《中科宇图共建我国首个大气环境污染监测先进技术与装备国家工程实验室》

  • 来源专题:大气污染防治
  • 编译者: APC
  • 发布时间:2018-01-08
  • 2017年12月23日下午,大气环境污染监测先进技术与装备国家工程实验室第一次理事会在合肥隆重召开,该实验室是中国大气环境监测领域唯一的国家级工程实验室。

      先进技术与装备国家工程实验室理事会由国内20多家大气污染防治领域的顶级科研院所、高新技术企业的专家、院士组成,国家工程实验室主任由刘文清院士担任,工程技术委员会主任由郝吉明院士担任。中科宇图作为国家工程实验室的理事单位,被认定为我国大气污染防治重要企业,将正式进入我国大气污染防治的国家级团队。中科宇图副总裁兼资源环境科学研究院院长刘锐作为国家工程实验室的理事与共建单位代表,应邀参加了本次理事会,并出席启动大会和授牌仪式。

      中国科学院合肥物质科学研究院院长、实验室理事长匡光力为刘锐院长颁发聘书

      12月24日上午,大气环境污染监测先进技术与装备国家工程实验室建设启动大会在合肥市政府礼堂隆重举行。启动大会云集了国内大气污染防治领域顶级科研院所的11名院士,国家环境保护部、安徽省、合肥市的领导、专家、企业家与各界代表等500多人出席本次启动大会。

      大气环境污染监测先进技术与装备国家工程实验室由中国科学院合肥物质科学研究院作为法人单位,联合北京大学、中国环境科学研究院、中国环境监测总站、中国科学院大气物理研究所等院所和多家环境监测领域的顶尖企业共同组建,旨在建成国际一流的环境监测设备高技术成果辐射基地,促进我国高端大气环境监测技术和仪器产业的快速发展。

      实验室成立后,将围绕中国大气环境监测和环保产业升级发展需求,以提高国产仪器设备的稳定性和可靠性、增强中国大气环境监测技术的核心竞争力为目标,开展地基、车载(船载)、机载和星载等多平台大气环境监测装备研发,突破大气细颗粒物、气态污染物、挥发性有机物、重金属等污染物监测的核心技术,形成共性技术研发、试验检测和工程化产业化开发能力。

