活细胞内的单分子荧光成像方法

文章介绍近年来新发展的几种重要的活细胞内单分子荧光成像方法,如转盘式共聚焦显微术、全内反射荧光显微术、荧光共振能量转移技术等。通过介绍它们的原理、特点和在活细胞内单分子行为研究中的应用实例,展示了这些新方法在生命科学领域广阔的应用前景。     

多光子成像用上转换纳米粒子的单颗粒研究与应用进展

多光子成像具有零背景下可见光信号输出的优势,但传统多光子探针激发域值高、光稳定性差的问题使其在生物应用中受到限制。基于稀土上转换的无机纳米粒子可在相对较低的激发光功率密度下实现稳定的上转换发光,因而成为一种重要的多光子探针。随着成像技术的进步,对上转换纳米粒子的研究正在从聚集体形式向单颗粒水平发展。单颗粒研究上转换发光不仅有利于排除环境因素的干扰,并且呈现出一系列与聚集体研究不尽一致的理论成果。由于单颗粒研究平台更加接近于探针生物成像的工作环境,因此在这一水平下对上转换纳米粒子进行材料优化与物理机制分析更贴近实际应用。本文从多光子发光机制与材料出发,重点围绕着单颗粒水平下上转换纳米粒子近年来的研究成果与应用进展进行了综述,最后对其未来的研究方向进行了展望。     

高分辨单颗粒分析在生物样品中的应用

冷冻电子显微学作为结构生物学主要工具之一,以解析承担生命活动中重要功能的各种蛋白质机器三维结构为手段,对其在生命活动中的功能机制进行研究。冷冻电子显微学的单颗粒分析法具有分辨率高、生物样品无需结晶、解析的结构接近生理状态等优点。近几年来,随着软、硬件的发展与革新,高分辨冷冻电镜单颗粒分析法在生物样品上的应用范围方面得到进一步扩展,囊括大至上百纳米的病毒颗粒,小至十纳米左右的蛋白质机器,同时单颗粒分析的分辨率也在稳步提高。目前,大量生物样品的结构解析能够常态地达到3~4 Å的准原子分辨率,足以阐明大部分生物问题。文章简要介绍了单颗粒分析的理论基础、发展过程、研究现状以及面临的更多挑战。     

激光驱动单颗粒与气体混合的实验研究

利用激光驱动技术对微小颗粒进行加载,能够获得较高的颗粒速度,可能成为高速气相流场中气固两相流研究的有效实验手段。利用激光驱动微小金属颗粒模拟高速运动的物体,采用驱动靶优化设计、激光光束调节等方法控制颗粒加速过程,并利用高时空分辨率、高精度瞬态实验诊断技术获取高速颗粒的瞬态物理图像。研究表明,该方法能够有效地发射金属颗粒并获取清晰的高速颗粒物理图像,建立的实验、诊断手段可为进一步开展微喷混合、超燃发动机混合、颗粒高速碰撞以及工业粉尘爆炸等相关研究奠定基础。

     

X射线自由电子激光单颗粒成像研究

具有超高亮度、超短脉冲、全相干特性的X射线自由电子激光(X-ray Free Electron Lasers,XFELs)的出现为超快时间研究与超微结构探索带来新的机遇,使得获取单分子、单颗粒原子分辨率图像及电影成为可能。随着德国FLASH、意大利FERMI、美国LCLS以及日本SACLA等装置的建成与投入使用,X射线自由电子激光已经进入了快速发展的阶段,一系列物理、化学、生物、材料科学领域的前沿研究成果不断涌现。为突破实验技术、工程设备及软件算法上的技术壁垒,相关科研机构通过国际合作,拟实现纳米颗粒、细菌、细胞、病毒、团簇及生物学大分子等单颗粒的原子分辨率成像。文章将聚焦单颗粒成像的发展历史、科学意义、研究背景、研究目标、研究规划、研究现状及世界各国的布局,并展望单颗粒成像未来的发展。     

利用单粒子追踪技术研究活细胞内肌球蛋白的运输模式

利用单个粒子追踪技术研究?1A肾上腺素受体在活细胞内的转运．?1A肾上腺素受体在细胞内沿微丝骨架的转运表现为步进式模式,平均步长与体外对肌球蛋白的研究相一致．对不同时间分辨率下数据的模拟分析结果表明,肌球蛋白在细胞内运输内涵体的单步动力学与单个肌球蛋白在体外的报道相一致．     

