《多模态跨尺度生物医学成像设施落户怀柔》

  • 来源专题:重大科技基础设施领域知识集成服务平台
  • 编译者: 魏韧
  • 发布时间:2019-11-08
  • 由北京大学作为法人单位建设的“十三五”国家重大科技基础设施——多模态跨尺度生物医学成像设施项目可行性研究报告日前获得国家发改委批复。据悉该设施项目批复总投资约17.35亿元,新建建筑面积72000平方米,建设周期为5年,力争本月底开工建设。

    中国科学院院士、北京大学教授程和平此前接受记者采访时表示,生物医学样本可以通过与光、电、磁、热、声、力、发射线等发生作用来进行测量,其结果以图像的方式加以呈现,如我们熟悉的光学显微镜、超声成像、内窥成像、磁共振成像等,这些都是不同的成像模态,它们在分辨率、灵敏度、特异性等方面各有优缺点。多模态融合成像可以融合各种模态,优势互补,实现各技术性能的最优化。

    据介绍,此次获批的该项目,成像设施主要建设多模态医学成像装置、多模态活体细胞成像装置、多模态高分辨分子成像装置、全尺度图像数据整合系统、模式动物与样品制备平台及配套土建工程,将建立完备的核心成像设施,从细小的分子到“米”级的人,无缝覆盖跨越9个数量级的超大尺度范围,具备动态、高灵敏度、无损观测能力。同时,装置间通过全尺度图像整合系统实现有机对接,形成跨尺度、多模态、自动化和高通量的生物医学成像全功能研究平台,实现高端生物医学影像仪器装备的“中国创造”,在综合能力上成为世界一流的生物医学成像设施。

    成像设施建设地点位于怀柔科学城的核心区,将与高能同步辐射光源、综合极端条件等国家重大科技基础设施形成集群效应,促进多学科交叉融合。项目建成后将按照“开放合作、资源共享”的原则,面向多用户、多领域开放,开展科学研究和国内外交流合作。目前,成像设施指挥部正在积极开展开工手续办理工作,力争在本月底前动工建设。

  • 原文来源:https://mbd.baidu.com/newspage/data/landingshare?pageType=1&isBdboxFrom=1&context=%7B%22nid%22%3A%22news_10086123498073486527%22%2C%22sourceFrom%22%3A%22bjh%22%7D&from=timeline
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    • 美国能源部橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)领导的一个研究小组通过独特的成像工具和原子水平模拟技术,解决了一个长期存在的争论,即一种有望从光中获取能量的材料的性质。 研究人员利用多模态成像技术“观察”有机-无机钙钛矿薄膜内纳米尺度的相互作用,钙钛矿是一种用于太阳能电池的材料。他们确定这种材料是铁弹性的,这意味着它可以形成极化应变域,以最小化弹性能量。这一发现与先前的假设相反,即这种材料是铁电性的,这意味着它可以形成极化电荷域,从而使电能最小化。 “我们发现人们被标准机电测量中的机械信号误导,导致了对铁电的误解,”ORNL的刘永涛说。 奥尔加·奥夫钦尼科娃(Olga Ovchinnikova)是ORNL纳米材料科学中心(CNMS)的实验负责人,她补充说:“我们使用多模态化学成像技术——扫描探针显微镜结合质谱和光学光谱技术——来证明这种材料是铁弹性的,以及铁弹性如何驱动化学分离。” 发表在《自然材料》(Nature Materials)上的研究结果显示,不同的菌株会导致电离分子在薄膜区域内迁移和分离,从而产生可能影响电荷传输的局部化学反应。 这种独特的成像工具使研究人员能够更好地关联结构和功能,并对能量采集薄膜进行微调,以提高性能。 “我们希望能够预测出特定大小和几何形状的颗粒,”刘说。“几何将控制应变,应变将控制局部化学。” 在他们的实验中,研究人员通过在涂有氧化铟锡的玻璃基板上旋转铸造钙钛矿来制造薄膜。这个过程产生了光伏设备需要的导电透明表面,但也产生了应变。为了减轻应变,形成了微小的铁弹性区域。一种类型的领域是“谷物”,它看起来就像你在农田上看到的一样,不同的农作物之间相互倾斜。在谷物中,子域形成,类似于在一片农田中交替出现的两种植物类型。这些相邻但相对的行是分离化学物质的“双域”。 科学家们先前用来宣称这种材料是铁电材料的技术是压电反应力显微镜(“piezo”意思是“压力”),原子力显微镜(AFM)的尖端测量由于其与电极化耦合而产生的机械位移——即机电位移。Ovchinnikova警告说:“但实际上你并没有测量材料的真实位移。”“你在测量悬臂的整个‘跳水板’的挠度。”因此,研究人员使用了一种新的测量技术,将悬臂动力学与因压阻反应引起的材料位移分离开来——干涉式位移传感器(IDS)是密码AFM的选择,由牛津仪器研究所首席执行官罗杰·普罗克斯(Roger Proksch)共同开发。他们发现这种材料的反应仅仅来自悬臂动力学,并不是一个真正的压敏反应,证明这种材料不是铁电性的。 “我们的工作表明,铁电极化的效应可以用化学偏析来解释,”刘说。 这项研究的不同显微镜和光谱测量提供了实验数据来验证原子水平的模拟。这些模拟带来了可用于设计未来材料的预测性见解。 Ovchinnikova说:“我们之所以能够做到这一点,是因为CNMS拥有独特的环境,在这里我们可以在一个屋檐下进行表征、理论和合成。”“我们不只是利用质谱法,因为它能提供当地化学信息。我们也使用光谱学和模拟来观察分子的方向,这对理解这些材料很重要。ORNL的这种内聚性化学成像能力利用了我们的功能成像。 与产业界的合作使ORNL能够为科学家提供独特的工具,包括那些解决了关于采光材料本质的争论的工具。例如,使用氦离子显微镜(he)去除和电离分子的仪器与二级离子质谱(SIMS)结合,根据分子的重量来识别分子。hims - sims仪器ZEISS ORION NanoFab由开发商ZEISS提供给ORNL进行beta测试,是世界上仅有的两种这样的仪器之一。同样,来自庇护研究中心的IDS仪器,是一种激光多普勒振动计,也被ORNL用于beta测试,并且是现存的唯一仪器。 “橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的研究人员天生就很适合与工业界合作,因为他们拥有独特的专业技能,并且能够首次以他们想要的方式使用工具。”“ORNL拥有一个设备(CNMS),可以为许多科学用户提供仪器和专业知识,他们可以测试不同问题上的工具,并在测试期间提供强大的反馈,因为供应商开发和改进了这些工具,在这种情况下,我们的新IDS计量AFM。” ——文章发布于2018年9月25日
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