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    • 来源专题:计量基标准与精密测量
    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2024-04-18
    • 防污服、快餐包装纸、某些夹克和裤子等极端天气装备——这些产品的许多可取之处来自一类被称为全氟烷基和多氟烷基物质(PFAS)的人造化学品。但也有一个主要的不利因素:研究人员发现有证据表明,某些PFAS可能会导致癌症和其他严重的健康影响。 政府机构和环境组织正在越来越多地监测全氟辛烷磺酸,但全氟辛烷酸有数千种不同的化学结构,只有一小部分可以高度自信地测量。 NIST生物学家Jared Ragland说:“关于什么是PFAS或PFAS的组成,没有单一的权威。”。“我们知道几百个PFAS的结构是什么样子的,但可能有9000个或更多不同的PFAS结构。这不是一个小问题。” 例如,一个社区可能想知道当地用于捕鱼的湖泊中是否存在大量的全氟辛烷磺酸,因此当地官员将样本送往实验室进行检测。然而,大多数全氟辛烷磺酸不在用于定量分析的化学品套件中,因此实验室测试将错过它们。此外,实验室可能有不完整或过时的PFAS化学数据。由于不断发现更多的全氟辛烷磺酸,很难维护一个中央数据库来收集和组织科学界关于已知和未知全氟辛烷酸化学结构的知识。 为了解决这个问题,美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员开发了一个数据库,可以帮助其他人识别和分类化学分析数据中的PFAS,包括“非目标”化学分析数据,其中包含可能潜伏在样本中的已知PFAS和未知PFAS的信息。该数据库是同类数据库中的第一个,可用于环境污染监测和其他应用。 PFAS数据库是免费的,可在NIST公共数据库下载。 PFAS于20世纪40年代首次用于消费品和工业,因为其化学性质,如耐热、耐油和防水的能力。一些类型,如全氟辛烷磺酸,多年来已经被取代,但总的来说,这些化学品分解缓慢并泄漏到环境中。它们在我们的土壤、空气、食品和水中被发现,并被用于各种制造过程、消费品和灭火剂。 为了监测这些化学物质在哪里被发现,并确定它们最终在环境中的位置,科学家需要能够识别它们。一种名为质谱仪的分析仪器使科学家能够检测已知的PFAS并了解新观察到的PFAS。该设备在图形上产生一系列线条,形成独特的图案,就像化合物的分子“指纹”。这个新数据库包括这些高分辨率质谱数据,目前包含132个全氟辛烷磺酸的光谱。每个条目都附有上下文信息,如测量仪器的设置和所使用的样本类型。它还包括NIST的“可疑”清单,其中列出了近5000种极有可能是PFAS的精心策划的化合物。 该数据库可用于识别各种来源的PFAS,如废水、自来水、地表水和地下水,以监测环境污染。Ragland说:“我们的目标是,该数据库将有助于全面识别PFAS,并对新的PFAS进行表征,以回答有关环境健康、毒理学、暴露风险和修复效率的问题。”。 受过数据分析训练的研究人员会特别发现这个数据库很有用。然而,NIST的研究人员希望增加所有用户对数据库的可访问性。他们创建了一个用户指南,提供了如何使用数据库的分步说明。该数据库也是可移植的,这意味着它可以离线使用,添加到研究人员中并在研究人员之间共享,还附带了GitHub上的软件工具包。研究人员可以重复使用数据库中的元素来组织和识别PFAS以外的化学物质,如食品中其他新出现的污染物或杀虫剂。 科学家们可以很容易地共享数据库,这样他们就可以合作,例如,在PFAS数据中寻找新的模式。他们还可以使用该数据库构建新的工具或数据处理方法,以识别尚未获得高质量质谱数据的特定类型的PFAS。Ragland说:“这一领域的研究人员仍然缺乏与他人直接共享数据的良好方法,因此这是我们希望开始打破的障碍。”。
  • 《布鲁克海文国家实验室(BNL)研究团队使用先进的X射线成像技术探索单个细胞》

