膜结构

p　　2019年1月15日，清华大学生命科学学院李雪明研究组在《细胞研究》(Cell Research)杂志在线发表题为《VI型分泌系统膜上核心复合物结构》“Architecture of type VI secretion system membrane core complex”的研究论文。该论文报道了细菌VI型分泌系统膜上核心复合物的近原子分辨率的结构,揭示了其组装新形式。/pp　　革兰氏阴性菌通过一系列不同类型的分泌系统向胞外或者其他细胞分泌各种底物，包括离子，小分子(如抗生素)，大分子物质(如毒性蛋白，DNA)等，这些分泌出的底物大多都与人类健康息息相关。其中的VI型分泌系统(T6SS)分泌的毒性蛋白不仅仅可以作用于宿主细胞,使还可以作用于环境中的其他细菌,从而使细菌在细菌-宿主，细菌-细菌等接触依赖型竞争中获得优势。VI型分泌系统由多于13个亚基组成的类似注射器的纳米机器。其中TssJ, TssL, TssM三个蛋白组成跨细菌内外膜约1.7MDa的复合物,主要起通道作用， 帮助底物从细菌胞质分泌到细胞外或宿主细胞中。VI型分泌系统膜上核心复合物的结构至今未获得，精细的组装方式仍不清楚。/pp　　李雪明课题组通过冷冻电镜单颗粒重构的方法解析了大肠杆菌来源的膜上核心复合物TssJLM 4.0 埃分辨率的分子结构。通过冷冻电镜结构纠正了前人对TssJ和TssM 2:2组装比例的错误理解, 该高分辨率的结构揭示TssJ和TssM采用新颖的3:2组装比例。这种3:2的组装形式明显区别于其他分泌系统1:1的组装形式。该研究还发现TssM采用C5对称性,内层和外层各五个。通过结构比对，发现内层和外层TssM结构有明显构象变化，该构象变化很可能对通道的打开至关重要。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/59bab17e-736a-43a7-a4f5-ef0aa9954d91.jpg" title="0.jpg.png" alt="0.jpg.png"//pp　　/pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "VI型分泌系统膜上核心复合物的结构/span/pp　　清华大学生命学院李雪明研究员为本工作的通讯作者。清华大学PTN项目五年级博士生尹孟和生命学院五年级直博生严照峰为本文共同第一作者。该工作的冷冻电镜数据采集在国家蛋白质科学设施(北京)的清华大学冷冻电镜平台完成，数据处理在国家蛋白质科学设施(北京)清华大学高性能计算平台完成。该工作获得了生命科学联合中心、北京市结构生物学高精尖创新中心、国家自然科学基金委面上项目和科技部重点研发计划的经费支持。/pp style="line-height: 16px "　　strong论文附件/strong：img style="vertical-align: middle margin-right: 2px " src="/admincms/ueditor1/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_pdf.gif"/a style="font-size: 12px color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " href="https://img1.17img.cn/17img/files/201901/attachment/bdfec034-a40c-4f85-959e-225c5a892721.pdf" title="Architecture of type VI secretion system membrane core complex.pdf"span style="color: rgb(0, 176, 240) "Architecture of type VI secretion system membrane core complex.pdf/span/a/pp　　strong原链接/strong：https://www.nature.com/articles/s41422-018-0130-7/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/00915e16-3cad-4891-8368-d0b4a8c765cc.jpg" title="00.jpg.png" alt="00.jpg.png"//ppbr//p

仪器信息网讯 据WHO官网数据显示，截至2021年8月6日，新型冠状病毒(SARS-CoV-2)已致全球2亿人感染，425万人死亡，这是本世纪最为严重的全球公共性卫生事件。　　刺突蛋白(Spike, S)是病毒表面重要的标志蛋白，是一种三个相同亚基以非共价键结合成同源三聚体 同时刺突蛋白存在多个N-糖基化位点，糖基通过共价键与蛋白相连组成糖蛋白，而大量糖基的存在则可通过糖基化改变蛋白质分子的空间结构而封闭或破坏抗原表位，从而抑制机体产生免疫应答，对病毒起到保护作用。刺突蛋白的序列主要包括N端结构域(N-Terminal Domain,NTD)、受体结合结构域(Receptor Binding Domain,RBD)、融合肽段(Fusion peptide，FP)、2段七肽重复序列(Heptad Repeat，HR)、中央螺旋(Central Helix，CH)、连接域(Connector Domian,CD)、跨膜结构域(Transmembrane Domain,TD)等。　　SARS-CoV-2通过高度糖基化的刺突蛋白(Spike, S)上的受体结合域(RBD)与人受体蛋白血管紧张素转换酶(ACE2)结合，进而入侵人体细胞，因此刺突蛋白糖基化在改变病毒结合/功能和感染性方面起着关键作用。然而由于传统自下而上糖蛋白组学方法分析完整糖型面临挑战，因此在刺突蛋白受体结合域(S-RBD) 上揭示新O-聚糖的分子结构和聚糖异质性仍是个难题。　　基于此，2021年7月，威斯康星大学葛瑛教授团队在《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society, JACS)上发表了最新的成果，题为“Structural O‑Glycoform Heterogeneity of the SARS-CoV‑2 Spike Protein Receptor-Binding Domain Revealed by Top-Down Mass Spectrometry”。该研究利用自上而下蛋白质组学方法，提供了刺突糖蛋白不同O-糖型的高分辨率蛋白质解析图，为揭示其 O-聚糖的功能作用奠定了强大的分子基础。这种蛋白质解析方法可用于揭示新出现的 SARS-CoV-2 S-RBD 变体以及其他O-糖蛋白的结构O-糖型异质性。　　该工作中，研究人员通过利用捕集离子淌度 (TIMS)-四极杆飞行时间质谱法和超高分辨率傅里叶变换离子回旋共振质谱法解析了完整的 O-聚糖蛋白型的完整结构。自上而下的 TIMS-MS/MS 分离 S-RBD 的蛋白质构象异构体以揭示其气相结构异质性，而自上而下的 FTICR-MS/MS 提供深入的糖型分析，以明确识别聚糖结构和他们的糖基。　　该工作内容首次在结构上阐明了总共八种O-糖型及其相对分子丰度。该发现表明，这种自上而下的混合质谱分析方法可以提供S糖蛋白的不同 O-糖型的高分辨率蛋白质型解析图，这为揭示其 O-聚糖的功能作用奠定了强大的分子基础。这种蛋白质型解析方法可用于揭示新出现的 SARS-CoV-2 S-RBD 变体以及其他 O-糖蛋白的结构 O-糖型异质性。　　研究团队: https://labs.wisc.edu/gelab/　　葛瑛教授

p　　strong仪器信息网讯/strong 2018年6月26日，由赛默飞世尓科技主办的“2018 赛默飞材料科学与结构分析技术前沿论坛” 在北京金隅喜来登酒店顺利举办，60余位来自京津冀地区从事材料研究的专家及科研工作者们相聚于此，交流和共享材料研究的最新技术和成果。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="01.jpg" style="HEIGHT: 300px WIDTH: 450px" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/0c9ac0bf-8934-4dcf-af3f-d590666c29bd.jpg" height="300" hspace="0" border="0" width="450"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"论坛现场/span/pp　　材料科学与技术是基础科学与工程科学的融合，也是材料科学与各种现代先进技术结合的产物，涉及领域十分广阔。随着科学技术的进步，各类相对独立的材料已经相互渗透、相互结合，形成了多学科交叉的当代材料科学与技术新体系。本次论坛邀请在电镜、XPS、拉曼等材料结构分析技术领域的四位专家，及赛默飞相关技术骨干，为大家分享了最新研究进展及最新检测技术及应用。同时，为促进深入交流，会尾还设置了专家答疑讨论环节。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="02.jpg" style="HEIGHT: 300px WIDTH: 450px" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/5804e614-7a3f-4772-9638-15e4268cd09c.jpg" height="300" hspace="0" border="0" width="450"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"赛默飞亚太地区应用与商务拓展总监Erwan Sourty致辞/span/pp　　Erwan Sourty博士在致辞中，首先向与会者表示了欢迎。接着介绍到，赛默飞于2016年并购FEI后，产品线更加完备，可以在材料科学与结构分析技术方面提供更全面的分析表征解决方案，包括扫描电镜、透射电镜、XPS、拉曼光谱、红外光谱等，甚至可以协助客户设计相关实验室。最后向与会者承诺道，赛默飞将始终全心全意为客户服务，“你们的成就就是我们的成功”。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="03.jpg" style="HEIGHT: 300px WIDTH: 450px" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/f94b2ce9-41ba-4043-a7f4-29a09c1598d7.jpg" height="300" hspace="0" border="0" width="450"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"报告人：天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院 罗俊 教授/span/pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"报告题目：高端电镜技术及其对先进材料和器件结构的解析/span/pp　　罗俊师从朱静院士，长期从事纳米材料及期间与电子显微学方面的科研工作。2016年开始，在一年半内主持完成建设天津理工大学电镜中心，设备资产达5000万元，拥有包括国际最新型号的聚光镜球差校正透射电镜Titan Cubed Themis G2300在内的六台电镜等，并于赛默飞电镜业务部门建立了联合实验室。关于电镜中心的建设，罗俊表示，在电镜设备配置方面采取了高中低端搭配的方式，以适应各种样品的不同测试需求。而实验室建设从2016年6月2月25日开始与赛默飞共同环境改造，到安装、调试电镜，再到获得高分辨原子结构像，只用了6.5个月时间。/pp　　接着，罗俊讲解了电镜中的革命性突破——球差校正器，这项技术的成功突破为电镜工作者带来以下好处：分辨率提升至亚埃级 轻元素更易可辨 消除/降低离域效应 在具备超高分辨率的同时具备大的样品空间 原子分辨的元素/化学价态分布等。至20世纪90年代球差校正系统面世以来，这项技术得到迅速推广，目前，国内外高校、科研院所和企业已经配置球差校正电镜600多台，而我国也安装了至少93台。同时，这项技术也正在化学、化工、石油、物理、地质、冶金、生物、材料等领域发挥重要作用。/pp　　最后，罗俊介绍了天津理工大学电镜中心的主要工作，即“用高水平的科研能力提供高水平的测试服务”。中心从电镜开始运行，10个多月内，发表多篇重量级论文，相关成果发表在《Nature-Energy》、《Angew. Chem.》、《Science》等顶级期刊上。同时，中心对校外服务合计超过300个课题组，含11为国内外院士、29位国家杰青和长江学者。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="04.jpg" style="HEIGHT: 300px WIDTH: 450px" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/8db45730-6f85-44b7-bec3-9ebe85bf6abd.jpg" height="300" hspace="0" border="0" width="450"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"报告人：北京师范大学分析测试中心 吴正龙 教授/span/pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"报告题目：XPS表面分析技术在薄膜材料中的应用介绍/span/pp　　X射线光电子能谱(XPS)是最常用、表面灵敏度高的表面分析技术，有着广泛的应用。吴正龙首先以人手触摸Si片前后对照XPS谱为例，展示了XPS的高表面灵敏度。接着对均匀材料及深度方向不均匀材料的XPS分析方法分别进行了介绍。对于非均匀材料，报告中的XPS结果是分析层中的平均结果，不同的峰设计的分析深度不同，而如果为多层薄膜结构，报告出的含量将没有意义，需要薄膜灵敏度因子进行定量分析。接着，还对变角XPS、本底/峰形分析等薄膜分析一般技术进行了逐一介绍。最后以单层和多层薄膜分析案例进一步描述了XPS表面分析技术在薄膜材料中的多种应用情景。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="05.jpg" style="HEIGHT: 253px WIDTH: 450px" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/9039fc30-d338-4640-a985-303b20c3efad.jpg" height="253" hspace="0" border="0" width="450"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"报告人：北京工业大学固体微结构与性能研究所 吉元 研究员/span/pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"报告题目：原位环境扫描电子显微学的应用——成像· 谱学· 集成技术/span/pp　　吉元首先回顾了扫描电子显微镜的发展历史，从1931年首台TEM问世，到1960s首台SEM问世，到1980s首台环境扫描电镜(ESEM)问世，再到2017冷冻电镜技术获得诺贝尔化学奖。报告主要介绍了其中的ESEM技术的广泛应用情况，ESEM显示的强大功能和明显优势，使其得到广泛应用，包括观测导电样品、非导电样品，及含水/含气/含油等多种类型的固体样品，具有多种探测系统和成像模式。可以集成组合多种附件(EDS、EBSD、CL等)。同时，易于构建原位观测系统(ESEM-SPM集成系统、纳米操纵/微注入系统等)。接着，结合具体表征案例分别介绍了多种成像模式、肿瘤细胞膜蛋白的识别、雾霾颗粒分析、外场调控的纳米材料/期间的力-电-光-热耦合性能。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="06.jpg" style="HEIGHT: 300px WIDTH: 450px" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/a84b46e7-5f79-4058-81c3-903211e128b4.jpg" height="300" hspace="0" border="0" width="450"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"报告人：中国科学院化学所 研究员 舒春英/span/pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"报告题目：富勒烯在生物医学材料领域的应用与展望/span/pp　　舒春英首先介绍了碳材料的特性及发展历程，接着重点讲解了其中的富勒烯在肿瘤防治方面的一些应用。富勒烯种类丰富，由于其空腔结构中可以内嵌单金属、多金属、团簇等，这使得内嵌后的富勒烯也兼具了内嵌团簇的特性，在许多领域都具备应用潜能。在利用富勒烯这些特性应用在肿瘤预防过程中，舒春英团队发现仅仅利用质谱、核磁等表征手段已无法满足进一步解析内嵌团簇结构的需求，于是引进了赛默飞拉曼光谱仪，并成功解析了金属富勒烯纳米晶体在吸收射频能量后发生的相变，最终研究了一种金属富勒烯纳米晶体快速高效治疗肿瘤的新技术。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="7.jpg" style="HEIGHT: 253px WIDTH: 450px" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/ef358e7f-22be-4c0d-802e-aa2c6483a891.jpg" height="253" hspace="0" border="0" width="450"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"报告人：赛默飞世尔科技表面分析应用工程师 葛青亲 博士/span/pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"报告题目：XPS在现代先进器件和半导体材料研发表征中的应用/span/pp　　XPS表面化学分析技术广泛应用于各行各业，包括能源电池、玻璃、表面改性、钢铁、航空航天、纳米器件、半导体等。葛青亲主要通过案例分享了XPS在器件及半导体中的应用。具体案例包括等离子表面改性过程中了解工艺机理、高分辨XPS元素成像检测集成电路、锂离子电池应用表征、多层栅介质器件、触摸屏涂层等方面的应用。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="8.jpg" style="HEIGHT: 300px WIDTH: 450px" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/94092b93-a334-4625-92b1-2bf0326d6627.jpg" height="300" hspace="0" border="0" width="450"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"报告人：赛默飞世尔科技分析光谱应用工程师 张梦霖 博士/span/pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"报告题目：红外光谱在催化领域的应用与探索/span/pp　　红外光谱在催化领域的应用可分为对催化剂本体的研究和催化剂上吸附物种的研究。张梦霖主要介绍了赛默飞红外光谱产品可为各种催化相关原位研究提供的解决方案。Nicolet iS50研究级全谱段傅里叶红外光谱仪，配置步进扫描、双调制、双通道检测技术，可实现纳秒级快速反应过程，是进行原位反应的强大工具。同时可加配各类原位透射池、原位漫反射池及原位电化学池，以满足不同样品体系相关研究需要。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="9.jpg" style="HEIGHT: 300px WIDTH: 450px" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/4cf5d294-16a6-48a2-8c48-73099a705ba9.jpg" height="300" hspace="0" border="0" width="450"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"报告人：赛默飞世尔科技分析光谱应用工程师 马书荣/span/pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"报告题目：拉曼及拉曼成像在储能材料中的应用/span/pp　　马书荣主要介绍了拉曼光谱储在能材料中电池材料的相关研究，其应用包括新型电极材料的开发 高性能、高寿命、高安全性电池的机理研究等。接着以正极材料超快速拉曼成像、负极拉曼成像、拉曼成像分析电极材料原位变化、溶剂化钠嵌入石墨机理研究等案例具体介绍了赛默飞原位和非原位两种解决方案的应用情况。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="10.jpg" style="HEIGHT: 300px WIDTH: 450px" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/400b8146-04f2-4082-b5d8-54f30fa0bc27.jpg" height="300" hspace="0" border="0" width="450"//pp style="TEXT-ALIGN: center"span style="COLOR: rgb(0,176,240)"专家答疑讨论环节/span/pp　　专家答疑讨论环节，在Erwan Sourty主持下，老师们分别对电镜实验室建设初期各种环境因素影响问题、原位化学研究中如何提达到电镜高分辨问题、对电镜厂商新的应用需求问题、拉曼应用中的实际问题等进行了一一解答。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="11.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/55af4cfd-2595-4c9a-8ed8-c535c327d1d4.jpg"//pp style="text-align: center "span style="COLOR: rgb(0,176,240)"会议交流/span/p

