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05-26

顯微鏡下破譯基因“密碼” 這個實驗室展示出不一樣的生物世界

五月六日，西南大學桑樹育種中心，一名科研人員正在測量長穗桑果實的長度。?5月6日，西南大學蠶桑微生物顯微鏡室，科研人員正在用激光掃描共聚焦顯微鏡研究微孢子蟲。?5月6日，西南大學家蠶基因資源庫，科研人員正在檢查蠶寶寶健康狀況。?5月6日，西南大學桑樹組織培養室，科研人員正在觀察培養基中的桑樹樣本。?5月6日，西南大學國家桑樹品種改良中心重慶分中心精密儀器分析室，一條條染色體就是在這里用顯微操作儀從細胞中挑出來的。?實驗室名片家蠶基因組生物學國家重點實驗室?歷史基因依托西南大學建設的家蠶基因組生物學國家重點實驗室，于2011年10月由科技部批準建設?，F有科研用房1.7萬余平方米，在四川、廣西、云南、新疆、廣東等地區建有多個工作站和20余個實驗基地。擁有各類儀器設備4000余臺/套，設備總價值約1.2億元。?研究方向實驗室以基因組生物學系統研究為核心，主要開展家蠶基因組和功能基因組、蠶桑資源與實驗生物系統、生物技術與遺傳改良三個方向的研究。擁有一支以中國工程院院士、教育部特聘教授、領軍人才、“青年專家”、重大科技計劃“首席科學家”等為主要陣容的研究隊伍。?光榮業績實驗室近年來承擔國家重點研發計劃、973計劃、863計劃、國家自然科學基金及科技合作項目等科研項目600余項。先后在國內外學術雜志發表論文1200余篇，出版著作10余部，授權專利100余項，獲國家、省部級和科技成果獎30余項。實驗室曾牽頭繪制家蠶基因組框架圖及精細圖，完成蠶類基因組重測序、桑樹全基因組測序和家蠶微孢子蟲全基因組測序，引領家蠶模式生物化和蠶桑產業改造升級，讓我國蠶桑學研究和產業創新處于前沿地位。重慶日報消息，2003年，牽頭繪制家蠶基因組框架圖；2008年，成功繪制完成家蠶基因組精細圖譜；2009年，繪制蠶類基因組遺傳變異圖譜；2013年，完成家蠶病原性微孢子蟲的全基因組圖譜；牽頭完成桑樹全基因組圖譜?！@一項項震驚世界的研究成果，都出自家蠶基因組生物學國家重點實驗室。在西南大學，有一群由院士領銜的基因“密碼”破譯專家。他們通過實施家蠶基因組、桑樹基因組和家蠶微孢子蟲基因組研究計劃，向世人展示出基因組時代不一樣的生物世界。5月6日，重慶日報記者走進這個實驗室進行探訪。蠶寶寶住“宮殿”，一日三餐專人照顧這里有世界蠶基因資源庫走進西南大學2號門，沿大路右拐，一座歐式風格的建筑便出現在記者面前，這就是實驗室所在地。站在大門口，門頭上方的“蠶學宮”楠木牌匾頗顯古韻，而旁邊掛的“家蠶基因組生物學國家重點實驗室”金屬牌匾則充滿現代感?！白?，我們先去看蠶?！睂嶒炇抑魅未姐y帶著記者徑直往蠶學宮對面的家蠶基因資源庫走去。家蠶基因資源庫所在的建筑被稱作“蠶宮殿”，有3000平方米。負一樓放置桑葉，其他四層樓基本上都是蠶房。記者聞著一股桑葉的清香往里走，進入一樓的一間蠶房，眼前的一切猶如進入神奇的昆蟲世界——左右兩側的鋼架上，綠色的蠶缽從下往上一排排整齊擺放，這就是蠶寶寶的“床”，每張“床”上都有密密麻麻的蠶寶寶?！