新光學顯微鏡技術揭示活細胞生物過程

　　新技術所拍攝的視頻生動地展現了細胞內蛋白質的運動和相金相顯微鏡互作用。它們幫助生物學家理解細胞是怎樣改變它們之間的依存結構，以及重整細胞膜結構使得細胞外的分子可以被吸收到細胞內。來自Janelia研究園的研究員EricBetzig博士，李棟博士後*和他們的同事們基於原有的SIM顯微鏡原理新發展了兩種新的超分辨率成像技術。超分辨率光學顯微成像技術能夠跨越理論的分辨率極限，在極高的分辨率下展現細胞內的精細結構。但是，到目前為止，超分辨率顯微鏡技術卻依然不能進行有效的活體細胞成像。
　　“這些方法設立了超分辨率光學顯微鏡的成像速度和非侵入特性的新標准，它們使得超分辨率活體細胞成像成為現實。”Betzig博士說道。在傳統的SIM顯微鏡中，物鏡下的物體被非均勻的結構光（類似於條紋碼）所照明。在實驗中，幾束不同的結構光用來照明物體，它們和物體在不同角度混頻所產生的摩爾條紋被相機依次采集。然後計算機提取摩爾條紋編碼的信息並將其解碼生成三維的高分辨率圖像。最終重建的SIM圖像具有高於傳統顯微鏡圖像2倍的空間分辨率。

　　Betzig博士和其他兩位科學家因為發展超分辨率熒光顯微鏡而被授予2014年諾貝爾化學獎。他說道，SIM顯微鏡技術之所以沒有得到像其它方法那樣多的關注，是因為其它技術能夠提供比兩倍更高的分辨率改進效果。但是，他強調SIM擁有兩大其它的超分辨率方法所沒有的優勢。這些其它方法包括了兩種去年獲得諾貝爾獎表彰的技術：他和同事HaraldHess博士於2006年開發的光激活定位顯微鏡（photo activated localization microscopy，PALM），和受激輻射耗盡（stimula ted emission depletion，STED）顯微鏡。但是，這兩種技術都需要過多或過強的光來照明樣品，以至於熒光蛋白很快被漂白，細胞樣品很快被損害，從而不可能長時間進行成像。然而，SIM在這些方面不一樣，“我愛上了SIM，因為它的速度很快，而且它所需的照明光強度遠遠小於其它方法。”Betzig博士說道。

　　Betzig博士在2011年Mats Gustafsson博士去世後不久開始與SIM相關的研究。Gustafsson博士是SIM技術的先驅之一，生前也是Janelia的研究員。Betzig博士那時已經深信SIM有潛力為解析細胞內部的工作機理提供重要的見解，如果SIM的空間分辨率可以被提高，它對於生物研究的可用性將被大大增強。

　　在生前，Gustafsson博士和博士生HesperRego發展了一種利用飽和耗盡（saturateddepletion）的非線性SIM技術，但這種技術在改進分辨率的同時需要使用很多的光照並且散失了SIM成像速度快的優勢。Betzig博士想到了一種可以避免這些缺陷的方法。

　　飽和耗盡非線性SIM利用光可反復開關的熒光蛋白和其在開關過程中的飽和耗盡效應來提高分辨率。它產生圖像的過程是，首先把所有的熒光蛋白分子激活到可發光的狀態（亮態），然後用一束結構光把大部份的亮態分子反激活到暗態。通過結構光反激活之後，僅有少數處於結構光最弱區域的分子仍然保持在亮態。這些光調控過程提供了物體的高空間頻率信息，從而讓圖像更加清晰。這一過程需要重復25或更多次才能產生最終的高分辨率圖像。Betzig博士說道，這一原理非常類似於顯微鏡STED或另一種與其相關的叫做RESOLFT的超分辨率技術的原理。