近日，中国科学技术大学物理学院光电子科学与技术安徽省重点实验室/合肥微尺度物质科学国家研究中心教授张斗国研究组提出并实现了一种基于光学薄膜的平面型显微成像元件，用作被测样本的载波片，可在常规的明场光学显微镜上实现暗场显微成像和全内反射成像，从而获取高对比度的光学显微图像。研究成果以Planar photonic chips with tailored angular transmission for high-contrast-imaging devices为题，发表在Nature Communications上。光学显微镜利用光学原理，把人眼不能分辨的微小物体放大成像，进而拓宽人类观察物质结构的空间尺度范围。通用的光学显微镜是明视场显微镜（Brightfield Microscopy），它利用光线照明，样本中各点依其光吸收的不同在明亮的背景中成像。但对于一些未经染色处理的生物标本或其他透明样本，由于对光线的吸收少，其明视场显微镜像的对比度差，难以观测。为解决以上问题，科学家们发展出暗视场显微镜（Darkfield Microscopy）：其照明光线不直接进入成像物镜，只允许被样品反射和衍射的光线进入物镜。无样品时，视场暗黑，不可能观察到任何物体；有样品时，样品的衍射光与散射光等在暗的背景中明亮可见，因此其成像对比度远高于明场光学显微镜，如图1a所示。另外一个解决方案是，利用光线全反射后在介质另一面产生衰失波（又称表面波）来照明样品，无样本时，衰失波光强在纵向呈指数衰减的特性使得其不会辐射到远场，视场暗黑；有样品时候，衰失波会被散射或衍射到远场，从而在暗背景下形成物体的明亮像，该显微镜被称为全内反射显微镜（Total internal reflection microscopy, TIRM），同样可以提高成像对比度。衰失波光强在纵向呈指数衰减的特性，只有极靠近全反射面的样本区域会被照明，大大降低了背景光噪声干扰观测标本，故此项技术广泛应用于物质表面或界面的动态观察，如图1b所示。然而，上述两种显微镜均需要复杂的光学元件，如暗场显微镜需要特殊的聚光镜来实现照明光以大角度入射到样品；全内反射显微镜需要高折射率棱镜或高数值孔径显微物镜来产生光学表面波；这些元件体积大，不易集成，成像效果严格依赖于光路的精确调节，增加了其操作复杂度。研究提出的基于光学薄膜的平面型显微成像元件可有效弥补上述不足。图1c为该元件结构示意图，主要包含三部分：中间部分是掺杂有高折射率散射纳米颗粒的聚合物薄膜，利用纳米颗粒的无序散射来拓展入射光束的传播角度范围；上部和下部是由高低折射率介质周期性排布形成的光学薄膜，利用其来调控出射光束的角度范围。通过光子带隙设计，下部光学薄膜只允许垂直入射的光束透过，其他角度光束的均被抑制；上部光学薄膜在750 nm波长入射下，只有大角度的光束才能透射；在640 nm波长下任何角度的光均不能透射，只能产生全内反射。图1. 传统暗场照明（a）与全内反射照明（b）光学显微镜，基于光学薄膜结构的显微成像照明元件（c）因此，在正入射下，经过该光学薄膜器件的光束出射角度或大于一定角度（对应750 nm波长），或在薄膜表面产生光学表面波（对应640 nm 波长）。利用一块光学薄膜器件，在常规的明场显微镜上（图2a），可同时实现暗场显微成像与全内反射成像。成像效果如图2b，2c所示，相对于明场光学显微镜像，其成像对比度有大幅提升。该方法不仅适用于空气中的样品，也适用于液体环境中生物活细胞的成像，如图2d所示。进一步实验结果表明，该方法可以实现介质薄膜上的表面波，并可用于金属薄膜表面等离激元，如图3所示，研究利用其作为照明光源，实现了新的表面等离激元共振显微镜架构，相较于目前广泛使用的基于油浸物镜的表面等离激元共振显微镜，基于光学薄膜器件的表面等离激元显微镜结构简单，成本低、操作便利，易于集成。图2. 基于光学薄膜结构的全内反射照明与暗场照明显微成像图3. 利用光学薄膜结构激发表面等离激元实现新型表面波光学显微镜上述实验结果表明，无需改变现有显微镜的主体光路架构，通过设计、制作合适的显微镜载玻片可以有效提升其成像对比度，拓展其成像功能。研究工作得到国家自然科学基金委员会、安徽省科技厅、合肥市科技局等的支持。相关样品制作工艺得到中国科大微纳研究与制造中心的仪器支持与技术支撑。论文链接

p　　8月10日，施一公、颜宁同时在《Science》期刊发表了各课题组的最新研究成果——两位学界大咖利用冷冻电镜技术在结构生物学领域取得了重要进展。/pp　　span style="color: rgb(192, 0, 0) "strong01 施一公组：人源PKD1和PKD2复合物的结构/strong/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/8811f4cc-f6ac-43c1-b7f9-b05d194d09fa.jpg" title="01.jpg"//pp　　在“Structure of the human PKD1/PKD2 complex”文章中，施一公组专注的是一种常见遗传病——常染色体显性遗传多囊肾病(ADPKD)。这一疾病主要关联两个基因突变，即pkd1和pkd2。研究团队首次报道了多囊肾病相关蛋白PKD1和PKD2复合物整体近原子分辨率的冷冻电镜结构。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/03bc3789-7ede-4741-a3f1-a566699b7e0b.jpg" title="02.jpg"//pp　　常染色体显性遗传多囊肾病是慢性肾脏病的重要诱因之一，发病率为1/400-1/1000，全球约1200万患者深受这一疾病的影响。约50%患者会发展到终末期肾功能衰竭，需要进行异源肾脏移植或者终身血液透析治疗。我国约有150万此疾病患者，每年都有数以万计的患者苦苦等待无偿捐献的肾源或者通过无休止的透析维持生命。ADPKD不仅给患者造成严重的身体和精神上的折磨，同时给患者家庭带来沉重的经济负担。/pp　　人源pkd1基因定位于16号染色体，编码了长度为4302个氨基酸包含11次跨膜螺旋的蛋白PKD1。而由pkd2编码的PKD2蛋白是PKD1的伴侣分子，对PKD1的折叠、在细胞器间的转运、和蛋白成熟具有极其重要的作用。/pp　　施一公组利用冷冻电镜技术，获得截短的人类PKD1/PKD2复合体结构，分辨率达到3.6 Å 。他们发现，PKD1和PKD2蛋白会形成一个独特的一比三复合物 ( 1 PKD1: 3 PKD2 )。具体而言，PKD1包含一个电压门控性离子通道(VGIC)，通过与PKD2相互作用形成一个非规范的TRP通道体系结构。这一过程中，PKD1中的S6螺旋会在中间断裂，形成S6a和S6b两段。除了VGIC之外，PKD1还有一个5-TM结构域和一个胞质PLAT结构域。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/1421f032-c8ef-44cc-8f83-a1b811f1ba60.jpg" title="03.jpg"//pp　　span style="color: rgb(0, 176, 240) "图1：A.人源PKD1和PKD2蛋白的拓扑结构示意图。B.人源PKD1和PKD2蛋白复合物结构 C.人源PKD1独特的通道结构域。(图片来源：清华大学生命科学学院)/span/pp　　这些结构的解析为PKD蛋白功能的研究建立了一个框架，并进一步为常染色体显性多囊肾病的病因以及治疗对策提供新的线索。/pp　　span style="color: rgb(192, 0, 0) "strong02颜宁组：人源Ptch1蛋白的冷冻电镜结构/strong/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/9aa29ede-cff8-4cb5-a041-bb188de22007.jpg" title="04.jpg"//pp　　Hedgehog ( Hh )信号通路在胚胎发育中很重要，它的过度活跃与癌症有关。该通路的核心是一种被称为Patched 1 (Ptch1) 的膜受体。它间接抑制一种称为Smoothened的G蛋白偶联受体。当Ptch1结合分泌的蛋白Hh时，这种抑制得到缓解，通路打开。/pp　　颜宁课题组报道了人类Ptch1的冷冻电镜结构，Ptch1分别以3.9 Å 和3.6 Å 的分辨率与人类Sonic hedgehog ( ShhN )的N末端结构域复合 利用这些冷冻电镜结构，该课题组观察到了Ptch1的12个跨膜结构域以及两个细胞外结构域ECD1与ECD2。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201808/insimg/4e6661b4-edd5-4b4c-8fe9-e7f4db9ad7b2.jpg" title="05.jpg"//pp　　此外，他们还发现两种结构中都存在两种类固醇状的密度，通过进一步结构导向的突变分析表明，ShhN和Ptch1之间的相互作用依赖于类固醇。类固醇结合缺陷Ptch1突变体的结构显示明显的构象重排。/pp　　人类Ptch1及其与ShhN的复合物的结构揭示了Ptch1和ShhN之间识别的分子基础 同时Ptch1中两个类固醇结合位点的鉴定也为未来研究Hh通路建立了重要的框架。/pp style="text-align: center "-------------------------------------br//pp　　strong参考资料：/strong/pp 1)Structural basis for the recognition of Sonic Hedgehog by human Patched1/pp　　2)Structure of the human PKD1/PKD2 complex/pp　　3)清华大学施一公研究组在《科学》发文报导“常染色体显性遗传多囊肾病”相关蛋白PKD1和PKD2复合物的结构/p

