胞,具有再生各种组织器官的潜在功能 ◎诱导多能干细胞技术这扇门并不是一推就开,原来其诱导有效率仅有万分之一,维生素C通过一种特殊酶降低分子障碍影响,提升细胞"变身"效率100倍

  • 我国成为第2个紫外单光子探测器技术拥有国

    一根燃烧的蜡烛1秒钟可以发射出100亿亿个以上的光子,要探测到能量如此小的单个紫外光子一直是世界技术难题。记者昨天获悉,南京大学电子科学与工程学院长江特聘教授陆海为首的研究团队近来获得突破,在国内首先研制出超灵敏度的固体紫外单光子探测器,从而使中国成为继美国之后第二个掌握这一核心技术的国家。  “自然界中波长小于280纳米的紫外光几乎为零,所以我们探测它相当于在暗室中探测光,只要发现一个小光点就一定是目标。”陆海介绍说,可探测400纳米以下紫外辐射的紫外光探测器,是火焰探测、环境监测、生物医药、空间科学等领域所急需的关键部件,也是关系到国家安全的关键技术,可以用来检测海上油污、卫星遥感监测雾霾等。  光子是光的最小能量量子,也是光作为信息载体的最小传输单位。一根蜡烛1秒钟释放出的超100亿亿个光子中,假设紫外光子只占万分之一,那么在完全不考虑飞行损耗的情况下,1公里以外,面积为1平方厘米的镜头1秒钟只能接收到1000个紫外光子。专门用来捕捉这些“小家伙”的单光子探测器一直是世界各国研究和竞争的焦点。  陆海举例说,导弹的飞行尾焰中存在像指纹一样的特殊紫外光谱成分,但距离越远能够传输过来的紫外光就越微弱。利用超灵敏度紫外单光子探测器就有可能在上千公里以外探测和分辨出来袭飞弹,为反制或者规避提供宝贵时间。之前,国际上只有美国罗格斯大学、弗吉尼亚大学、通用电气研发中心三家美国单位成功研制碳化硅单光子探测器。而南大研究团队此次获得突破后,跻身成为第四家。  南大研究团队研制出的紫外单光子探测器,基于碳化硅半导体芯片技术,能灵敏捕捉到紫外单光子,并且打破了过去依赖于超低温条件的瓶颈。“我们的探测器在150℃下仍能正常工作,这是原来任何单光子探测技术都无法达到的。”陆海说。这一突破也引起了国际关注,欧洲的《今日半导体》杂志专门长文报道了南大的这一研究成果。  同时,该探测器有显著的成本优势,有望向民用领域大规模推广,比如高压输电线和高铁供电线路上出现电晕、污闪时,可用其远程检测和定位。“目前,紫外火灾报警器用的真空紫外光敏管,综合成本很高。”陆海拿出一枚耳钉大小的器件介绍说,未来用如此小的单光子探测器件,不仅造价更便宜,而且防爆、使用寿命更长。  眼下,南大研究团队在该领域的部分研究成果已开始进入产业化阶段。过量的紫外线照射易诱发皮肤癌,韩国三星公司日前发布的Note4手机就装备了微型紫外线传感器,受到消费者欢迎。而南大研究团队正在和华为合作的贴片封装紫外探测器,尺寸比米粒还小,也将安装到手机或智能手环中,藉由它,用户可随时随地检测所处环境的紫外线强度,以及时防护。