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低溫電子顯微鏡技術時代來臨

　　一個笨重的、大約3米高的金屬盒子通過連接細胞天文望遠鏡的橙色纜線，安安靜靜地傳輸著以萬億字節計算的數據。這是世界上最先進的低溫電子顯微鏡之一：低溫電子顯微鏡通過電子束對冷凍的生物分子進行成像，從而得到分子的三維結構。站在這個耗資770萬美金的儀器旁，英國醫學研究委員會分子生物學實驗室（UK Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology，LMB）的結構生物學家SjorsScheres表示，低溫電子顯微鏡非常敏感，一聲喊叫就會帶來極大誤差，導致顯微鏡實驗失敗。“英國需要更多低溫電子顯微鏡，因為未來它會成為結構生物學的主流。”
　　低溫電子顯微鏡震驚了結構生物學。過去30年裡，低溫電子顯微鏡揭示了核糖體、膜蛋白和其它關鍵細胞蛋白的精細結構。這些發現都發表在頂級雜志上。結構生物學家們表示，毫不誇張地說，低溫電子顯微技術正處於革命之中：低溫電子顯微鏡能夠快速生成高分辨率的分子模型，這一點遠超X射線晶體衍射等方法。依靠舊方法獲得諾獎的實驗室也在努力學習這一技術。這種新模型能夠准確地揭示細胞運行的必要機制，以及如何靶向針對疾病相關的蛋白。
　　“低溫電子顯微鏡能夠解決很多以前無法解決的謎題。”舊金山加利福利亞放大鏡大學望遠鏡（University of California）的結構生物學家DavidAgard這樣說道。
　　幾年前Scheres被招進LMB，任務是幫助改進低溫電子顯微鏡，最終他成功了。上個月，他們發表了這個領域最令人振奮的成就：阿茲海默症相關的酶的高清圖片，圖片包括該酶的1200左右個氨基酸，分辨率達到零點幾納米。
　　生物學家們如今仍在努力發展該技術，以期用它解決小分子或可變形分子的精微結構——這對低溫電子顯微鏡來說，也是一大挑戰。來自加利福利亞大學（UniversityofCalifornia）的結構生物學家EvaNogales表示，叫它革命也好，飛躍也好，低溫電子顯微鏡的確打開了一扇大門。

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看得見的原子力顯微鏡助力薄膜技術發展

　　1、看得見的手—原子力顯微鏡助力薄膜技術發展望遠鏡

　　薄膜應用在材料科學技術中十分常見，上至新生代材料(如鐵電數據儲存)，下至日常生活用品(如食物顯微鏡包裝)。其固有維度和對性能的放大鏡強烈依賴性均要求測試工具具有納米級分辨率。

　　材料發展日漸復雜，原子力顯微鏡目前正涉足材料的功能特性表征，包括機械、電氣、機電和磁等方面。儀器Asylum Research的最新應用筆記(題為Asylum Research原子力顯微鏡表征薄膜：高分辨率下的形貌和功能特性)就介紹了原子力顯微鏡在該領域大顯身手的多種形式，也列舉了原子力顯微鏡直接推動薄膜材料發展的例子。

　　在過去的二十年裡原子力顯微鏡作為薄膜材料的測試手段實在是太常用了，以至於人們漸漸有了普通原子力顯微鏡都能承擔測試任務的想法，殊不知薄膜的功能復雜性早已今非昔比！薄膜的形貌往往並不能預示其性能的好壞，後者更大程度上取決於材料的納米電學或納米機械特性，這就對原子力顯微鏡提出了更加嚴苛的要求。

　　2、新型潤滑塗層讓電廠更環保

向冷凝器中通入兩種氣體，在高溫下氣體發生反應並在冷凝器內壁形成一個薄層。這種薄層使冷凝器表面更加光滑，使水蒸氣的凝結和收集更加順利，從而提高了渦輪的效率，減少了有害二氧化碳的排放量並減少了冷卻水的使用。該稱，使用了這種潤滑層的電廠所減少的排放量相當於幾千兩汽車的總排放量。

　　3、新型薄膜電容器

一系列專門用於植入式醫療器械的芯片薄膜電容器——Accu-P®MP系列電容器。這一項目的工程師天文望遠鏡稱，為滿足醫療設備的要求，他們的最重要的兩個設計目標是減少熱量生成和有效散熱。該系列電容器電容公差小、可重復性高、等效串聯電阻(ESR)低、高頻率下品質因數(Q)高。
　　Accu-P MP系列醫用級電容器目前有在三個標准尺寸(0201、0402和0603)，五個額定電壓(10 v、16 v、25 v、50 v和100 v金相顯微鏡)，兩個介電溫度系數(0±30 ppm /℃和0±60 ppm /℃)，電容公差為±0。01 pF±5%，操作溫度為-55℃ + 125℃。