近日，中科院大连化学物理研究所储能技术研究部(DNL17)李先锋研究员团队与分子反应动力学国家重点实验室分子模拟与设计研究组(1106组)李国辉研究员团队合作，在离子传导膜材料的结构设计与研究方面取得新进展。团队通过对膜内离子传输通道的设计，实现了K+快速传输，并对膜结构和离子传输机理进行了详细地研究和探讨。 　　具有快速离子选择性传输能力的膜材料在工业分离、能源等应用领域具有广阔的应用前景。这些应用场景通常涉及从复杂混合物中分离特定离子，因此设计具有高效离子选择性传导的膜材料至关重要，但仍然存在挑战。在本工作中，团队通过金属离子与聚苯并咪唑的配位构建了具有可控离子传输通道的膜材料。研究表明，Zn2+与聚苯并咪唑PBI配位得到均匀的聚合物配位网络，形成连续的水通道，并暴露出更多的极性基团，促使K+的快速传输。团队通过分子动力学模拟计算K+在聚合物网络中的运输行为，揭示K+与聚合物链上的-N=相互作用，并靠近链段的含氧醚键，从而快速通过聚合物膜。 同时，配位膜的自由体积增大，形成亚纳米级分子通道。纳米通道的物理约束和膜的静电相互作用使K+在浓盐和浓碱溶液中的迁移不受溶液浓度的影响，迁移数高达0.9，与阳离子交换膜相当。采用K+高效传输离子传导膜组装碱性锌铁液流电池，可有效缓解电池运行过程由于锌沉积带来的离子强度失衡进而导致水迁移的问题。研究提供了一种通过金属离子配位调节聚合物链结构，进而调控聚合物膜离子传输特性的策略；同时加深了对金属配位聚合物膜离子传输机制的理解。 　　相关研究成果以“Metal-coordinated polybenzimidazole membranes with preferential K+ transport”为题，于近日发表在《自然—通讯》(Nature Communications)上。该工作的共同第一作者是我所DNL17博士研究生吴金娥、1106组副研究员廖晨伊。上述工作得到国家自然科学基金、中科院电化学储能技术工程实验室等项目的支持。

纳滤（Nanofiltration）是一种高效节能的膜分离工艺，可有效地去除多价离子和有机化合物，在水处理、制药和食品工业等领域具有重要的应用前景。透水性和离子筛分能力，是纳滤膜分离性能的主要指标。增大渗透性分离层的表面积，则能在提升水通量同时保持盐份的截留。目前，聚酰胺基纳滤微孔膜，已被广泛用于液体基分子/离子分离。然而，在兼具渗透、截留、抗菌和自清洁方面，这种膜仍然存在一定的瓶颈。受到氨基/亚胺与酰氯缩合交联形成致密聚酰胺网络的启发，东华大学材料科学与工程学院、纤维材料改性国家重点实验室教授团队，提出通过将多氨基卟啉基共轭微孔聚合物（PACMP，porphyrin-aniline conjugated microporous polymers）接枝到聚酰胺上，借此来扩大纳滤膜的分离表面积的策略。（来源：团队）得益于 PACMP 与聚酰胺膜牢固的共价接枝，并借助减薄分离层厚度、增加分离表面积、增加粗糙度等方法，纳滤膜的水通量能达到纯酰胺膜的两倍，同时还能保持较高的盐截留率。此外，PACMP 在光照下光激发单线态氧可有效杀灭细菌，体现了卟啉基聚合物接枝的聚酰胺膜优异的抗菌性能。就其研究意义来说：一方面，课题组发现了粉末状聚合物牢固负载制备二维材料的方法，并对原子力显微镜图像处理表征膜表面积变化的独特方法加以探索，也从后处理角度解决了共轭微孔聚合物难加工成形的问题。另一方面，该工作通过卟啉基聚合物修饰聚酰胺纳滤膜，制备了一种复合膜材料，其具备分离层较低、传质阻力小的优势，进而可以造出双功能纳滤膜。这种双功能纳滤膜拥有水通量翻倍的特点，可以实现有效抗菌的功能。基于此，该团队研发出一种可以高效解决膜易污染、膜通量低等问题的新策略。期间，课题组所引入的共轭微孔聚合物，不仅解决了膜分离过程中渗透率和截留率存在 trade-off 的难题，而且赋予分离膜以优异的抗菌和抗阻垢性能，未来有望用于工业分离领域，例如浓缩、脱盐、油水分离、染料提纯、天然药物分离、有机/无机液体分离等。日前，相关论文以《超渗透性抗菌偶联微孔聚合物-聚酰胺复合膜的表面工程》为题发在 Science China Materials 上。在论文投稿期间，其中一位审稿人非常认可通过卟啉基共轭微孔聚合物，来赋予纳滤膜原位抗菌性的方法。其还表示，利用原子力显微镜图像处理表征膜表面积的方法给他留下了深刻印象。而在研究中，该团队通过阅读文献、结合实际应用，发现传统的聚酰胺纳滤膜存在几个突出的问题，包括水通量待提高、盐离子或分子的截留率长期运行难保持、膜表面易结垢易污染等。调研发现，纳滤膜的分离层厚度，会对水/溶剂传质的阻力产生影响，即较厚且致密的分离层会导致传质阻力大幅增加，长期运行之后容易导致表面结垢，从而造成通量下降以及膜污染。相反的，使用薄的分离层可以提高膜的通量，并能保持较高的截留率。针对低通量、易结垢问题，该团队确立了如下目标：制备分离层减薄的聚酰胺纳滤膜，进而造出一种可以确保纳滤性能和稳定膜结构的纳滤抗菌膜，最终实现较高的通量和抗污染特性。同时，通过引入共轭微孔聚合物，优异的截留性能得以保证。另外，他们发现卟啉基聚合物材料具有较好的光吸收性能，在光照下能激发产生单线态氧活性成分，通过氧化破坏细胞器可以抑制细菌的生长。因此，可以将卟啉基共轭微孔聚合物 PACMP 作为光敏材料，以作为单线态氧的“生成器”，从而发挥杀菌的功能。基于以上调研与论证，该团队又提出这样一个课题计划：将氨基封端的卟啉基共轭微孔聚合物 PACMP，与酰氯通过酰胺化反应“预接枝”形成多酰氯聚合物，接着通过一步界面聚合法，让多酰氯聚合物和酰氯的混合溶液，同时与哌嗪单体完成酰胺化反应，从而形成聚酰胺纳滤复合膜。随后，针对含有不同剂量的共轭微孔聚合物的纳滤膜，他们对其进行纳滤性能测试，包括纯水通量测试、多种盐溶液的通量及截留率测试等。为了研究纳滤膜的抗菌性能，通过膜在光照/黑暗条件下对比、聚合物含量对比等，课题组检测了革兰氏阴性、阳性两种细菌的存活率。最后，通过长期通量/盐截留测试，表征了膜结构与纳滤性能的稳定性。而在研究纳滤膜精细结构如何分离层表面积时，该团队遇到了一个难题：即如何定量表征膜分离层表面积的变化？通过扫描电子显微镜，他们观察到纳滤膜分离层厚度只有 120-150nm，这是一个极薄且非常脆弱易破损的表面，对其表面进行定量表征几乎是不可能实现的。正当犯难时，他们想到通过对比原子力显微镜二维图像明暗场，可以反映材料表面高度起伏的变化，由此得到对应的高度曲线和三维立体结构。这时课题组设想，通过单位投影面积中明暗对比程度，是否可以得到实际表面积与单位投影面积的增量（变化量）？事实证明，该方法既巧妙、又可靠，原本困扰他们许久的膜精细结构的表征问题也就迎刃而解了。此外，传统聚酰胺纳滤膜具有两面亲水性，理论上水相溶液可以从任何一面渗透到另一面。对于特定的应用场景，比如高湿度环境或极干燥沙漠环境，假如水分可以选择性地透过就会显得更为重要。因此，他们将致力于研制亲水和疏水的两性非对称膜。亲水面允许高湿度环境的水分透过进入到干燥环境；背水面则能有效阻止水分从低湿度环境蒸发。由此，亲疏水膜可以调节膜覆盖下环境的湿度变化。另外，亲疏水非对称膜还可以拓展应用以下场景：即去除有机溶剂中微量的水分、或水相中微量的有机溶剂。

p style="line-height: 1.5em "strong 仪器信息网讯/strong 2020年10月16日，在2020中国国际石墨烯创新大会先行举办石墨烯在节能环保领域应用论坛。东南大学电子科学与工程学院、微电子学院院长孙立涛，湖南大学化学化工学院教授袁荃，景德镇陶瓷大学硕士研究生导师胡学兵等专家学者出席并作精彩报告。br//pp style="line-height: 1.5em margin-top: 15px " 论坛由孙立涛主持，围绕节能环保发展需求，就石墨烯在节能环保领域的共性关键技术及应用研究进展进行讨论，研判石墨烯在节能环保领域的应用前景。/pp style="line-height: 1.5em margin-top: 15px " 孙立涛作《石墨烯基KN95口罩的防护机理》报告，目前市场上的大多数口罩是通过熔喷布阻隔大颗粒，静电吸附小颗粒，但呼吸的水汽会让静电消失，配戴1-2小时吸附作用就会失效。石墨烯基口罩借助石墨烯的超大比表面积优势，可代替传统静电吸附长时间保持高效吸附率；同时，石墨烯单原子层的厚度对口罩孔隙率影响很小，对呼吸不会造成阻力，目前1公斤石墨烯可以生产约20万只优质防护口罩。/pp style="line-height: 1.5em "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/b7348d68-8a38-41c5-9811-3653b3da4dff.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg"//pp style="text-align: center line-height: 1.5em "strong孙立涛作《石墨烯基KN95口罩的防护机理》报告/strong/pp style="line-height: 1.5em margin-top: 15px " 袁荃作《大面积高强度石墨烯纳米筛/碳纳米管薄膜在纳滤中的应用研究》报告，当前淡水资源紧缺和水污染严重，全球面临着巨大挑战，通过纳滤淡化海水可缓解这一问题。原子层厚的纳米多孔二维材料具有最小的传输阻力和最大的渗透率，是高性能纳滤膜的理想材料，但实际制备的超薄二维薄膜存在机械强度弱、面积小的问题。袁荃团队将石墨烯纳米筛与碳纳米管结合，制备的大面积、高强度的石墨烯纳米筛/碳纳米管复合薄膜具有高的水渗透率、截盐率，以及优异的机械柔性，可应用在纳滤中实现海水淡化。/pp style="line-height: 1.5em margin-top: 15px "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/00edcb59-6fdf-4d18-9359-42077ba3a43e.jpg" title="2.jpg" alt="2.jpg"//pp style="text-align: center line-height: 1.5em "strong袁荃作《大面积高强度石墨烯纳米筛/碳纳米管薄膜在纳滤中的应用研究》报告/strong/pp style="line-height: 1.5em margin-top: 15px " 胡学兵作《氧化石墨烯/Alsub2/subOsub3/sub膜结构设计及其高效分离性能》报告，其研究团队基于膜结构设计理念，一方面，以氧化石墨烯为制膜原料，在多孔Alsub2/subOsub3/sub支撑体上制备氧化石墨烯/ Alsub2/subOsub3/sub膜，该膜具有较高的水渗透率和截盐率；另一方面，将氧化石墨烯作为改性原料，在Alsub2/subOsub3/sub分离膜孔道内表面上制备氧化石墨烯改性涂层，显著提升了Alsub2/subOsub3/sub膜的分离性能，可应用于含油废水的处理。这两种技术在节能环保领域，尤其是膜分离技术领域具有显著的技术优势和巨大的应用前景。/pp style="line-height: 1.5em margin-top: 15px "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/4c3bdfd9-4c08-415c-a916-fc1519ff3f2f.jpg" title="3.jpg" alt="3.jpg"//pp style="text-align: center line-height: 1.5em "strong胡学兵作《氧化石墨烯/Al2O3膜结构设计及其高效分离性能》报告/strong/pp style="line-height: 1.5em margin-top: 15px " 随后，南通强生石墨烯科技有限公司的马立国作了主题为《石墨烯功能材料研究与应用》的报告，澳大利亚阿德莱德大学Dusan Losic教授、挪威Abalonyx AS公司CEO Rune Wendelbo相继通过视频录制形式分享了精彩报告。Dusan Losic表示，石墨烯因其优异的性能，成为高性能多功能防腐涂料炙手可热的原材料，在工业、建筑、环保等领域具有巨大的应用潜力。/p

简单生物体的细胞，如细菌，以及人类细胞，都被一层膜包围着，它可以完成各种任务，包括保护细胞免受压力。在一个联合项目中，来自美因茨约翰内斯古腾堡大学 (JGU)、德国于利希研究中心（Forschungszentrum Jülich） 和海因里希海涅大学杜塞尔多夫 (HHU) 的研究人员在细菌中发现的一种膜蛋白与一组负责重塑和重建人体细胞膜。根据研究人员的说法，这两个蛋白质组之间没有联系之前是已知的。然而，此次研究过程中，通过冷冻电子显微镜，发现细菌和人类的膜蛋白惊人地相似。细菌应激反应大约 30 年前，噬菌体休克蛋白 (Psp) 系统在细菌中被发现。“今天，我们知道 Psp 系统会响应多种类型的膜应力而被激活。然而，一些分子细节仍然令人费解，” 美因茨约翰内斯古腾堡大学膜蛋白组负责人德克施耐德（Dirk Schneider） 教授解释说。 “这就是为什么我们决定仔细研究 Psp 系统的核心蛋白。”施耐德及其同事最近发现了 Psp 代表 IM30 如何在细胞膜上形成保护性地毯状结构以应对膜应力。在他们的最新工作中，他们仔细研究了噬菌体休克蛋白 A (PspA)，它在 Psp 系统中起着关键作用。 人类 酵母 细菌不同膜蛋白之间的结构相似性 [Benedikt Junglas、Dirk Schneider、Carsten Sachse]冷冻电子显微镜显示 PspA 形成长的螺旋形管，可以将生物膜包裹在内腔中。高分辨率图像首次显示了 PspA 如何局部溶解单个膜，然后将它们重塑为更大的单元，甚至介导新膜结构的形成。PspA 的原子低温电子显微结构：细长的分子是螺旋纳米棒的基本构建块（左）。灰度低温电子显微照片和示意图模型显示了掺入脂质的 PspA 管。“数千个 PspA 构建块可以组装成大型螺旋结构。因此，它们是我们冷冻电子显微结构分析的理想研究对象，”来自 Forschungszentrum Jülich 和 HHU Düsseldorf 的 Carsten Sachse 教授说。“在显微镜下，我们意识到 PspA 具有类似于 ESCRT-III 蛋白质的结构，我们的实验室已经在研究它，”他补充道。“这完全出人意料，表明阐明蛋白质结构是多么重要细节......数十亿年后，这两组蛋白质在遗传上已经发生了分歧，以至于只能根据它们的结构来检测它们的相似性。”“基于 PspA 和真核 ESCRT-III 蛋白的相似结构和功能特性，我们已将 PspA 鉴定为进化上保守的 ESCRT-III 膜重塑蛋白超家族的细菌成员，”作者在 Cell 中写道。研究发表在Cell 《细胞》上。符斌 供稿