水洗去除单乙醇胺气体和颗粒数值模拟

本文分两部分研究水洗对于单乙醇胺(MEA)的去除作用,一是吸收MEA气体,二是捕捉MEA液相颗粒,这两部分都从单一水滴的捕获机制开始,进而分析喷淋液滴群的吸收捕捉过程。模型计算结果表明,液滴粒径对于MEA气体吸收和颗粒捕获这两方面的影响是不同的,存在最佳的液滴粒径,使得联合脱除气体和颗粒的效率达到最高。喷淋初始速度对气体吸收和颗粒捕获过程的影响规律截然不同。在颗粒粒径0.5~10μm的范围内,颗粒越小越难脱除。     

水/空气界面纳米颗粒单层膜流变特性的 锥体压入法研究

本文提出了利用锥体压入法研究水/空气界面上SiO₂纳米颗粒单层膜流变特性的新方法. 通过锥体的压入和上升使单层膜产生应变, 实时测定锥体压入-上升循环过程中表面压的变化. 实验表明, 表面压的尖锐变化是由单层膜受到的拉伸应变导致的. 表面压变化的幅度d∏ 和弛豫时间τ 显著依赖于颗粒在界面的吸附能, 因而随颗粒润湿性而发生明显变化. d∏ 和τ 分别与单层膜的弹性和黏性相关. 这些结果表明, 该方法有可能为深入研究纳米颗粒单层膜的流变性质提供新的途径.     

冷冻电镜单颗粒技术的发展、现状与未来

近年来冷冻电子显微镜成像技术突飞猛进,越来越广泛地应用于生物大分子的高精度结构研究中,尤其在解析其他方法难以应对的蛋白质复合物的结构研究方面取得了瞩目的进展。文章对冷冻电镜单颗粒重构技术近年来的发展做了回顾和总结,重点介绍了冷冻电镜单颗粒重构技术中的基本流程及其使用的图像处理技术和算法,并对近年来人们重点关注的问题进行了讨论。最后对冷冻电镜单颗粒重构技术未来的发展趋势,尤其是对细胞内原位的分子结构以及蛋白质分子的动态信息的捕捉等方面进行了初步的探讨。     

SiO2纳米颗粒单层膜流变特性的双Wilhelmy片法研究

本文采用两个互相垂直的Wilhelmy片对不同润湿性的SiO₂纳米颗粒单层膜的表面压和黏弹性进行了研究, 并利用Brewster角显微镜(BAM)对单层膜的形貌演变进行了观测. 实验发现, 当水面完全被颗粒覆盖时, 单层膜的表面压具有明显的各向异性, 中等润湿性(34%SiOH)的颗粒膜其表面压各向异性最大. 压缩模量E和剪切模量G均在中等润湿性时出现最大值. 这些结果表明, 单层膜的流变性能与泡沫的稳定性密切相关. 疏水性最强(20%SiOH)的颗粒膜具关键词：纳米颗粒单层膜表面压流变     

Compact cyclic shearing interferometer: part two

A solid cyclic lateral shearing interferometer to be used with parallel beams of light for testing lenses is described. The interferometer can be modified into a polarization interferometer to be used in OTF measurement. The interferometer is compact and immune to environmental disturbance and less prone to misalignment.     

A pulse stacker for time-resolved laser plasma diagnostics

A passive splitter array is described which allows time-resolved plasma diagnostic measurements to be performed on a single shot basis. The advantage of this stacker is that it has high efficiency, is simple, easy to adjust, and can be inserted into an optical beam path without disturbance to alignment.     

A self-compensating optical delay stage

Using a retro-reflecting prism and a mirror to form a two-fold optical delay yields very useful characteristics: long optical delay, self-compensation for deviations of the motion of the delay stage, easy adjustment and no influence on polarization of the beam. Such a delay stage is described, and the advantages of the set-up explained.     

Progress in spatial light modulator performance: a status report

Spatial light modulators (SLM) developed to date have fallen into one of two categories, optically addressed or electronically addressed. Each approach has its advantages and disadvantages, and successful implementation of optical processing in real world applications may depend upon a combination of the two. This article briefly reviews the concept of optical information processing, discusses the development of SLMs from their early beginnings, and concludes with a discussion of where the field is now, and where it is going in the next few years.     

Two-element laser beam expander

A simple laser beam expander is described which possesses several attractive features: there are only two optical elements; it is unobscured; it covers a wide spectral range with excellent performance; it can be made for any particular expansion ratio; and one of the two elements can usually be bought as an ‘off-the-shelf’ item.     

Grating interferometer with an unusual fringe direction

A grating interferometer is described which has an astigmatic component in the collimator. In such an interferometer the fringes may be directed parallel to the shear direction. The adjustment procedure is given, and interferograms of shock wave diffraction at a nozzle edge are presented.