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顯微技術的改善揭示了對細胞過程的新理解

研究人員顯著提高了活細胞結構照明顯微術（SIM）的分辨率，SI放大鏡M是與其它超分辨技術相比有許多好處的一類顯微術。其結果已經給人們就細胞過程提供了一個更為詳細的了解，且對健康顯微鏡研究具有重要的意義。目前，許多其它類型的超分辨顯微鏡都有缺陷；例如定位顯微術和受激發射損耗顯微術必須使用高強度的光照和熒光標記才能獲取圖像，而這會對活體細胞造成損害，望遠鏡即使是在短時間之後。SIM所用的照明強度水平要低得多，但到目前為止，它的分辨率一直限於衍射上限的兩倍。

為了提高SIM的分辨率，Dong Li等人用了一種較高數值孔徑（NA）的透鏡。較天文望遠鏡高的NA不僅將SIM的分辨率從100納米提高至84納米，而且將激發限制在細胞容量的一小部分，從而進一步降低了光毒性並消除了失焦的背景。在第二種方法中，該小組用處於某種波金相顯微鏡長的照明條紋來激活一個熒光蛋白亞組，並接著用處於第二種波長的條紋模式來誘導這些蛋白發射熒光。這兩種照明模式的結合可給出62納米的分辨率，這一分辨率比僅用一種模式所得到的分辨率要好得多。

研究人員接著用這些改善的分辨技術來獲取對細胞過程的新的了解。例如，研究界就肌動蛋白在網格蛋白介導的細胞內吞中所起的作用存在著某些爭論，但通過SIM分辨率的改善，Li等人能夠確認，肌動蛋白的存在增加了網格蛋白內化的概率。他們的研究還用這些新的分辨度對其它數種細胞過程進行了探索，並為蛋白互動提供了漂亮的圖像和卓越的細節。