氩离子抛光技术是对样品表面或者截面进行抛光，得到表面光滑无损伤的样品，能够观察到样品内部真实结构。Gatan公司生产的精密刻蚀镀膜系统——PECS II 685（图1），是集抛光和镀膜于一体的氩离子抛光设备，它采用两个宽束氩离子束对样品表面进行抛光。685可以做普通的抛光方法无法解决的问题：a.氩气的工作氛围，可以有效保护容易氧化或者对水蒸气特别敏感的材料；b.样品台采用液氮制冷方式，可以有效的保护热敏感的样品，避免离子束热损伤；c.685自带的精确到纳米级别的镀膜功能，可以有效解决容易氧化且导电性特别不好材料的SEM/EDS/EBSD等的分析。下面我们通过两个案例来说明为什么氩离子抛光技术在镀膜领域的应用是无可替代的。图1 精密刻蚀镀膜系统PECS II 685 例1：光伏作为我国战略性新型产业，其发展牵动着我国的方方面面。光伏玻璃为目前光伏产业链上电池组件封装环节使用的必须辅助材料之一，整个光伏玻璃的发展与光伏产业的发展密切相关。所谓光伏玻璃是指在超白压延玻璃上镀一层减少反射的材料即减反膜，作用是减少或者消除透镜、棱镜、平面镜等光学表面的反射光，增加这些原件的透光量。因此对减反膜的研究显得尤为重要。图2是观察某公司生产的光伏玻璃上减反膜的厚度。图2（a）显示普通制样无法准确观察到减反膜厚度，而利用精密刻蚀镀膜系统PECS II 685制备的样品不仅可以准确测量膜的厚度还可以观察到其真实形貌：这是一种厚度约180 nm的具有多孔结构的膜，见图2(b)。 图2 普通制样及氩离子抛光制样观察减反膜（a普通制样；b PECS II 685制样）例2：以聚碳酸酯为基底，在上面包覆TiO2/SiO2交替膜共8层，每层膜厚度只有50 nm左右，普通制样根本无法观察到膜结构，更无法观察8层交替膜。我们同样使用PECS II 685进行制样，由于样品不导电且容易被氩离子束打伤，故同时利用PECS II 685的冷台、刻蚀、镀膜功能，在同一真空环境下对样品进行抛光和镀膜，利用蔡司的Sigma 300场发射扫描电镜清晰观察到8层TiO2/SiO2交替膜，见图3。 图3 PECS II 685制备TiO2/SiO2交替膜

p　　strong仪器信息网讯/strong 2020年1月16日，《Science》杂志刊登了美国科学家David Hoffman和Gleb Shtengel在Hess和加州大学伯克利分校高级研究员Eric Betzig的指导下的一项关于融合超分辨率荧光和电子显微镜技术的显微表征新技术成果，该技术称为cryo-SR / EM，结合使用超低温超高分辨率荧光显微镜和聚焦离子束铣削扫描电子显微镜，可以在整个细胞的三个维度上可视化蛋白质-超结构关系。凭借其重要性，该研究也荣登本期《科学》杂志封面。/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(112, 48, 160) "Eric Betzig同时也是该文章的通讯作者，Eric Betzig何许人也？他正是2014 年诺贝尔化学奖得主，获奖理由是实现了单分子水平的超高分辨率荧光显微技术。/span/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 159px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/5b338d9a-b6c7-40e6-b266-e27727951cdd.jpg" title="0.png" alt="0.png" width="500" height="159" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/de61b3cc-2d43-4121-bbff-f6911b77bfd0.jpg" title="01.png" alt="01.png"//pp　　封面为哺乳动物小脑颗粒神经元的半透明彩色核，这张3D效果图展示了由电子显微镜(EM)和低温超分辨率荧光显微镜所成像的组蛋白重叠所定义的特异性异染色质亚区类型。围绕细胞核的半透明薄壳代表核膜，而3D渲染的电镜数据(灰色)薄片则穿过细胞核。右下角的圆圈是线粒体的剖视图。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/noimg/775b649e-a426-4670-8069-b079cce58d46.gif" title="zooming_into_cell_2~2.gif" alt="zooming_into_cell_2~2.gif"//pp　　span style="color: rgb(0, 176, 240) "一种新的显微镜技术将电子显微镜和光学显微镜相结合，以生成细致的三维细胞图像，如图所示。span style="color: rgb(127, 127, 127) "图片来源：D. Hoffman et al./Science 2020/span/span/pp　　有触须的的囊泡在很小的空间内穿梭负责将“货物”进行分类，相邻的神经元通过类似网络的界面相互依附。随着干细胞分化成神经元，DNA在核内重新排列。而一项新的显微镜技术可以将所有这些细节展现得淋漓尽致。/pp　　这项技术被称为cryo-SR/EM，它将电子显微镜和超分辨率光学显微镜捕捉到的图像融合在一起，以3D的形式呈现出细胞内部明亮、清晰、详细的图像。/pp　　strong技术背景/strong/pp　　多年来，科学家一直在探索细胞内部的微观世界，开发新的工具来观察这些基本的生命单位。但是每种工具都需要综合权衡。光学显微镜可以通过荧光分子标记特定细胞结构能够轻松识别，随着超分辨(SR)荧光显微镜的发展，可以更加清晰的观察这些结构。但是，在一个给定的时间内，荧光只能揭示细胞中10000多种蛋白质中的一小部分，因此很难理解这几种蛋白质与其他物质之间的关系。另一方面，电子显微镜(EM)可以在高分辨率的图片中显示出所有的细胞结构——但是仅仅通过EM来描述一个特征与其他特征是很困难的，因为细胞内部的空间是如此的拥挤。/pp　　霍华德· 休斯医学研究所珍妮莉亚研究园区的高级负责人Harald Hess说，“将这两种技术结合在一起，可以使科学家清楚地了解特定细胞特征如何与其周围环境相关联，这是一种非常强大的方法。”/pp　　Janelia科学家David Hoffman和高级科学家Gleb Shtengel在Hess和加利福尼亚大学伯克利分校HHMI研究人员Eric Betzig的高级研究员Eric Betzig的带领下率先开展了该项目。/pp　　首先，科学家在高压下冷冻细胞。这样可以迅速停止细胞的活动，防止冰晶的形成，而冰晶会破坏细胞并破坏成像的结构。接下来，研究人员将样品置于低温室中，在绝对零度以上10度的温度下，用超分辨率荧光显微镜对样品进行三维成像。然后，它们被移除，嵌入树脂中，并在Hess实验室开发的强大电子显微镜中成像，该显微镜向细胞表面发射一束离子，一点一点地研磨，同时为每一层新暴露的细胞拍照。然后，计算机程序将这些图像拼接成三维重构的图像。/pp　　最后，研究人员叠加了两个显微镜的三维图像数据。结果：令人震惊的图像以惊人的清晰度揭示了细胞的内部细节。/pp　　下面，此图像的一些示例说明了科学家如何使用该技术。 “已经引起了很多兴趣，” Hess说， “还有很多实验要做——整个世界的细胞都需要研究。”/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/850d6bc4-7e47-419b-8a2f-fb37e009dc71.jpg" title="1.png" alt="1.png"//pp　　strong全细胞相关成像/strong。高压冷冻细胞的低温超高分辨率荧光显微镜与聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)结合使用，可以在全局超微结构背景下对蛋白质进行多色三维纳米可视化。 从左上方顺时针方向：体积渲染的细胞，具有线粒体和内质网(ER)蛋白相关的正交排列(插图) 形态各异的溶酶体区室 由转录活性的蛋白质报道分子定义的异染色质亚结构域 与小脑接触处膜粗糙度相关的粘附蛋白颗粒神经元 过氧化物酶体(粉红色)与ER薄片(红色)和线粒体(青色)并置。/pscript src="https://p.bokecc.com/player?vid=1AD2E183304AD28E9C33DC5901307461&siteid=D9180EE599D5BD46&autoStart=false&width=600&height=490&playerid=5B1BAFA93D12E3DE&playertype=2" type="text/javascript"/scriptp　　在细胞开始(成年)之前(左)和之后(右)，神经元的细胞核看起来截然不同。随着细胞的成熟，DNA被重新包装在细胞核内以开启新的一组基因。这些变化反映在两个细胞内部的灰色斑点和彩色荧光的不同模式中。 “这项技术为分化前后的细胞核状态提供了惊人的详细快照，”参与该项目的圣犹达儿童研究医院的David Solecki表示。span style="color: rgb(127, 127, 127) "图片来源：D. Hoffman et al./Science 2020/span/pscript src="https://p.bokecc.com/player?vid=7CADAA470388AB6D9C33DC5901307461&siteid=D9180EE599D5BD46&autoStart=false&width=600&height=490&playerid=5B1BAFA93D12E3DE&playertype=2" type="text/javascript"/scriptp　　发育中的神经元粘在一起。这段视频准确地展示了这些细胞是如何相互粘附的，揭示了类似瑞士奶酪一样的联系，帮助年轻的神经元正确地迁移到它们在神经系统中的最终目的地。黏附蛋白的紫色和绿色超分辨荧光图像与电子显微镜下详细显示膜结构的图像相互关联。资料来源: D. Hoffman et al./Science 2020/pscript src="https://p.bokecc.com/player?vid=09DED3BA4931A08E9C33DC5901307461&siteid=D9180EE599D5BD46&autoStart=false&width=600&height=490&playerid=5B1BAFA93D12E3DE&playertype=2" type="text/javascript"/scriptp　　细胞内充满了小囊泡——这是一种膜囊，帮助细胞储存蛋白质、分解细胞垃圾和运输货物。仅在电子显微镜下，这些不同种类的囊泡是无法区分的。但通过cryo-SR / EM，它们的明显特征变得清晰起来。这段视频放大了核内体，核内体负责将货物运送到细胞内的不同区域。span style="color: rgb(127, 127, 127) "资料来源: D. Hoffman et al./Science 2020/span/ppbr//p

南京工业大学教授金万勤团队在分离膜领域取得新进展，提出“固态溶剂法”制备出超薄超高掺杂量的混合基质膜。9月22日，相关研究成果在线发表在《科学》上。　　据介绍，膜技术具有分离能耗低等优势，但其发展普遍受限于渗透性和选择性的制约关系，将高性能无机填料掺杂在聚合物中制备混合基质膜，有望突破这一瓶颈，成为近年来国际研究前沿。然而，面临填料团聚和界面缺陷的重大挑战，混合基质膜仍未大规模应用。金万勤团队是国际上较早开展混合基质膜研究的团队之一，长期以来一直致力于解决这两大难题。　　“我们提出将聚合物作为固态溶剂，溶解填料的前驱体并将其涂覆在多孔载体表面形成超薄膜层，而后将聚合物中的前驱体原位转化成填料。”论文第一作者、南京工业大学博士陈桂宁介绍，区别于传统的“合成填料—分散填料—填料与聚合物混合”制备混合基质膜的复杂工艺，该方法仅需在聚合物中溶解高含量前驱体，即可实现高含量填料的均匀超薄化掺杂，同时以填料为主体相的新型混合基质膜结构有利于填料之间形成贯穿孔道，为分子提供超快传输通道。　　实验表明，“固态溶剂法”制备的混合基质膜厚度仅为50纳米，填料掺杂量高达80%以上，实现了膜渗透性和选择性数量级的提升。基于超薄膜层和填充的贯穿筛分孔道，该混合基质膜表现出类无机膜（纯填充相）的优异分离性能，氢气/二氧化碳分离性能高出现有聚合物膜和混合基质膜1~2个数量级。　　“‘固态溶剂法’主要依靠聚合物膜的加工制备技术，因此易于放大制备成超薄的平板型和中空纤维型混合基质膜。”论文的共同通讯作者、南京工业大学教授刘公平说，该方法适用于不同类型的填料和聚合物基质，表现出良好的规模化制备前景与膜材料普适性。　　“研究首次从实验上证明了超薄超高掺杂混合基质膜的可行性，也为发展基于纳米材料的超薄分离膜及功能涂层提供了新思路和理论技术基础。”论文通讯作者金万勤介绍，该混合基质膜在碳捕集等过程极具应用潜力，有望助力我国双碳战略目标的实施。在国家重点研发项目的资助下，团队正在开展混合基质膜的放大制备与应用技术研究。