  • 二甲双胍能促进脑细胞生长

    新华社华盛顿7月6日电(记者任海军)据美国新一期《细胞-干细胞》杂志报道,加拿大研究人员对小鼠进行的研究显示,常用Ⅱ型糖尿病药物二甲双胍能促进脑细胞分裂及新细胞形成。这项研究表明,二甲双胍将来有望用于治疗阿尔茨海默氏症等疾病。 二甲双胍的主要靶点是糖尿病患者肝细胞内的一个特殊通道。加拿大分子遗传学家弗雷达·米勒等研究人员发现,二甲双胍也能激活实验鼠脑细胞中的同样通道,促进新的脑细胞生长。 对在实验室培养皿中培养的人类脑细胞而言,这一结论同样成立。米勒表示,新生的脑细胞能修复阿尔茨海默氏症等神经退行性疾病给大脑带来的不利影响。 2008年曾有研究显示,同时患糖尿病和阿尔茨海默氏症的人如果服用二甲双胍,其阿尔茨海默氏症的症状有所改善。当时科学家认为,其机制可能在于二甲双胍治疗糖尿病时改善了患者的身体状况,这有助于改善阿尔茨海默氏症症状。 米勒认为,他们的新研究表明,二甲双胍本身就有改善脑功能的作用。目前,加拿大研究人员已着手开展二甲双胍治疗神经退行性疾病的临床试验。 二甲双胍是一种具有长期用药安全记录的药品。此前曾有研究显示,二甲双胍可抑制肺部和乳腺肿瘤的生长,降低糖尿病患者患乳腺癌的风险。

  • 【新闻】法国科学家发明光子捕捉装置爱因斯坦梦想成真

    1927年,爱因斯坦曾设想出一个能捕捉光的盒子,在假想的实验中仅释放一个光粒子或光子,以此计算出质量和能量之间的关系。80年后的今天,法国物理学家把这一梦想变成现实,他们发明了可以捕捉光子并监控它从产生到消失整个过程的光子盒。  据法新社14日报道,这一装置仅2.7厘米见方,由一个空腔组成,盒面使用的材料是极反光的超导镜子,它能够在七分之一秒的时段里捕捉并监控一个光子。别小看这段时间,在这段时间内,一个自由的光子可以完成从地球到月球大约十分之一的距离。  光子可能是物理学中存在的最基本粒子。一个电灯泡通电后,每秒释放的光子数量高达10的15次方。但是,当你一看到光子,它就消失了,因为它在与你的视网膜接触之际就消耗了使它存在的能量。  计算光子的常规方法是使用光检波器,它通过撞击光子吸收能量而运转。但是,撞击会损坏光子,因此科学家需要一个“透明的”计数器。  法国研究小组说,他们通过让一束铷原子穿过捕获光子的盒子而找到了答案。光子的电场会轻微地改变原子的能量水平,但这种情况不足以使原子从电场中吸收能量。当一个原子穿过光子的电场时,会使绕原子核运行的电子略微迟缓,而这一推迟时间可以使用现代原子钟技术测量,即把电子的轨道视为“钟摆”以测量出准确时间。  这项研究成果本周将发表在英国《自然》周刊上。

  • 潘建伟等实现世界最佳单光子源

    2013年02月08日 来源: 中国科学报 作者: 蒋家平 2月4日,英国《自然》子刊《自然—纳米技术》以长文形式,发表了中国科学技术大学教授潘建伟、陆朝阳等人关于量子点脉冲共振荧光确定性高品质单光子源的研究工作。这是我国量子点光学量子调控领域发表在《自然》系列期刊上的第一篇论文。 量子点是一种通过分子束外延方法制备的纳米晶体,又被称为“人造原子”,可以为量子保密通信和光学量子计算提供理想的单光子源。此前,美国加州大学、斯坦福大学和英国剑桥大学等研究组实现了基于非共振激发量子点产生的单光子源。然而,由于单光子发射时间抖动、激子退相干等,不可避免地引起光子品质下降,光子全同性只能达到70%左右,无法进一步应用于可扩展量子信息处理。 要发展能够真正实用化的光量子信息技术,关键技术之一是实现确定性的高品质单光子源。为此,微尺度物质科学国家实验室的潘建伟、陆朝阳等在国际上首次发展了一套新颖的量子点脉冲共振光学激发、多重滤波技术,显著消除了消相干效应,解决了单光子源的确定性和高品质这两个基本问题。 实验产生的单光子源信噪比超过300:1,二阶关联函数小于1.5%,光子全同性优于97%,这些技术指标使得中国在这一领域的研究跻身世界前列,为可扩展光学量子计算和基于自旋的固态量子网络的实现奠定了基础。审稿人称赞这是一个“令人惊喜的高质量实验”。(记者蒋家平)

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