安煌贩N的蠶寶寶可以共處一房，但不可以共用一‘床’?！贝姐y說，家蠶基因資源庫始于上世紀40年代，致力于家蠶遺傳資源收集、創制、保存和整理。在蠶桑遺傳育種專家、中國工程院院士向仲懷的帶領下，實驗室建立了世界家蠶基因資源庫，目前已擁有1000份以上家蠶基因資源，覆蓋家蠶突變型的90%以上。家蠶基因資源采用活體保存，有效期僅有一年，所以每年春天實驗室都會大規模養蠶，安排專人照顧蠶寶寶，每天早上、下午和晚上喂食。記者發現，這里的蠶寶寶有的身上布滿黑色條紋，有的則是純白色，有的甚至是透明色。更神奇的是，蠶寶寶的血液竟有不同的顏色。保種研究人員胡海說，這影響它們結出來的繭不都是常見的白色，而是五顏六色?！靶Q繭的顏色跟血液的顏色性狀具有必然聯系?！焙Ｅe例說，如果蠶寶寶的血液是黃色，就會結黃色、稻草色或粉紅色的繭；如果是無色，則會結綠色或白色的繭。這些色素物質都來自桑葉。在“蠶宮殿”二樓的一個房間里，還有一個年代久遠的老書柜，里面存放的竟然是蠶寶寶的“家譜”?！凹易V”一本本整齊碼放，總共三排，是從上世紀40年代開始記錄的。翻開早已泛黃且有些破損的“家譜”，可以了解到蠶寶寶的每個世代是怎么來的，發生了哪些變化?！斑@些資料太珍貴了，凝聚了幾代科研人員的心血，所記錄的蠶寶寶是蠶業科學和產業發展雄厚的生物資源基礎?！贝姐y表示。用玻璃針挑染色體，比“繡花功”更精細破譯3萬多個基因“密碼”讓桑樹有了多用途長久以來，人們只知道種桑養蠶、繅絲織綢，一切圍著蠶絲轉，桑樹很多的潛在價值沒有被挖掘出來，沒有形成獨立的學科，更像是蠶學的“附屬品”。十多年前，向仲懷院士提出桑樹基因組計劃。隨后，實驗室副主任何寧佳作為項目負責人，帶領研究團隊開始探索桑樹基因組的奧秘。各種野生桑樹資源有多少條染色體？每條染色體承載了哪些遺傳“密碼”？……要解答這些問題，就要先獲取染色體。在國家桑樹品種改良中心重慶分中心的精密儀器分析室，何寧佳向記者展示了他們是如何獲取染色體的。走進分析室，一名科研人員正在用顯微操作儀挑染色體，把一條條染色體從細胞中挑出來，實現染色體微分離。而執行這項重要任務的，就是顯微操作儀上的玻璃針?！安Ａп樀尼橆^很細，能達到微米級?！焙螌幖迅嬖V記者，當玻璃針進入桑樹的細胞核后，染色體可以掛在針尖上，然后被挑出來。然而，這可是比“繡花功”更精細的活兒，就算是熟練工也要3分鐘才挑得出一條染色體。做實驗所需的染色體動輒幾十上百條，光是挑染色體就要七八個小時。不同的實驗目的需要不同的染色體，如何準確找到所需？“染色體自身并不發熒光，我們利用熒光探針進行標記，讓要研究的染色體顯示出顏色，便于追蹤?！焙螌幖呀榻B。在顯微操作儀旁邊的顯示屏上，可以清楚地觀察到被標記成不同顏色的染色體，很容易把它們進行區分，個個都無處藏身?！吧溆?萬多個基因，分布在各條染色體上。但它們究竟是怎么分布的，哪些地方是富集區域，哪些基因控制果實長短、果色、酸甜度等，都可以從細胞學上進行評判?！焙螌幖驯硎?，目前，他們已建立了完善的桑樹基因組數據庫，并構建了桑樹功能基因組研究平臺。桑樹基因組的解析帶動了傳統桑樹學科的重建和產業重構，為桑樹多用途綜合利用與開發、蠶桑產業鏈的延伸提供了數據支撐。在此基礎上，創造新的桑樹種質資源，選育出果桑、飼料桑、藥用桑等優良品種，這就是研究成果的應用之一。