美国国家标准与技术研究院(NIST)近期提出了一种高效、精确的DNA测序方法。通过将DNA分子从超薄的石墨片层结构的孔洞中拉动，通过测量石墨孔洞边缘产生的电位变化，从而实现高速、高精度、高效率的DNA测序。该方法不同于以前的桑格尔测序法以及第二代第三代测序法。相关工作发表在《Nanoscale》上。　　NIST的研究表明，该方法可以在一秒钟时间内，识别约660亿个碱基， 而且有90%的准确性，并且没有假阳性(false positive)。现在的这个测序还仅仅停留在概念层次，如果真的能够被实验证明，该方法可能最终会比会常规DNA测序更快和更便宜，是真正面向未来的测序方法。　　在20世纪70年代开发的常规测序，涉及分离、复制、打标签和DNA的重组件，来读取的遗传信息。NIST的新方法则基于将DNA拉过纳米孔道的理论。这个概念 开创于20年前，基于带电粒子(离子)通过纳米通道，会引起电位的变化。时至今日，这个想法仍然很流行，但会造成诸如不必要的背景电流信号噪声、或干扰，也面临着选择性不足的挑战。　　相比之下，NIST的新测序流程，是要建立临时的化学键，依靠石墨烯的能力，从打破这些化学键，将机械应变信号转变为电流信号。这实际上是一个很小的应变传感器，科学家认为他们虽然没有发明完整的技术，但是提出了一个新的物理原则，即有可能是远远优于其他测序方法。由于它的电性能和小型化的薄膜结构，石墨烯是在纳米孔测序概念中非常合适。在新的NIST法，石墨烯纳米带(4.5X15.5纳米)上有多个纳米孔道(2.5纳米宽)，其中可以通过碱基。　　使用计算机模拟该系统在室温下在水中进行测序，胞嘧啶附着到纳米孔，可以检测到鸟嘌呤。甲单链DNA分子从纳米孔通过，当鸟嘌呤通过是，与胞嘧形成啶氢键。当DNA的不断移动，石墨烯被猛拉，然后滑回原来的位置，键锻裂，从而出现电流变化。　　研究人员利用与理论相结合的模拟数据，来估计可测量信号变化的水平。信号强度是在毫安范围内，比早先的离子电流的纳米孔的方法信号更强。基于90%的准确率的性能，而无需任何误报(没有假阳性)，研究人员认为，相同的DNA链的四次独立的测量将产生99.99%的精度，可以达到测序人类基因组所需要的精确度。　　理论分析表明，基本的电子过滤方法，可以分离出有用的电信号，而不需要复杂的数据处理，或其他严格限制的操作条件。除了连接碱基，纳米孔，所有的传感器组件已通过其他研究小组用实验证实可行。这项研究的作者得出结论，该测序的新概念充满了希望，这可能是新一代颠覆时代的新概念。

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SREBP（ sterol regulatory element-binding protein）信号通路通过一系列负反馈机制调控着细胞内固醇类物质的稳态。SREBP 是一类可以结合 sterol 调控元件序列的转录因子，属于 basic-helix-loop-helix leucine zipper (bHLH-zip) 家族。哺乳动物中，SREBP 有三种不同的形式，分别是 SREBP-1a, SREBP-1c 和 SREBP-2。SREBP-1 系列主要负责脂肪的从头合成，a 和 c 在不同的组织中的表达谱不一样；SREBP-2 主要负责胆固醇的代谢和稳态【1,2】。在未激活状态下，SREBP 的 N-terminal 转录因子结构域和 C-terminal 调节结构域由两个跨膜结构域相连，像发卡一样卡在 ER 膜上，并且两端结构域此时都面对着胞质，而连接两个跨膜结构域的 loop 大概有 30 个氨基酸在 ER 的内腔（图 1）。SREBP 的 C-terminal 结构域组成型的结合 Scap (SREBP cleavage-activating protein) 蛋白的 C 端 WD40 结构域。在 WD40 结构域前，Scap 蛋白还包含 8 个跨膜结构域，其中 S2-S6 是固醇感受器结构域（sterol-sensing domain, SSD）【1-3】（图 1）。当 sterol 比较丰富时，Scap 和另一个 ER 上的膜蛋白 Insig-1/2 (insulin-induced gene) 相互作用，此时 Scap 和 SREBP-2 也相互结合在 ER 的膜上。Scap 和 Insig 的结合需要胆固醇或胆固醇的类似物参与，比如 25-hydroxycholesterol (25HC)。当 sterol 水平下降时，Insig 和 Scap 不再相互作用，此时 Scap 会经历一系列结构变化去暴露出它的膜泡转运信号「MELADL」，于是 Scap 拽着 SREBP-2 一起，会在 COPII 介导的囊泡运输作用下从 ER 转运到高尔基体。一旦到了高尔基体，SREBP-2/Scap 复合物就会遇到活化的蛋白酶，S1P (site-1 protease) 和 S2P。S1P 首先会把 SREBP 两个跨膜结构域的 loop 切断，将 SREBP 分成两个部分，此时每一部分仍然有一个跨膜结构域保留在膜上。随后 S2P 会继续在连接 SREBP N 端结构域的跨膜区切割，于是 SREBP 的 N 端转录因子结构域被释放，然后进核启动相关基因的表达【1-3】（图 1）。图 1. SREBP 信号通路简化示意图 尽管这条信号通路已经发现了几十年，但是具体的结构信息和分子机制仍然尚未被完全阐述。2021 年 1 月 15 日，Science 杂志在线发表了来自颜宁和闫创业合作发表，题为 A structure of human Scap bound to Insig-2 suggests how their interaction is regulated by sterols 的研究长文，通过冷冻电镜技术， 解析了人源 Scap 和 Insig-2 包含 25HC 分子的复合物结构，揭示了固醇类分子调节 SREBP 信号通路的分子机制。为了阐明该信号通路分子机制，在此前，一些低等物种的同源结构也有被陆续解析。比如，来自古细菌的 S2P MjS2P 的晶体结构【4】，分枝杆菌 Insig 同源结构 MvINS【5】，和来自酵母的 SREBP 和 Scap C 端结构域的同源蛋白，Sre1【6】和 Scp1【7】。SSD 结构域在很多蛋白中可见，并且有很多工作已经揭示了 SSD 的结构信息，比如 Niemann-Pick type C (NPC1), Patched 1 (Ptch1), NPC1L1, 和 Dispatched 蛋白的冷冻电镜结构【8-13】。尽管如此，在 SREBP 信号通路中，25HC（或其他类固醇分子）的结合位点和 Scap 与 Insig 的相互作用机制仍然未知。此外，此前报道显示 Insig 结合 25HC 而不是胆固醇，然而 Scap 却只能结合通过它的内腔结构域（Loop1）结合胆固醇。为了更加清晰的阐述相关分子机制，作者结合生化和冷冻电镜技术，解析了 Scap_Insig-2_25HC 三者的复合物结构。结构中，跨膜结构域的平均分辨率 3.7 Å。Scap 的 SSD 和 Insig-2 的所有跨膜区结构都被解析，其中 25HC 分子像三明治一样夹在 Scap 的 S4-S6 部分和 Insig-2 的 TM3/4 之间（图 2）。图 2. Insig-2 和 Scap 包含 25HC 的复合物结构结构显示，Scap 的 S4 中间「解旋」状态部分对于 25HC 的结合和 Insig 相互作用至关重要。Scap 的跨膜结构域与 NPC1 和 Ptch1 类似，但是 Scap 在 S4 区域有一个特别之处 —Scap 的 S4 在中间「断开」形成了一个类似解旋的扭结，使 S4 分成了两个半个的 helix，S4a 和 S4b （图 2）。但在 NPC1 和 Ptch1 的相应区域是完整的。正是由于这个扭结，使得 S4a 向 SSD 内倾斜，给配体的结合腾出了空间。结构和生化实验证明，S4 螺旋的不连续对于配体的结合和与 Insig-2 的相互作用不可或缺。Insig-2 的结构与此前解析的 MvINS 结构类似。在 MvINS 的晶体结构中，一个内源的 diacyl-glycerol (DAG) 分子插入在 TM1/2/3/5 的中心口袋中。结构类比之后，发现在 Insig-2 的相应区域也有类似的口袋，此前的结构预测该口袋也是用来装固醇类配体的【5,14】。但是，通过解析的结构发现，尽管在相应的区域确实存在一个相似的口袋，但是在口袋内没有观察到任何的电子密度。进一步发现，25HC 实际上是结合在 Scap 和 Insig-2 的相互作用界面。而对于在口袋附近进行氨基酸突变也不会明显影响 25HC 依赖的 Scap-Insig-2 相互作用（图 3），进一步证实了口袋并非结合配体的位置。图 3. Insig-2 上的口袋对 25HC 结合的影响总的来说，结合整个结构和生化实验结果，文章较完整的揭示了 Scap 和 Insig-2 之间以 25HC 依赖的方式的跨膜相互作用分子机制（图 4）。尽管如此，依然还有很多问题需要被解决。比如为什么有了配体的结合后，Scap 的构象就会阻止 MELADL motif 被囊泡的识别，不被转运至高尔基体？在 Scap 上，以胆固醇依赖的方式进行构象改变的 Loop1 是否会耦连 S2 和 S4 的运动？单独的 Scap 和 Insig 结构又长得怎么样？等等一些问题，不是这一个结构可以解释的，不过该结构给这些未来更复杂的问题提供了一定的线索和启示。图 4. 简化的分子机制模型颜宁、闫创业为论文共同通讯作者，西湖大学博士后鄢仁鸿、清华大学博士生曹平平、宋闻麒为本文的共同第一作者。冷冻电镜数据分别在国家蛋白质科学中心（北京）清华大学冷冻电镜平台和西湖大学冷冻电镜平台收集，清华大学高性能计算平台和西湖大学超算中心分别为本研究的数据处理提供了支持。

2019年8月3-5日，第十七次中国暨国际生物物理大会在天津社会山国际会议中心隆重召开，开幕式由大会主席、中国生物物理学会理事长、中科院院士徐涛主持。本次大会在结构生物学、神经生物学、分子诊断学、代谢生物学等20多个领域展开了充分交流，分享生物物理相关学科的最新成果。邀请了1000多名自全国各大高校、研究机构及企业的代表，以及美国、英国、日本、加拿大、新西兰、新加坡等国家及港澳台地区的科学家代表参与。会议现场会议期间，由中国生物物理学会和珀金埃尔默联合推出的首届“艺术与内涵的绽放-首届高内涵影像大赛”在珀金埃尔默展台举办了启动仪式，我们很荣幸的邀请到了中国生物物理学会理事长，中国科学院大学副校长，中国科学院前沿科学与教育局局长，中国科学院院士徐涛；中国生物物理学会秘书长张宏；中国生物物理学会膜分会会长胡俊杰；中国生物物理学会纳米学会会长梁兴杰；BioArt公众号创始人及Protein & Cell新任执行主编丁广进；珀金埃尔默北区经理李艳秋；珀金埃尔默生命科学技术总监冯起参加了此次仪式。艺术与内涵的绽放-首届高内涵影像大赛启动仪式徐涛院士表示，此次大赛很有意义，参赛者不仅可以获得精美的礼品，还可以传递作者背后的科研故事，希望此次大赛可以一直延续下去，并宣布了首届高内涵影像大赛启动。点此了解高内涵影像大赛详情。同时为庆祝生物物理学会成立40周年，珀金埃尔默精心准备了生日蛋糕和精美点心，对学会成立四十周年表示了祝愿。珀金埃尔默庆祝生物物理学会成立40周年环节8月4日，膜融合与裂解分会场高朋满座，珀金埃尔默市场部主管徐博士以病毒研究，细胞内外小体分析和无细胞膜结构的生物分子聚合物为基础，向大家介绍了由高内涵平台带来的亚细胞水平研究和微观之美，引起了与会专家的广泛关注。关于珀金埃尔默：珀金埃尔默致力于为创建更健康的世界而持续创新。我们为诊断、生命科学、食品及应用市场推出独特的解决方案，助力科学家、研究人员和临床医生解决最棘手的科学和医疗难题。凭借深厚的市场了解和技术专长，我们助力客户更早地获得更准确的洞见。在全球，我们拥有12500名专业技术人员，服务于150多个国家，时刻专注于帮助客户打造更健康的家庭，改善人类生活质量。2018年，珀金埃尔默年营收达到约28亿美元，为标准普尔500指数中的一员，纽交所上市代号1-877-PKI-NYSE。了解更多有关珀金埃尔默的信息，请访问www.perkinelmer.com.cn。