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用數碼顯微鏡觀察布朗運動的實驗設計

　　“分子永不停息地做無規則的熱運動”是分子動理顯微鏡論的核心內容。布朗運動雖然不是分子的運動，但它卻是分子運動的宏觀反映。因此讓學生觀察到布朗運動的現像就顯得尤為重要。但是由於普通光學顯微鏡的使用操作復雜，且不能讓學生共同觀察，不適合在課堂教學中采用。筆者利用數碼顯微鏡，可以直接把在顯微鏡下才能觀察的現像轉換成數字信號，通過計算機、投影儀顯示在大屏幕上，讓學生看到清晰明顯的布朗運動現像，並通過實驗引導學生進行研究，認識振動、溫度等因素會給布朗運動的微粒運動造成怎樣的影響。
　　一、主要實驗器材
　　數碼顯微鏡、載玻片、蓋玻片、燒杯、膠頭滴管、玻璃棒、水粉畫顏料、透明膠布。
　　二、主要部件的制作
　　(放大鏡一)懸濁液的制備
　　在燒杯中放入150ml左右的清水，將黃豆粒大小的水粉畫顏料放入水望遠鏡中，用玻璃棒攪拌稀釋，靜置一段時間，取中間部分的懸濁液進行觀察。建議使用深紅色顏料，這樣懸濁液中的固體顆粒較小且比較均勻。
　　(二)載玻片的制作
　　在教學參考中建議在玻璃片中間塗一層熱石蠟，冷卻後用小刀在石蠟中央挖一個直徑5mm的圓形槽，在實際動手制作的過程中遇到兩個困難，一個是蠟層的厚度很難控制，不容易保蠟層均勻。二是很難將粘在玻璃片上的蠟去除干淨。本實驗采用的是寬20mm的透明膠布，用白紙剪一個直徑5mm的小圓片，粘在透明膠布有膠的一面的中間，再將粘好紙片的透明膠布粘在載玻片的中央位置，用刻刀將膠布上粘紙片的部分切掉，擦拭干淨就可以得到一個深1mm左右天文望遠鏡，直徑5mm的凹槽了。並且這樣制作的載玻片很容易保存，可以多次重復使用。
　　三、實驗裝置的使用
　　(一)觀察布朗運動的特點
　　用膠頭滴管吸取一滴懸濁液滴在載玻片的凹槽內，蓋上蓋玻片，用吸水紙吸掉多余液體後，將其放置在數碼顯微鏡的載物台上。把數碼顯微鏡與計算機連接好，打開對應電腦軟件的采集窗，放大到全屏。顯微鏡選用600或675倍效果較好。這樣就可以讓全體同學共同觀察到懸浮在液體中的小顆粒在不停的運動了。讓每位學生都一邊眼睛盯著大屏幕中的某一個小顆粒，一邊在白紙上記錄它的大致運動軌跡，通過展示記錄結果，可以看出微粒運動的無規則性，還可以對比觀察到小顆粒的布朗運動要比大顆粒的運動明顯。
　　另外，還可以根據顯微鏡的倍率和對顯微鏡下顆粒大小的測量估算出布朗運動的固體小顆粒的大小在 10-6m的數量級，它並不是分子，在顯微鏡下看起來連成一片的液體，實際上是由許許多多數量級在10-10m的分子組成的，讓學生明確布朗運動並不是分子的運動，它是分子做無規則運動的反映。
　　(二)觀察外界因素對布朗運動的影響
　　1。外界振動的影響
　　可以用筆或玻璃棒輕輕敲擊顯微鏡的載物台或者在顯微鏡旁邊的地面上跳動，也可以向著載玻片吹氣。通過以上演示，可以讓學生真切金相顯微鏡地感受到外界因素給固體小顆粒帶來的是統一的、大規模的、單方向的運動。說明產生布朗運動的原因不在外部，而應該在液體內部。
　　2。溫度的影響
　　利用數碼顯微鏡的錄像功能，現場錄制10秒左右的常溫下布朗運動現像，在屏幕左邊播放，同時打開采集窗，用鹵素燈(熱效應好)對懸濁液進行加熱，對比觀察加熱前後布朗運動劇烈程度的變化。
　　總之，與傳統的顯微鏡相比，用數碼顯微鏡觀察布朗運動實驗效果更好、更穩定，學生只有親眼見到了才會真正相信這種運動的存在，可以有效的提高課堂教學的效率與質量，達到教與學的雙贏。

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在台灣體驗“民宿”

我們從台北開始作環島游，一路向南，經過最南端的墾丁公逢甲住宿園，便轉向台東。這一路上，“台中旅館民宿”隨處可見，與我們內地不同的是，那些農家院落，從內到外都透著一種干淨利落，門前的招牌也極有文化品位。這一天我們來到了屏東縣，按照日程安排，住進了一家名為“紫熹花園”的民宿。

院落不是太大，但到處是花草樹木，芳香撲面，給人一種親切隨和賓至如歸的溫馨之感。進了寬敞的大廳，我們有了第一層震撼。靠窗的地下，是一排三塊大大的木板，光滑的面，厚厚的板，寬達2米，長達6米，紫紅色的木質仿佛透露著財富、身價和歷史文化。這是什麼木頭呢？有人悄悄說是紫檀，有人說是花梨，反正我不懂。

辦好入住手續登上二樓，迎接我們的是第二層震撼。房間太大了，中間應該算作起居室吧，足有100平方米，兩側是臥室，沒想到進去後又分為若干小房間，那兩人標准間也寬大得近乎奢侈，寬大的雙人床，寬大的木椅，寬大的衣櫃。

我感受的第三層震撼，是起居室的裝飾，既簡單又美麗：梁架、木柱、斜枋、牆壁都那麼原汁原味兒的戳在那兒，而在那些拐角處，是一個個張開了的倒掛著的花傘，十分悅人眼目！天花板吊著的一盞盞彩燈，色彩柔和，造型古樸。在樓梯的另一側，我們可以看到一樓吧台後面的一間類似會客室的大房間，周圍的長木桌上，擺著奇石、花卉、文具、書報，中間是用沙發圍著小桌的一個個小區間，有人在聊天，有人在上網，氣氛溫馨而祥和。

