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《美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员比较了低温冷却器中振荡流量的三种测量方法》

  • 来源专题：计量基标准与精密测量
  • 编译者： 张宇
  • 发布时间：2024-10-21

  • 近日，来自美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员表示为了研究低温冷却器和低温冷却器压缩机通常需要测量振荡质量流量。尽管在低温冷却器研究的相关文献中使用了许多测量技术，但缺乏详细的比较，因此实验人员可能很难决定哪种方法最适合他们。在这项研究中，工作人员使用三种不同的技术同时测量了流速幅度高达约 10 g/s 的振荡氦气：热线风速测定法、测量筛床上的压力差以及测量已知合规存储层中的压力振荡。结果表明，这三种流量测量方法彼此之间的最大流量偏差在个百分点之内；这种高度一致性验证了所有三种方法均可作为低温制冷机实验者的有效测量手段。基于储气罐顺应性的流量测量方法在考虑热边界层效应时最为准确。可在接近环境温度和1.4 Hz的频率下测量振荡流量。

    这项研究的结果已发表在《International Cryocooler Conference》会议录中。

  • 原文来源：https://www.nist.gov/publications/comparison-three-methods-oscillating-flow-measurements-cryocoolers
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  • 《美国国家标准与技术研究院（NIST）研究人员使用红外透射成像的新方法测量活细胞中的生物分子》
    • 来源专题：计量基标准与精密测量
    • 编译者：张宇
    • 发布时间：2024-09-14
    • 近日，美国国家标准与技术研究院（NIST）的科学家首次使用红外（IR）透射成像技术捕捉到水中单个活细胞中生物分子的清晰图像。IR技术使研究人员能够测量细胞中生物分子（如蛋白质）的质量。该方法使用简单的组件，有可能促进生物制药和细胞疗法等方面的进步。 为了加速生物科技的创新，例如研发拯救生命的药物疗法，科学家们正努力开发更快、更定量和更广泛可用的方法来观察活细胞中的生物分子。 NIST的研究人员开发了一种新方法，该方法可以通过红外（IR）光来捕捉细胞内生物分子的清晰图像，因为细胞中的水倾向于吸收红外辐射，所以这在以前的是不可能实现的。新方法消除了基于红外测量中水的模糊效应，并使研究人员能够确定细胞中关键生物分子的数量，例如指导细胞功能的蛋白质。能够测量活细胞中生物分子变化的能力可以加速生物制药和细胞疗法等方面的进步。 红外辐射是刚好超出人眼可见范围的光。虽然我们看不到红外光，但我们可以感觉到它的热量。在红外显微镜中，特定的材料会吸收红外光谱中一系列波长的辐射。科学家测量并分析样品的红外吸收光谱，产生一组“指纹”来识别分子和其他化学结构。然而，水是细胞内外最丰富的分子，它会强烈的吸收红外光，并掩盖细胞中其他生物分子对红外光的吸收。 理解这种光学掩蔽效果的一种方法是将其比作一架飞机从头顶经过太阳旁边时的情景。由于太阳的光芒太过耀眼，所以用肉眼很难看到飞机，但如果你使用一种特殊的太阳遮挡滤镜，那么你就可以很容易地在天空中看到飞机。 NIST 化学家 Young Jong Lee 表示：“在光谱中，水对红外线的吸收能力非常强，我们希望透过浓厚的水背景看到蛋白质的吸收光谱，因此我们设计了光学系统来消除水的模糊效应并揭示蛋白质信号。 Lee开发了一种获得专利的技术，该技术使用光学元件来补偿 IR 的吸水率。这种称为溶剂吸收补偿（SAC）的技术与手工制造的红外激光显微镜一起使用，可对支持结缔组织形成的细胞（称为成纤维细胞）进行成像。在 12 小时的观察期内，研究人员能够在细胞周期的各个阶段（例如细胞分裂）识别生物分子组（蛋白质、脂质和核酸）。虽然这看起来像是很长的时间，但该方法最终比目前的替代方案更快，后者需要在大型同步加速器设施中占用束流时间。 这种称为 SAC-IR（溶剂吸收补偿-红外）的新方法是无需标记的，这意味着它不需要任何染料或荧光标记物，这些染料或荧光标记可能会损伤细胞，并且在不同实验室之间产生的结果也不太一致。 SAC-IR的方法使 NIST 研究人员能够测量细胞中蛋白质的绝对质量，以及核酸、脂质和碳水化合物。该技术有助于为标准化测量细胞中生物分子的方法奠定基础，这项技术被证明在生物学、医学和生化技术研究中是大有可为的。 “例如，在抗癌细胞疗法中，从患者体内提取出的免疫细胞被训练后，达到可以更好地识别和杀死癌细胞的效果，然后再将这些免疫细胞重新注射到患者体内，人们不禁会问，'这些细胞安全有效吗？'我们的方法可以通过监测有关细胞内生物分子的更多形态变化来帮助评估细胞的健康状况，“Lee 表示。 其他潜在应用包括使用细胞进行药物筛选，无论是在研发新药还是评估候选药物的安全性和有效性方面。例如，这种方法可以通过测量大量单个细胞中各种生物分子的绝对浓度来帮助评估新药的效力，或者分析不同类型的细胞对药物的反应。 研究人员希望进一步开发这项技术，以便能够更准确地测量其他关键生物分子，例如 DNA 和 RNA。该技术还有助于为细胞生物学中的基本问题提供详细的答案，例如哪些生物分子特征与细胞活力相对应——换句话说，就是细胞是活着的、奄奄一息的、还是已经死亡的。 “一些细胞在冷冻状态下被保存数月或数年，然后解冻以备后用。我们还没有完全掌握在解冻细胞的同时保持其最大的活性的能力。但凭借我们新的测量能力，我们可能能够通过观察它们的红外光谱来帮助开发更好的细胞冻融流程，“Lee 表示。 相关研究成果已于2024年9月4日发表在《Analytical Chemistry》期刊上（DOI：10.1021/acs.analchem.4c02108）。