国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院邵建达教授工作室和浙江大学光电学院沈伟东教授课题组联合提出一种基于全介质紧凑薄膜结构的计算微型光谱仪。相关成果以“Deep Learning-Based Miniaturized All-Dielectric Ultracompact Film Spectrometer”为题发表于中科院一区期刊ACS Photonics 。近年来，随着光谱分析的应用领域逐步扩大，对光谱仪较小物理尺寸、较低成本需求优先于高性能，光谱仪向微型化、集成化和低成本等方面高速发展。计算重构型微型光谱仪常依靠具有宽带光谱响应的阵列滤光片及探测器实现光谱编码，依靠压缩感知、深度学习等算法实现光谱重构。本研究中，阵列滤光片采用紧凑薄膜结构，通过改变单一介质膜层厚度，实现特异性高的宽带光谱响应。单点光谱重构仅需16个区块，数量在同类方案中数量最少，尺寸为毫米级的阵列滤光片（单个区块约2mm×3mm）采用电子束蒸发的方法进行制备。光谱重构网络基于深度学习，输入神经元数量对应区块数，输出神经元数量数量对应光谱通道数，含有若干隐层，各层神经元以全连接的方式连接，可实现高速、高精度（重构精度MSE10-3）光谱重构。应用于光谱成像时，得益于神经网络并行计算优势，光谱成像所耗时间不与图像空间分辨率成正比，相比于基于压缩感知的光谱重构算法，速度大幅提升（对15万像素图像的光谱成像时间只需0.6s）。图1 (a) 基于简单薄膜结构的微型光谱仪外观；(b) 基于简单薄膜结构的阵列滤光片结构示意图；(c) 基于深度学习的光谱重构算法。所提出的微型光谱仪可实现对可见光波段（400-700nm）样品绝对透射率/反射率的高精度重构，亦可在相同波段实现约2nm的单峰光谱分辨率和5nm的双峰光谱分辨率。此外，本研究还对标准色卡进行了光谱成像，各区域的重构光谱与参考光谱高度吻合。图2 (a,b) 本研究提出的微型光谱仪可实现 (a) 约2nm的单峰光谱分辨率及 (b) 约5nm的双峰光谱分辨率；(c) 对滤光片的绝对透过率的光谱重构结果；(d) 对标准比色卡的光谱成像结果及蓝、绿、红三个色块的光谱重构结果。论文第一作者为国科大杭高院2022级博士研究生温俊仁，通讯作者为国科大杭高院杨陈楹副研究员和浙江大学沈伟东教授，共同作者包括杭高院双聘教授邵宇川研究员，浙江大学章岳光副教授，杭高院硕士生郝凌云和高程等。目前，该团队积极探索科研成果转化，采用了微米级紫外光刻技术与纳米级薄膜沉积技术相结合的方法实现了百微米级滤光片阵列以及毫米级（约2×2mm）微型光谱传感模组。未来，该团队还将进一步研发超光谱成像模组及全光谱成像芯片，有望在于天文探测、人工智能、消费电子等诸多领域发挥重要作用。

葡萄糖检测和实时连续监测，对于糖尿病等疾病的诊断和预防以及制糖和发酵过程中的可控生产至关重要。在这一过程中，以葡萄糖氧化酶(Gox)、普鲁士蓝(PB)、电极为核心的葡萄糖生物传感设备颇具前景。近日，中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室开发出具有邻域纳米结构的新型三维(3D)介孔生物传感膜，提高了葡萄糖生物传感设备中传感区域面积、PB利用率以及底物对传感区域可及性，具有优异的灵敏度和长期稳定性。相关研究成果发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。 　　由于PB形成速率快且极易团聚，使其在电极上的合成和分布难以控制，导致PB高密度无序堆积，形成传感区域面积小、PB利用率低且空间位阻大的逐层分布传感结构，传感灵敏度低且稳定性差。 　　针对上述问题，万印华团队以单宁酸-3-氨丙基三乙氧基硅烷-铁(TA-APTES-Fe)三元涂层作为结构导向剂，调控PB的固定化位置和组装速率，分别通过配位和共价作用将PB和GOx相邻固定在3D介孔碳纳米管(CNTs)膜电极中，制备出具有邻域纳米结构的介孔生物传感膜。与逐层纵向分布的生物传感器相比，新型传感膜将传感区域从2D平面扩展到3D介孔膜电极中，从而提高了PB的利用率以及葡萄糖和过氧化氢(H2O2)对传感区域的可及性。同时，这一结构拉近了级联传感单元间的距离，从而缩短H2O2到达传感界面的扩散距离，有效抑制H2O2向主体溶液中的扩散，降低其无效耗散。实验数据表明，在流通模式下，新型传感膜的灵敏度高达31.2 μA mM-1，可稳定连续监测蔗汁中的葡萄糖浓度长达8小时无电流响应漂移。 　　针对生物传感器污染问题，该团队基于PB的pH响应多酶活性，提出了利用GOx-PB级联反应依次产生微气泡和芬顿氧化来模拟“疏松-降解”膜清洁过程。原位产生的微气泡带来的剪切作用有助于疏松膜表面污染层，进而增加自由基对污染物的可及性，从而实现被污染的生物传感膜的自清洁。 　　研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。图1.受细胞膜上电子传递链结构启发，开发具有邻域纳米结构的三维介孔生物传感膜示意图。图2.生物传感膜“疏松-降解自清洁机制”示意图。

《机智的医生生活》中，新生儿由于先天性心脏病而延迟关胸，手术之后小朋友心脏不再需要借助仪器辅助，开始健康地跳动，“李子一样大小的心脏，跳动起来异常有力”震撼的场面让实习医生们决定加入胸外科的道路。心脏的跳动是生命的信号，血液流过的地方与心跳一起带给了心内膜细胞（Endocardial cells，ECs）流体剪切机械应力以及牵拉力。在发育过程中机械力帮助心血管系统逐渐成型，但这些力量如何指导局部心肌细胞的细胞命运的刻画的仍不清楚。为此，法国国家健康与医学研究院Julien Vermot研究组在Science发文题为Bioelectric signaling and the control of cardiac cell identity in response to mechanical forces，通过在体内操纵机械应力揭开了机械力在促进心血管瓣膜形成以及特定细胞命运决定中的关键作用。以斑马鱼作为模式生物可以实现高分辨率的时空机械应力参数在体内的控制，作者们首先通过的荧光标记的Ca2+感受器蛋白GCaMP7a在心内膜细胞中的表达监测Ca2+的动态变化【1】作者们惊讶地发现Ca2+振荡几乎只会在房室瓣的房室管区域形成（图1）。这一现象引发的了作者们的兴趣，作者们想知道Ca2+的振荡是否与血管瓣膜形成分化过程相关，所以作者们想找到Ca2+信号在体内的解码器以及效应因子。也就是说，什么因子能够读取Ca2+振荡事件所带来的信息呢？先前的研究表明，Nfatc1（Nuclear factor of activated T cells 1）是一个对Ca2+通道非常敏感的转录因子，能够调节心内膜细胞向间充质细胞的转化以及心脏瓣膜形态发生过程【2,3】。因此，作者们构建了一个Nfat结合元件报告品系，可以反映Nfat蛋白的结合。作者们确认了Ca2+信号通路的时空调控与Nfat激活是相耦连的，是瓣膜形成过程中心内膜细胞中的特征。图1 Ca2+振荡只出现在瓣膜形成区域进一步地，作者们想知道所观察的Ca2+振荡是否与心内膜细胞中对于应力的响应有关，所以作者们使用抑制剂处理使得心脏跳动停止，然后观察此时Ca2+信号的变化。作者们发现心脏跳动停止后，Ca2+振荡消失，与此同时Nfat的激活也消失。另外，在斑马鱼的缺血性突变体中Ca2+的振荡也会显著减少，并且Nfat的活性也同步降低。这些现象表明Ca2+振荡以及Nfat的激活对于机械应力具有响应。进一步地，作者们希望通过操纵血管瓣膜边界处的机械应力对机械力改变所带来的效应进行检测。作者们想到了一个很巧妙地方式，将一个30-60μm的琼脂磁珠插入到心血管腔中，通过精妙地微型外科手术确保不会影响心脏的正常功能。作者们通过磁镊（Magnetic tweezers）精确调控可以施加在磁珠上的机械应力。通过Ca2+的流量对心内膜细胞中对机械力的响应，作者们发现心肌细胞机械应力的与Ca2+振荡有关。那么当应力发生错误的时候，是否对瓣膜形态形成和发育有影响呢？为此，作者们通过对磁珠移植的局部反应进行检测，发现移植的磁珠会导致心脏瓣膜定位异常并伸入心胶质中，同也会导致心脏瓣膜相关基因的异常表达。另外，通过Nfat的抑制剂处理，作者们发现Nfatc1的核定位会被增加的机械力所促进，并且是以一种Nfatc1中Ser/Thr去磷酸化依赖的方式进行的。除此之外，作者们发现Ca2+-Nfat信号通路并不是通过通常认为的klf2a机械转导信号进行的，而是通过一个机械力敏感的基因egr1实现的。为了找到机械力依赖的Ca2+-Nfat信号通路激活的具体因子，作者们对一些已知对机械力敏感的通道蛋白以及纤毛发生相关的突变体品系进行检测，比如Trp通道以及Piezo等。但是作者们发现这些突变体中Ca2+激活都是正常的，而且对胚胎使用非特异性应力敏感通道阻滞剂钆离子处理后的胚胎Ca2+的激活也是正常的。这说明可能有其他的因素参与其中。先前的研究表明，这体外培养的心内膜细胞对于机械力在响应的时候会产生ATP水平的变化【4】，ATP会通过嘌呤受体P2X通道激活Ca2+信号。通过拮抗剂以及转录本、过表达等实验，作者们确认在心内膜细胞中Ca2+内流是由P2X通道调节，以响应胞外ATP水平的变化。随后作者们对激活以及抑制P2X介导的ATP信号通路对瓣膜形成的影响进行鉴定，发现P2X受体调节Nfat活性，但该调节作用并不依赖于VEGF信号通路。P2X介导的ATP信号通路发生异常时，心脏瓣膜结构异常，瓣膜形态不完全。因此，P2X作为Nfat活性上游发挥作用，控制心脏瓣膜发育以响应机械力的刺激。图2 工作模型总的来说，该工作揭开了心内膜细胞“破译”机械力信息的奥秘（图2），并且发现ATP作为一种附加的机械敏感旁分泌信号，通过它血流动力学力量可以指导心脏瓣膜的发育，可能可以作为未来帮助心脏瓣膜在体外的生长以及对先天性心脏瓣膜缺陷的治疗方案。由于该工作对于心脏瓣膜发育与机械力之间关系的揭示，同期刊发了观点文章对其进行了高度评价，题为Not all stress is bad for your heart。适当的机械应力对于心内膜细胞感受刺激并在正确位置产生心脏瓣膜具有非常重要的意义。斑马鱼中的研究并非终点，如何将机械应力在哺乳动物例如小鼠或者人类中瓣膜形成与特化过程相联系，能否用于三维类器官培养以造福病人等该领域未来的发展方向。不过，看来有点儿“小压力”对心脏也并非坏事，小压力，才有强心脏！原文链接：https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.abc6229

Discovery Studio 2020相较于Discovery Studio 2019进行了一系列产品性能的提高和新功能的增加，这些功能进一步扩展了研究的热点领域，例如添加显式膜结构的跨膜蛋白分子动力学研究和抗体成药性评价等。新功能涉及分子动力学(Simulation)、药效团模型(Pharmacophores)、蛋白处理(Macromolecules)、抗体设计(Antibody)、分子对接(Receptor-Ligand Interactions)和毒性预测(TOPKAT)并进行更新和改进。分子动力学Simulation新增Multi-Site Lambda Dynamics method (MSLD)：用于计算大型类属库分子的相对结合自由能，更好地进行先导化合物的筛选优化；图1：通过MSLD方法计算组合库中分子的相对结合自由能 新增显式膜结构的跨膜蛋白的分子动力学计算。提供多种类型的磷脂膜结构，同时支持自定义膜类型；图2：在POPC显式膜内溶剂化的hERG离子通道优化了分子动力学的计算步骤，每一个计算步骤都可以通过作业提交系统进行资源分配；? QM/MM升级为64位可执行程序。药效团Pharmacophores 新增Ensemble Pharmacophore Generation ：从一组活性配体生成一组共同特征的药效团。活性配体使用2D指纹进行聚类。对于每个聚类，从聚类中心选择5个配体，然后使用共同特征药效团算法创建药效团； 新增Interaction Pharmacophore Generation ：从受体-配体复合物的非键相互作用出发产生药效团模型；图3：依据受体-配体非键相互作用产生药效团模型 优化了3D QSAR Pharmacophore Generation的验证方法； 更新了PharmaDB数据库，容量达到253,818个药效团模型。蛋白处理Macromolecules 优化Prepare Proteins 模块：可以同时处理多个蛋白分子，并添加了并行计算提高计算效率； 新增Analyze Protein Interface的参数 Neighbor Distance Cutoff：用于确定两个氨基酸残基是否相邻。抗体设计Antibody 新增计算抗体黏度，蛋白溶解度； 优化抗体人源化计算Predict Humanizing Mutations 模块参数，可以同时自定义重链(H)和轻链(L)的V基因和J基因； 计算聚集的工具面板重命名为Predict Protein Formulation Properties。分子对接Receptor-Ligand Interactions GOLD接口支持最新版GOLD程序，可实现共价对接功能； 新增核酸分子与配体分子的2D相互作用图； 优化了非键相互作用中配体疏水作用的定义方法。毒性预测TOPKAT 新增解释TOPKAT计算结果的内容，帮助更好理解Toxicity Prediction (TOPKAT)和Toxicity Prediction (Extensible)计算的结果。新操作教程 Discovery Studio 2020 Adding an explicit membrane to a transmembrane protein：“跨膜蛋白添加显式膜结构”教程 Calculate relative binding free energies using Multi-Site Lambda Dynamics：“MSLD计算相对结合自由能”教程 Generating ensemble pharmacophores from large data sets：“从一组活性配体生成一组共同特征的药效团”教程 Generating interaction pharmacophores from a protein-ligand complex：“通过受体-配体相互作用产生药效团模型”教程程序版本和库更新Discovery Studio 2020 支持Pipeline Pilot 2020 CHARMm版本更新至c43b2 MODELER版本更新至v9.22 Dmol3版本更新至v2020 Blast+版本更新至v2.9 抗体模板库更新至2019年7月 客户端可以重新下载中断的作业（interrupted jobs）支持Discovery Studio 2020 客户端/服务器的操作系统 完整的Discovery Studio系统要求，请参考创腾科技官网的咨询动态（www.neotrident.com） 新增支持OpenSSL1.1.1c 新增支持SLURM