    • 编译者:李晓萌
    • 发布时间:2024-08-20
    • 每一种植物、动物和人都是微小、特化细胞的丰富缩影。这些细胞本身就是世界,每个细胞都有自己独特的部分和过程,肉眼无法看到。能够以纳米分辨率看到这些微观构建块的内部运作而不损害其精细的细胞器一直是一个挑战,但来自美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室不同学科的科学家已经找到了一种使用多种技术对单个细胞进行成像的有效方法。捕捉这些图像的迷人过程发表在《Communications Biology》期刊中。 能够理解细胞的内部结构、化学物质和蛋白质在细胞内的相互作用方式,以及这些相互作用如何以纳米分辨率发出某些生物过程的信号,可以在医学、农业和许多其他重要领域产生重大影响。这项工作也为更好的生物成像技术和优化生物成像的新仪器铺平了道路。 布鲁克海文实验室的结构生物学家Qun Liu说:“研究人类细胞及其内部的细胞器令人兴奋,但我们结合了硬X射线计算机断层扫描和X射线荧光成像的多模式方法有很多机会受益。我们可以研究致病真菌或有益细菌。我们不仅可以看到这些微生物的结构,还可以看到细胞以不同方式相互作用时发生的化学过程。” 拔出生命的基石之一 在研究人员开始成像之前,他们最大的挑战之一就是准备样本本身。该团队决定使用来自人类胚胎肾(HEK)293系的细胞。众所周知,这些细胞易于生长,但很难进行多次X射线测量。即使它们很小,细胞也很容易受到X射线引起的损伤。 科学家们经过了一个谨慎的多步骤过程,使样本更加坚固。他们使用多聚甲醛来化学保存细胞的结构,然后让机器人通过将样品浸入液态乙烷中快速冷冻样品,将其转移到液氮中,最后冷冻干燥以去除水分,但保持细胞结构。一旦这一过程完成,研究人员将冻干细胞置于显微镜下,对其进行定位和标记,以进行靶向成像。 直径仅为12-15微米(人类头发的平均厚度为150微米),设置用于测量的样品并不容易,特别是对于不同光束线上的测量。该团队需要确保细胞的结构能够在高能X射线的多次测量中幸存下来,而不会造成重大损坏,并且细胞可以可靠地保持在一个地方进行多次测量。为了克服这些障碍,科学家们创建了标准化的样品架,用于多台设备,并实施了光学显微镜,以快速发现和成像细胞,并最大限度地减少可能损坏细胞的长时间X射线照射。 多模态测量 该团队使用了在布鲁克海文的美国能源部科学办公室用户设施国家同步辐射光源II(NSLS-II)发现的两种成像技术——X射线计算机断层扫描(XCT)和X射线荧光(XRF)显微镜。 研究人员在全场X射线成像(FXI)光束线上收集了XCT数据,该数据使用X射线告诉科学家细胞的物理结构。断层扫描使用X射线显示固体样品的横截面。一个熟悉的例子是CT扫描,医生用它来对身体任何部位的横截面进行成像。 研究人员收集了XRF显微镜数据,这些数据在亚微米分辨率X射线光谱(SRX)光束线上提供了更多关于细胞内化学元素分布的线索。在这项技术中,研究人员将高能X射线直接照射到样品上,激发材料并使其发出X射线荧光。X射线发射有其独特的特征,让科学家确切地知道样品由哪些元素组成,以及它们是如何分布以实现其生物功能的。 FXI首席束线科学家Xiaonghui Xiao说:“我们有动力根据各自提供的独特互补信息将XCT和XRF成像结合起来。”。“荧光为我们提供了许多关于细胞内微量元素及其分布的有用信息。这对生物学家来说是非常关键的信息。不过,在许多细胞上获得高分辨率的荧光图可能非常耗时。即使只是二维图像,也可能需要几个小时。” 这就是使用XCT获得细胞3D图像的地方。这些信息可以帮助将荧光测量引导到特定的感兴趣位置。它为科学家节省了时间,提高了吞吐量,还确保了样本不需要长时间暴露在X射线下,从而减轻了对脆弱细胞的潜在损伤。 SRX的束线科学家Yang Yang表示:“这种相关方法提供了有用的、互补的信息,可以推进几个实际应用。”。“对于药物输送这样的事情,可以识别特定的细胞器子集,然后在治疗过程中重新分配特定的元素时可以追踪它们,让我们更清楚地了解这些药物是如何在细胞水平上起作用的。” 尽管成像技术的这些进步为细胞世界提供了更好的视角,但仍然存在挑战和进一步改进成像的方法。作为NSLS-II实验工具III项目的一部分,Yang是即将推出的定量细胞断层扫描(QCT)波束线团队的科学负责人,该项目将致力于生物成像。QCT是一种全场软X射线断层扫描束线,用于以纳米级分辨率对冷冻细胞进行成像,而不需要化学固定。这种低温软X射线断层扫描束线将与当前的方法相辅相成,为细胞结构和功能提供更多细节。 未来的研究结果 虽然能够窥探构成人体系统的细胞是令人着迷的,但能够了解攻击和破坏这些系统的病原体可以使科学家在抗击传染病方面具有优势。 Liu解释说:“这项技术使我们能够研究病原体与其宿主之间的相互作用。”。“我们可以在感染前观察病原体和健康细胞,然后在感染期间和之后对它们进行成像。我们将注意到病原体和宿主的结构变化,并更好地了解这一过程。我们还可以研究人类微生物组中有益细菌或与植物共生的真菌之间的相互作用。” Liu目前正与美国能源部生物与环境研究项目的其他国家实验室和大学的科学家合作,研究高粱与炭疽病病原真菌Colletotrichum sublineola之间的分子相互作用,炭疽病会损害植物的叶子。高粱是美国能源部的一种主要生物能源作物,也是世界上第五大谷物作物,因此,通过了解这种毁灭性真菌的策略以及高粱的防御机制如何在细胞和分子水平上发挥作用,人类将受益匪浅。 能够看到这样的规模,可以让科学家深入了解病原体对作物、环境甚至人体发动的战争。这些信息可以帮助开发正确的工具来对抗这些入侵者,或者修复在基础层面无法最佳工作的系统。第一步是能够看到一个人眼无法看到的世界,同步加速器科学的进步已被证明是揭开这个世界的有力工具。 这项工作得到了布鲁克海文实验室指导的研究和开发基金以及美国能源部科学办公室的支持。