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  • 《美国国家标准与技术研究院（NIST）等机构研究人员强调了基因治疗中标准化测量方法的必要性》
    • 来源专题：计量基标准与精密测量
    • 编译者：李晓萌
    • 发布时间：2025-01-12
    • 近日，研究人员评估了基因治疗中常用的几种测量技术，这一发现对最有前景的尖端医学治疗之一具有重要意义。该研究确定，最流行的技术之一是“有问题的”，需要进一步开发和标准化。 在基因治疗中，一个人的错误基因要么被替换，要么被修改，以治疗或预防疾病。市场上有大约20多种产品，数百项临床试验正在进行或计划进行，这种治疗被誉为一种革命性的方法，可以针对镰状细胞到癌症等疾病的根本遗传原因。 一些基因治疗使用修饰的腺相关病毒（AAV）将治疗性遗传物质递送到患者的细胞中。这些AAV被设计成靶向特定的细胞类型。然后，他们的感染性遗传物质被治疗性遗传物质所取代，并被给予患者。 正确测量AAV载体对其安全性和有效性至关重要。 在最近发布的一项研究中，美国国家标准与技术研究院（NIST）、国家生物制药制造创新研究所（NIIMBL）和美国药典（USP）的研究人员招募了美国和欧洲的六个行业实验室来测量样本AAV载体。 实验室被要求量化载体中遗传物质和病毒颗粒的浓度。他们使用了四种测量技术，并将结果报告给了研究的作者。 在部署的四种测量方法中，聚合酶链式反应-酶联免疫吸附试验（PCR-ELISA）的准确度和精密度最低。研究人员所说的准确性是指测量值与正确值的接近程度。精度是指该方法是否产生一致的相似结果。 PCR-ELISA的不精确性导致该研究的作者得出结论，该方法“再现性差”。其结果在同一实验室和不同实验室都无法可靠地复制。 他们补充说，如果没有进一步的方法开发和协调，该方法“不应用于定量[AAV载体的测量]”。 PCR-ELISA实际上是两个独立的工具结合在一起。PCR用于量化遗传物质，ELISA测量构成病毒外壳的蛋白质。这两种测试已经存在了几十年，目前市场上每种测试都有几十个版本。 因此，NIST化学工程师Wyatt N.Vreeland表示，PCR-ELISA的制造和使用方式存在微妙但重要的差异。他表示，每个人在进行PCR-ELISA检测时都可能认为自己在做同样的事情，但事实往往并非如此。 “这就像是同一块巧克力蛋糕的食谱，”该研究的首席研究员Vreeland表示。“你可以给别人同样的配料，但当你使用不同的设备制作它们或在不同的烤箱里烘烤它们时，蛋糕的结果就不一样了。” 以下是该研究对其他三种方法的发现： ·SEC-MALS（多角度光散射和串联UV/Vis和/或折射率的尺寸排阻色谱）是测试方法中最准确和精确的方法。 ·使用UV/Vis和/或瑞利干涉光学的SV-AUC（沉降速度分析超速离心）不如SEC-MALS准确和精确，这让研究人员感到惊讶，因为SV-AUC被认为是AAV载体测量的“金标准”。然而，SV-AUC在创建AAV载体中遗传和病毒颗粒分布的详细“图谱”方面优于SEC-MALS。该研究表明，“SEC-MALS可以作为一种通用方法实施，必要时可以使用[SV-AUC]进行更完整的分析。” ·A260/A280双波长紫外分光光度法测量样品对紫外光的吸收，与其他方法相比具有明显的局限性。它无法区分部分填充或过度填充的AAV载体。此外，AAV蛋白颗粒太大，设备无法处理而不产生错误。分光光度法的这些问题都有很好的记录，而且该技术通常不依赖于高精度的测量。 该研究没有对过去、正在进行或未来依赖这些方法测量AAV载体的基因治疗研究得出结论。它也没有提出任何政策或监管建议。 在未来的工作中，NIST、USP和NIIMBL的研究人员计划为SV-AUC制定标准操作程序（SOP）。NIIMBL是NIST支持的公私合作项目，旨在支持生物制药制造。SOP是针对特定技术或方法的详细书面说明。科学家们相信，广泛接受SV-AUC的SOP将使其再现性性能提高到与已经有SOP的SEC-MALS相同的水平。 “我们测试的所有不同方法都有其局限性和不确定性，”Vreeland表示。“重要的是，你要了解你的测量技术能告诉你什么，不能告诉你什么。” 相关研究成果已于2024年12月26日发表在《Human Gene Therapy》期刊中。（DOI: 10.1089/hum.2024.124）
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