安頓利索後，同伴開始利用房間的無線網絡上網，我到起居室轉轉台中住宿，又受到了第四層震撼：哎呀，周圍的十幾個書架上，擺滿了各式圖書！簡直是琳琅滿目了。光這一個起居室，至少也有數千本。客人們洗了澡，在這裡喝著茶，聽著音樂，翻閱著圖書，多有“家”的感覺啊！

我抑制不住自己的好奇和好感，下樓去和旅館老板交流。興許是因為喝了點酒，我和那位漂亮的女老板說起游覽台灣，實現兒時台中飯店夢想的感受，竟然唱起了小時候學的歌：“花兒不斷地開喲，樹葉沒有個黃，台灣真是個好地方我們的好地方。”女老板靜靜地聽著，述說著開辦這家民宿的過程。“紫熹花園”開了10多年了，近年來隨著大陸居民游台的火爆，台灣的民宿業如雨後春筍興旺發達。我說起感受到的震撼，她笑了：“台灣的旅游業管理很嚴，不論是否掙錢，軟硬件必須到位，要讓游客在這裡不僅僅享受到觀光，還要在內心深處感到親和。”所以，他們的民宿，才處處顯得那麼有品位。

告別的時候，女老板提醒我：“二樓房間的托鞋，是不可以穿到一樓來的。”我慚愧極宜蘭民宿了，連忙道歉。這也是台灣民宿的一個特色吧？

第二天早晨，我們吃到了味道可口、鹹淡適宜的早餐。服務人員熱情周到，態度可親。這樣的民宿，哪個不想當“回頭客”呢？


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廈門家庭旅館“牽手”台灣民宿

廈門家庭旅館與台灣民宿，要“手牽手”一起發展。昨天台中住宿，兩岸民宿發展與合作高峰論壇在鼓浪嶼舉辦，台灣一百多名民宿業者代表結伴前來廈門尋求商機。據悉，這是兩岸民宿行業第一次專業交流活動，也是兩岸民宿台中旅館界至今代表面最廣的一次盛會，更是廈門乃至全國範圍內首次如此大規模地迎來台灣民宿業者。

昨天，來自台灣14個縣市的民宿業者與鼓浪嶼家庭旅館商家協會簽訂了合作備忘錄，在兩岸業者的共同推動下，廈門或將成為民宿愛好者在兩岸旅游的中轉站。

廈門的家庭旅館最先出現在鼓浪嶼，目前比較集中的地區還有曾厝垵、黃厝、集美學村等地。據不完全統計，在營業中的家庭旅館已超過1000家。

據悉，鼓浪嶼家庭旅館從2006年真正起步，目前這個面積僅1。87平方公裡的小島上，已有家庭旅館近400家，所提供住宿床位超過8000床。

鼓浪嶼家庭旅館協會會長許一心說，隨著家庭旅館的興起，許多年久失修的老建築被湧入的數億民間資金重新修復，活化利用。但從2011年開始，鼓浪嶼基本停止了家庭旅館的申報審批台中住宿，可家庭旅館還是像雨後春筍般湧現，以致島上無證旅館越來越多。

此次論壇有110多位台灣業者參加，台灣幾乎所有縣市都有代表前來。大陸方面也有來自北戴河、青島、、麗江、江浙、福建等多地的民宿業者參加。他們希望能夠在此次高峰論壇上找到更多的合作機會，從“台灣自由行”的大陸市場上分到一塊“蛋糕”。

據了解，目前到台灣自由行的游客需要通過旅行社辦理證件，通常就通過旅行社訂了台灣的標准酒店。“由於資訊不對稱，大陸游客對台灣民宿的信息了解太少，自然也無從入住民宿。”無法從大陸游客市場台中飯店上分到一杯羹，正是台灣民宿業者最為郁悶的一點。“廈門其實是一個非常符合合作中轉站的城市。”台灣民宿協會全台聯合會創會理事長陳汝濱認為。他表示，如果能夠將到廈門來旅游的游客行程拉長，在廈門觀光宜蘭民宿結束後再到台灣一游，非常願意為這些游客提供整體線路的安排服務。

許一心也表示，希望通過論壇讓更多的旅游業者了解到這一需求，實現雙贏。

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