默克公司今天宣布，将投资750万加元(约合600万美元)加入结构基因组联盟。　　公司在声明中表示，投资所支持的研究项目是为开发分子探针以研究基因调控的表观遗传机制。应用探针将扩充和加深对多个疾病领域，特别是癌症和炎症性疾病领域生物学机制的理解　　默克和结构基因组联盟表示，支持项目聚焦于竞争前期研发化学探针。　　结构基因组联盟的公共部门与私人企业合作模式是为了推动新药靶点到私人企业这一药物研发计划。学术机构的合作研究者利用知识，技术和工具来发现和描述这些靶点。　　结构基因组联盟由艾伯维(AbbVie)，拜耳(Bayer)，勃林格殷格翰(Boehringer Ingelheim)，加拿大创新基金会(the Canada Foundation for Innovation)，加拿大礼来(Eli Lilly Canada)，加拿大基因组中心(Genome Canada)，葛兰素史克(GlaxoSmithKline)，杨森(Janssen)，加拿大默克(Merck Canada)，诺华(Novartis)，安大略研究与创新部(the Ontario Ministry of Research & Innovation)，辉瑞(Pfizer)，武田(Takeda)和维康基金会(Wellcome Trust)联合资助。（仪器信息网译）

1. 文章信息标题：Onion-ring-like g-C3N4 modified with Bi3TaO7 quantum dots: A novel 0D/3D S-scheme heterojunction for enhanced photocatalytic hydrogen production under visible light irradiation中文标题： 钽酸铋量子点修饰洋葱圈结构的石墨相氮化碳的S型异质结构的光催化析氢性能 页码：958-968 DOI： 10.1016/j.renene.2021.11.030 2. 期刊信息期刊名：Renewable EnergyISSN： 0960-1481 2022年影响因子： 8.634 分区信息： 中科院一区；JCR分区（Q1） 涉及研究方向： 工程技术，能源与燃料，绿色可持续发展技术 3. 作者信息：第一作者是 施伟龙（江苏科技大学）、孙苇（北华大学）（共同一作）。通讯作者为 林雪（北华大学），郭峰（江苏科技大学），洪远志（北华大学）。4. 光催化活性评价系统型号：北京中教金源（CEL-PAEM-D8，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）；气相色谱型号：北京中教金源（GC7920，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）。本工作利用SiO2微米球为硬模板和三聚氰胺为前驱体，通过空气化学气相沉积 （CVD）方法合成洋葱圈状结构的g-C3N4（OR-CN），且基于溶剂热法与0D Bi3TaO7量子点（BTO QDs）复合，形成0D BTO QDs/3D OR-CN S型异质结复合物光催化剂，在λ 420 nm的可见光驱动下，讨论了不同质量比的BTO/OR-CN化合物催化剂在2小时内的析氢性能。其中，0.3wt% BTO/OR-CN样品赋予了最佳的光催化析氢速率为4891 μmol g-1，且在420 nm处的表观量子产率（AQY）为4.1%，约是相同条件下的OR-CN的3倍。其增强的光催化活性归因于0D BTO量子点与OR-CN之间形成了S型异质结，有助于促进光生电荷载流子的分散，且增强了可见光吸收强度，此外，通过4次循环实验，发现0D BTO QDs/3D OR-CN S型异质结复合物光催化剂具有优异的稳定性，有应用前景。图1. 制备BTO/OR-CN化合物的实验过程如图1所示，BTO/OR-CN的制备是通过加入0.2 g的OR-CN在BTO的合成过程中，合成的样品命名为xBTO/OR-CN，其中x代表BTO在化合物中的质量比，分别为0.1%，0.3%，0.5%，1.0%。此外，为了比较，合成了块体g-C3N4（B-CN）和0.3%BTO/B-CN复合物，B-CN的合成是通过一步煅烧3 g三聚氰胺，550 °C加热4小时，升温速率为2.3 °C/min，从而得到黄色的产物。0.3% BTO/B-CN复合物的合成类似于0.3% BTO/OR-CN复合物的合成过程，仅仅用B-CN代替OR-CN。图2. BTO、OR-CN和不同复合物的XRD图如图2示，OR-CN、BTO以及不同质量比的BTO/OR-CN化合物（0.1%、0.3%、0.5%和1.0%）的XRD图表征晶体结构和结晶度。对于BTO样品，2θ在28.2°、32.7°、46.9°和58.4°属于Bi3TaO7的（111）、（200）、（220）和（222）面（JCPDS:44-0202）。OR-CN拥有两个衍射峰在13.1°（100）和27.4°（002），分别归因于芳香单元的层内结构堆积基序和层间堆积基序。至于BTO/OR-CN化合物，引入BTO没有影响OR-CN的相结构，当负载0.1%、0.3%、0.5%和1.0%的BTO在OR-CN上，很难发现额外的BTO特征峰，这很可能是因为少量的BTO QDs。图3. OR-CN的SEM图（a）0.3% BTO/OR-CN复合材料的SEM图（b）TEM图（c）HRTEM图（d）和EDX图（e）如图3所示，通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析制备的样品的结构和形貌。OR-CN样品呈现了洋葱圈形状，尺寸大约在150-200 nm。负载BTO QDs在OR-CN的表面上形成BTO/OR-CN复合物之后，OR-CN的洋葱圈结构没有改变，但表面变得更粗糙。为了进一步清晰地观察BTO/OR-CN化合物，0.3%BTO/OR-CN的TEM图展现了BTO QDs均匀地分布在OR-CN表面上且与OR-CN底物亲密的接触，这有助于电荷的分散和转移。同时，化合物的高分辨透射图（HRTEM）反映了BTO和OR-CN之间有好的界面接触，其中，晶格间距为0.27 nm与Bi3TaO7晶格面（200）相匹配。展现了成功地构造了0D/3D BTO/OR-CN异质结催化剂。0.3%BTO/OR-CN的EDX图揭示了C，N，Bi，Ta，O元素的存在，进一步证实BTO QDs锚定在OR-CN的表面上。图4. 光催化产氢（a）析氢速率（b）B-CN、OR-CN、及其0.3%化合物光催化产氢（c）析氢速率（d）循环实验（e）循环实验前后的XRD图（f）如图4所示，以300 W的氙灯作为光源（λ 420 nm），研究了制备的样品的光催化析氢活性。结果表明制备的BTO样品几乎不产氢，而OR-CN在2小时辐照过程中产生了相对较低的氢气，约为1736 μmol g-1，这是由于BTO对可见光的吸收较低和电子-空穴的快速重组所致。当耦合OR-CN和BTO之后，光催化析氢活性显著的增强，其中，最佳的0.3% BTO/OR-CN复合材料展现了析氢量大约是4891 μmol g-1，是单组分OR-CN样品的3倍左右。同时，0.3% BTO/OR-CN异质结光催化剂在420 nm波长表现出较高的表观量子产率（AQY）为4.11%。当BTO QDs的加入量从0.1%增加到1.0%时，光催化析氢性能呈现出先增后减的趋势，其中，最优的0.3% BTO/OR-CN样品的光催化性能优于其他复合样品，这是因为构建了S型异质结，加速了光生电荷的传输和分布。此外，在OR-CN上引入BTO QDs可以增加比表面积、提供更多的活性位点、增强光响应强度和延长光诱导电荷寿命。随着进一步增加BTO QDs的量，光催化产氢速率减小，这是因为过量的BTO QDs负载在OR-CN表面可能会影响BTO QDs的分散，且由于屏蔽效应阻碍OR-CN的光吸收效率。因此，负载合适量的BTO QDs有利于光催化产氢。此外，最优样0.3% BTO/OR-CN的产氢速率为2445.5 μmol g-1。为了比较，还合成了0.3%BTO/OR-CN复合物，制备的样品的析氢量和析氢速率的排序：0.3%BTO/OR-CNOR-CN0.3%BTO/B-CNB-CN，这表明CN的洋葱圈结构和化合物的异质结界面有利于提高光催化活性。经过四次循环实验，可以清晰地发现光催化析氢有轻微的降低。同时，XRD图也用于评价样品的稳定性，循环前后的XRD图没有发生改变。这些结果展现了制备的 BTO/OR-CN样品拥有优异的稳定性和光催化析氢活性。图5. MS图（a和b）S型异质结机理（c）BTO/OR-CN复合物光催化析氢中光生电荷分离转移机理（d）利用Mott-Schottky（MS）图确定OR-CN和BTO的能带结构。OR-CN和BTO样品的质谱图在1000、2000和3000 Hz处呈现正斜率，说明OR-CN和BTO具有典型的n型半导体特征。OR-CN和BTO在接触前的带位置存在偏差，OR-CN是一种费米能级较高的还原型光催化剂，而BTO是一种费米能级较低的氧化型光催化剂。此外，通过紫外光电子能谱（UPS）计算了OR-CN 和BTO的功函数，分析了界面电荷转移过程。确定OR-CN和BTO样品的二次电子截止边的结合能（Ecut-off）分别为16.921 eV和16.054 eV。然后，BTO和OR-CN在黑暗中密切接触后，OR-CN的CB上的电子自发地流向BTO，直到二者的费米能级达到相同水平。因此，OR-CN组分失去电子并携带正电荷，导致OR-CN的CB边缘向上弯曲，同时，BTO组分得到电子，电子在其CB上积聚，BTO带负电荷，导致CB边缘向下弯曲，从而，OR-CN和BTO界面形成内部电场。在可见光的照射下，电子在内部电场和库伦相互作用的驱动下由BTO的CB转移到OR-CN的VB上与空穴复合，此外，保留在OR-CN的CB上的电子和BTO的VB上的空穴将分别参与光催化氧化还原反应。基于以上的分析，提出了BTO/OR-CN光催化反应的可能的S型机理，在可见光的照射下，BTO和OR-CN中价带（VB）上的电子跃迁到导带（CB）上，价带上形成空穴，BTO导带上的电子可以转移到OR-CN的价带上并与空穴结合。由于OR-CN导带的电势比H+/H2（0 eV vs. NHE）更负，所以，H2O分子可以与电子反应生成H2。用三乙醇胺（TEOA）猝灭BTO价带上积累的空穴。

随着组织工程领域的发展，生物材料界面与细胞的相互作用及物理机制成为研究热点。生物界面的拓扑形貌可以有效调控细胞行为并影响细胞功能。而体内的一些生理过程如胚胎发育、免疫应答和组织更新与重塑等往往涉及多细胞的集体行为。肿瘤的侵袭和转移也与集体细胞的协调运动有关。细胞球作为一种体外三维细胞培养模型，具有强烈的细胞-细胞相互作用，可在细胞生理学、信号通路、基因和蛋白表达以及气体/营养物质梯度等方面更好地模拟体内环境。因此，明确材料表面拓扑结构与细胞球的相互作用对探究体内生理、病理机制具有重要意义。然而，当前同时具有厘米级尺度和微纳米精度的跨尺度微纳拓扑结构尚难以快速制备。 　　近日，中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心有机纳米光子学实验室研究员郑美玲团队在跨尺度微纳拓扑结构制备及细胞球浸润性调控方面取得了新进展。该团队提出采用飞秒激光无掩膜投影光刻技术（MOPL）制备大面积兼具高精度的微盘阵列拓扑结构以研究细胞球的浸润性。该研究发现细胞球在多种不同单元直径的微盘阵列拓扑结构上展示出不同的浸润速度。研究通过分析细胞形态、骨架分布和细胞黏附，解析了细胞球浸润速度的变化机制，并发现了细胞球在大尺寸和小尺寸的微盘结构单元上采取不同的浸润模式。该研究揭示了细胞球对跨尺度微纳拓扑结构的响应机制，为探讨组织浸润行为提供了参考。 　　MOPL是一种高效率且能灵活化地制备微纳拓扑结构的技术。考虑到单个细胞的尺寸以及细胞球浸润过程中与大面积拓扑结构的相互作用，该工作利用MOPL技术制备了高度低于1μm，且拓扑单元直径分别为2、5、20和50 μm的大面积（8 mm × 10 mm）微盘阵列结构（图1）。 　　该研究采用超低吸附法制备了大小均一的人肾透明细胞癌细胞的细胞球。进一步，科研人员利用激光扫描共聚焦荧光显微镜对细胞球在微盘阵列拓扑结构上的动态浸润行为进行观察。细胞球在一系列微盘阵列拓扑结构上发生了完全浸润并展现出不同的浸润面积。结合细胞球铺展理论，通过量化不同时间点的细胞球浸润面积，研究发现细胞球的浸润速度在2、5、50和20 μm直径的微盘结构单元上依次减小，且细胞球在直径为20 μm的微盘结构单元上具有较小的细胞-基底黏附能（图2）。 　　进一步地，研究人员利用免疫荧光染色分析了多种不同微盘结构上的细胞形态、肌动蛋白和黏着斑分布，提出了细胞球在直径2μm和5 μm的小尺寸的微盘结构上采取攀爬模式浸润，以及在直径20μm和50 μm的较大尺寸的微盘结构上采取绕行模式浸润（图3）。细胞球的浸润过程表现为一种多细胞的集体协调运动。 　　该研究揭示了细胞球在各向同性微盘阵列拓扑结构表面的浸润机制，深化了对于细胞球与界面拓扑结构相互作用的认知。本工作是飞秒激光面投影纳米光刻技术及应用的拓展。相关研究成果发表在Small上。研究工作得到国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、国家自然科学面上基金项目和中科院国际伙伴计划等的支持。

近日，由中国航天科技集团有限公司中国乐凯研究院起草的国家标准GB/T 42674-2023《光学功能薄膜 微结构厚度测试方法》正式实施。(文末附下载链接)该标准规定了通过扫描电子显微镜（SEM）检测光学功能薄膜横截面微结构厚度的方法，适用于微米、纳米级光学功能薄膜各功能层微观结构测试。这是我国首个覆盖光学功能薄膜全领域的微米-纳米级各功能层微观结构的测试标准。该标准的制定与实施，对于准确测定光学功能薄膜微结构厚度、规范行业测定方法、促进行业发展具有重要意义。GB/T 42674-2023《光学功能薄膜 微结构厚度测试方法》详细内容标准下载链接：https://www.instrument.com.cn/download/shtml/1198352.shtml

线粒体是细胞的动力来源，影响细胞稳态、增殖、死亡的关键信号通路。由于线粒体的动态行为以及与其他细胞器的丰富相互作用，荧光显微镜的发展特别推动了线粒体研究。线粒体内膜（inner membrane，IM）向内凹陷形成许多层状或管状的内嵴，其间距通常小于100nm，导致传统荧光显微镜无法观察到其内部精细结构。因此，基于固定样本的电子显微镜技术一直作为捕捉线粒体膜结构的主流工具。近年来，活细胞线粒体纳米成像已从原理验证发展成为一种结构和功能研究的可行方法。其中，受激发射损耗纳米显微镜（STED）和结构光照明显微镜（SIM）已被报道用于活细胞的线粒体内嵴成像。然而，目前线粒体纳米结构的可视化大多局限于癌细胞的二维（2D）单色成像，正交策略尚未建立，且STED图像采集会受到细胞器的光损伤或快速光漂白的影响，很难观察到原生状态下的线粒体形态。论文截图2022年12月20日，北京大学未来技术学院、北大-清华生命科学联合中心陈知行研究员课题组在Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.杂志上发表了题为“Multi-color live-cell STED nanoscopy of mitochondria with a gentle inner membrane stain” 的研究论文，并被选为封面文章。该研究报道了一款适用于STED纳米显微镜的线粒体内嵴染料PK Mito Orange （PKMO），其具有优秀的光稳定性和显著降低的光毒性，可实现在永生化哺乳动物细胞系、原代细胞和组织中的长时程、超分辨率的线粒体动力学成像，单个线粒体的3D-STED成像，以及多色STED成像（图1）。图1：PKMO标记的HeLa细胞线粒体内嵴、微丝蛋白（SPY650FastAct）和细胞核（SPY505 DNA）的多色活细胞成像图该研究利用环辛四烯（COT）偶联策略降低染料光毒性，同时精确调控光谱使得染料与561nm激发光和775nm STED光完美兼容。PKMO染色后的细胞在STED纳米显微镜下，可观察到整个细胞中具有高度有序的层状内嵴网络，并以低至50nm的光学分辨率捕获了单个线粒体内嵴形态和线粒体分裂、融合以及管状发生等动态过程。PKMO因其温和的性质和优秀的光稳定性可实现活细胞中单个线粒体的3D STED重建。PKMO除了可应用于癌细胞和永生化的细胞系以外，也可实现对光毒性极为敏感的原代细胞和组织的超分辨成像。PKMO展示了在COS-7、HeLa、U-2 OS细胞系以及原代脂肪细胞、原代神经元、原代胰岛组织中的内嵴结构及其动力学过程。线粒体的双层膜结构产生了线粒体亚区室，它们有着不同的用途。多色纳米显微镜技术因其可提供较高的分辨率和更多的时空信息，将取代传统的生化分析或电子显微技术成为一个强有力的新型分析手段。如图2所示，PKMO展示了与线粒体IM与线粒体DNA（mtDNA）、线粒体外膜、crista junction、微管蛋白和内质网的多色超分辨成像。多色活细胞STED成像可以揭示生物分子的不同线粒体定位以及线粒体在全细胞内的互作网络；可提供与要求更高的免疫电镜技术相似的信息，且可绘制有关结构和生物分子动力学的更多信息。图2：线粒体内嵴与mtDNA、线粒体外膜、cristajunction、内质网、细胞骨架的多色STED成像内嵴结构的缺陷与细胞呼吸功能障碍有关，并与神经退行性疾病或心脏病有关。作者还展示了不同线粒体蛋白缺陷型的细胞系与野生细胞系的内嵴形态的差异。在未来，利用PKMO对活细胞进行超分辨成像有望取代传统耗时费力的电镜制样，成为线粒体结构功能研究的日常工具。综上，作者团队报道了一种兼容活细胞STED成像的、高亮度、低光毒性的新型线粒体探针。PKMO可在永生化的哺乳动物细胞系、原代细胞或组织中实现长时间、超分辨率的内膜动力学记录。PKMO的光稳定性和光毒性为活细胞线粒体的3D STED显微镜成像打开了大门。同时，PKMO可兼容绿色和远红荧光标记物，实现多色超分辨率下的线粒体亚结构的多组分分析。多色STED显微镜可在100nm分辨率下捕获线粒体与不同细胞成分的相互作用，BAX诱导的细胞凋亡过程，以及转基因细胞中的内嵴表型。因此，这项工作提供了一个多功能的工具，用于以多路复用的方式研究线粒体内膜结构和动力学。

论文题目：Room-Temperature and Tunable Tunneling Magnetoresistance in Fe3GaTe2‑ Based 2D van der Waals Heterojunctions发表期刊：ACS Applied Materials & Interfaces IF: 9.5DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.3c06167【引言】 基于范德华 (vdW) 异质结构的磁隧道结 (MTJs)具有原子尺度上清晰且锐利的界面，是下一代自旋电子器件的重要材料。传统的Fe3O4、NiFe和Co等材料所制成的MTJ相关器件在10-80K温度下的磁阻率仅为0.2%-3.2%，主要是因为在制备过程中界面处会受到不可避免的损伤。寻找拥有清晰且完整界面的垂直磁各向异性(PMA)的铁磁性晶体就成为了发展MTJ相关器件的关键。二维过渡金属二硫属化物是一种具有清晰的界面二维铁磁材料，近年来成为制备MTJ相关器件的明星材料。然而，在已报道的研究中，尚未有在室温下还展现出一定隧穿磁阻率的相关研究。【成果简介】 近日，华中科技大学相关团队利用小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3制备出了基于垂直范德华结构的室温条件下的MTJ器件。器件的上下电极为Fe3GaTe2，中间层为WS2。非线性I-V曲线显示了Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2异质结构的隧穿输运行为。在10K的温度下，其隧穿磁阻率可达213%，自旋极化率可达72%。在室温条件下，所制备器件的隧穿磁阻率仍可达11%，此外，隧穿磁阻率可以通过外加电流进行调控，调控范围为-9%-213%，显示出了自旋滤波效应。相关工作以《Room-Temperature and Tunable Tunneling Magnetoresistance in Fe3GaTe2‑ Based 2D van der Waals Heterojunctions》为题在SCI期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上发表。 文中所使用的小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3具有结构小巧紧凑(70 cm x 70 cm x 70 cm)，无掩膜直写系统的灵活性，还拥有高直写速度，高分辨率等特点，为本实验提供了方便高效的器件制备方案。 小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3【图文导读】图1. Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2异质结构的MTJ器件结构及表征。（a）Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2异质结构的MTJ器件结构的示意图。（b）Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2异质结构的MTJ器件各部分的AFM表征。（c）MTJ器件的刨面图。图2. Fe3GaTe2霍尔器件的磁传输特性。（a）利用MicroWriter ML3无掩模光刻机制备的Fe3GaTe2霍尔器件的AFM表征结果。（b）Rxx随温度的变化。（c）不同温度下，Rxy随磁场的变化。图3. Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2异质结构的MTJ器件的电磁输运特性。（a）在10K和300K的温度下的I-V曲线。（b）在温度为10K和电流为10nA的条件下，电阻和隧穿磁阻率随磁场的变化。图4. 在10K到300K的温度范围内的磁输运测量结果。(a)隧穿磁阻率在不同温度下的结果。（b）隧穿磁阻率随温度的变化。（c）自旋极化率随温度的变化。图5. 论文中制备的器件与其他论文中器件的自旋极化率比较。【结论】 论文中，华中科技大学相关团队利用小型台式无掩膜直写光刻系统- MicroWriter ML3 制备了基于Fe3GaTe2/WS2/Fe3GaTe2异质结构的MTJ器件。该器件在10K的温度下，隧穿磁阻率高达213%，自旋极化率为72%。与已报道的MTJ器件相比，论文中所制备的器件在室温下的隧穿磁阻率仍可达11%，为自旋电子器件的发展提供了一种可能。此外，在论文中还可以看出，小型台式无掩膜直写光刻系统-MicroWriter ML3得益于其强大的光刻和套刻能力，可以十分方便地实现实验中所设计图形的曝光，是各学科科研中制备各类微纳器件的得力助手。

p style="text-indent: 2em "近日，日本科学家研制出两种新材料，它们都是三层石墨烯结构，但由于堆叠方式不同，却各具独特的电学性能，这项研究对于光传感器等新型电子器件的发展具有重要意义。/pp style="text-indent: 2em "自从2004年，两位科学家首次利用清洁石墨晶体的透明胶带分离出了单层碳原子，石墨烯就因其迷人的特质吸引了无数研究者蜂拥而至。它的强度是钢的200倍，不仅非常柔韧，而且是一种极为优良的电导体。/pp style="text-indent: 2em "石墨烯的碳原子呈六边形排列，构成了蜂窝状晶格。在单层石墨烯上再堆叠另一单层石墨烯，就可以形成双层石墨烯结构。有两种堆叠方法：让每层石墨烯结构的碳六边形中心彼此正对在一起，就构成了AA堆叠结构；而将其中一层向前移位，使得其碳原子六边形中心位于另一层石墨烯的碳原子之上，就构成了AB堆叠。AB堆叠的双层石墨烯材料在施加外部电场时，具有半导体的性质。/pp style="text-indent: 2em "刻意堆叠三层石墨烯结构是非常困难的，但是这样做却可以帮助科学家们研究三层材料的物理性质是怎样随层与层间堆叠方式的不同而变化的，并从而对新型电学仪器设备的发展具有促进作用。现在，日本东京大学和名古屋大学的研究者已成功研制出两种具有不同电学性能的三层石墨烯结构。/pp style="text-indent: 2em "他们采用了两种不同的方式加热碳化硅，一种是在加压氩气环境下将碳化硅加热到1510摄氏度，另一种是在高真空环境将碳化硅加热至1300摄氏度。随后用共价键已被破坏成单个氢原子的氢气喷涂两种材料，两种不同的三层石墨烯结构就大功告成了。在加压氩气下加热的碳化硅形成了ABA堆叠结构的三层石墨烯，其顶部和底层的碳原子六边形精确对齐，中间层稍有移位。高真空环境下加热的碳化硅则形成了ABC堆叠结构的三层石墨烯，每一层碳原子六边形都比其下面一层稍稍向前移位。/pp style="text-indent: 0em text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/fda047f2-d0aa-4cca-894b-6475b2f605a5.jpg" title="同是三层石墨烯结构 电学性质因何大相径庭？.jpg"//pp/pp style="text-indent: 2em text-align: center "span style="color: rgb(127, 127, 127) font-size: 14px "ABA堆叠状三层石墨烯（图a）与ABC堆叠状三层石墨烯（图b）的晶体结构示意图/span/pp style="text-indent: 2em "科学家们检测了这两种三层石墨烯结构的物理性质，发现他们电学性能差异显著。ABA型石墨烯与单层石墨烯类似，是十分优良的电导体，而ABC型石墨烯却更像AB型双层石墨烯结构，具有半导体的性质。/pp style="text-indent: 2em "“ABA型和ABC型两种不同三层石墨烯结构的成功制备，将从堆叠层数和堆叠序列的角度，拓宽石墨烯基纳米电子器件的研发可行性。” 相关研究人员在NPG Asia Materials杂志上发表的论文中这样总结道。/p

结构色是一种由微观物理结构与自然光之间的相互作用（如散射、干涉、衍射等）所产生的颜色。与传统的化学色相比，结构色可以完全避免染料或色素的使用，是更加环保和稳定的呈色方式。然而，人工结构色的实现，需要借助先进的微纳加工技术或组装手段对纳米生色结构进行高精度调控，成本较高且工艺复杂，较大程度上阻碍了结构色的广泛应用。此外，为了促进结构色的应用拓展，需要将结构色像素点制备成有序的图像，但结构色的像素点是由众多周期与形貌存在差异的微纳结构组成，将这些呈色物理结构精确制备并集成为特征化的彩色图像，颇具挑战性。　　中国科学院化学研究所绿色印刷实验室研究员宋延林、李明珠，与复旦大学教授石磊等合作，精准控制微小液滴的成型打印（即精确调控打印基材的浸润性与微小液滴的体积来控制打印墨滴的形貌）与剖析全内反射光学微结构呈色的机理，发展出一种利用透明高分子墨水打印全彩结构色图像的方法。该方法突破了关于彩色印刷的认知（呈现不同的颜色需要不同的墨水），仅利用一种透明的高分子聚合物墨水，便实现了全色系彩色像素点的精准制备。此外，研究凭借对微观像素点空间位置的精确分布，解决了结构色难以实现棕色、白色、银色等特殊色制备的难题。科研人员探索了微结构形貌与颜色、灰度的对应规律，利用高精度喷墨打印实现墨滴精准成形，在不添加任何染料色素的前提下，打印出各种形象逼真的彩色人像图案。这种方法具有普适性，可制成透明墨水的高分子材料均可应用于这种全色系结构色图案的打印，为结构色在彩色印刷、显示、防伪及高灵敏传感等领域的应用提供了全新的思路。　　近日，相关研究成果发表在Science Advances（DOI：10.1126/sciadv.abh1992）上。研究工作得到国家自然科学基金、科技部和中科院的支持。