在西南大學校園內地勢高處，有實驗室建的150畝桑樹育種中心，加上校外還有50多畝，總共200多畝。桑園內有1000多種桑樹，來自天南海北。走進桑樹育種中心，記者發現很多特別的桑樹，其中一種桑樹上掛滿了果實，但果實是長條形，有20多厘米，顏色呈黃綠色而非常見的紫色，吃起來甜度高，口感好?！斑@種長穗桑就是品種選育的成果，通過改變桑樹的性狀，就可以產生更高的經濟價值?！焙螌幖颜f。僅有幾微米長的孢子會上演“變形記”實驗室研發出萬能試紙條可用于檢測多種疾病蠶寶寶會生病，家蠶微孢子蟲病就是嚴重的災害性蠶病。微孢子蟲是一種單細胞真核生物，體積極小，昆蟲、牲畜和魚類等感染后會造成重大經濟損失。它甚至能感染人類，引起腸炎、呼吸道感染、腦炎等，對艾滋病患者、器官移植者等免疫系統有缺陷的人群，更是有致命性危害。在該實驗室，就有一支研究團隊專門對付這個肉眼看不見、但殺傷力巨大的“敵人”。在蠶桑微生物顯微鏡室，有一臺激光掃描共聚焦顯微鏡，它可以幫助科研人員了解“敵人”。記者看到，在激光掃描共聚焦顯微鏡下，微孢子蟲的孢子就會現形。正在做實驗的博士呂青告訴記者，微孢子蟲侵染宿主細胞的機制在自然界中十分獨特。圓圓的孢子，直徑僅幾微米，其內部有一根長長的極管，像彈簧一樣盤繞著。如果受到刺激，極管就會在極短的時間彈出，并將孢子內的細胞核向外運送，進入宿主細胞生長發育，并反復分裂增殖?？墒?，由各種蛋白構成的極管直徑只有100納米，細胞核的直徑卻有700納米，是極管的7倍，極管究竟是如何把細胞核運送出去的？神奇之處就在于，細胞核可以上演一出“變形記”，把圓圓的身材“變”成瘦長的身材，在通過極管末端之后，再立馬恢復原形。這一套高難度的動作，細胞核完成起來游刃有余?！拔㈡咦酉x真是非常神奇，當年我看到微孢子蟲切片時，就決定要用一生去研究它！”實驗室副主任潘國慶說。2017年，實驗室通過與美國阿爾伯特·愛因斯坦醫學院合作，在全球首次發現了微孢子蟲侵染過程中的相關蛋白，這一發現為防治相關病害提供了依據和方法?！拔覀冄邪l出一種單克隆抗體，在此基礎上做出來一種萬能試紙條。目前，通過添加有關微孢子蟲的擴增引物，已經可以對家蠶、對蝦微孢子蟲病進行檢測?！迸藝鴳c表示，之所以稱作萬能試紙條，是因為通過更換不同的擴增引物，它還可以檢測其他疾病，擁有廣闊的應用前景。家蠶基因組生物學國家重點實驗室是在幾代人的努力下建起來的，家蠶基因研究成果不僅貢獻于蠶業進步，也對認識人類健康具有積極價值。5月6日，重慶日報記者專訪了實驗室向仲懷院士、主任代方銀。?重慶日報：實驗室為何會依托西南大學來建設？向仲懷：西南大學的蠶學研究歷史悠久，家蠶遺傳學研究始于上世紀40年代，從我國家蠶遺傳學的奠基人蔣同慶先生開始，幾代科研人員付出巨大心血，積淀深厚。我們建立博士點、部級重點實驗室、國家重點學科打基礎，進入本世紀以來，我們在家蠶基因組學領域一直占據先進地位，率先取得一系列原創性重大成果，使家蠶成為基因組學研究的重要參照。?重慶日報：實驗室建設發展過程中遇到過什么困難？向仲懷：2003年，我們牽頭繪制完成家蠶基因組框架圖，實現了蠶業科學技術研究的破局。做家蠶基因組測序有三個目的，一是支撐產業振興，二是鱗翅目害蟲防治，三是生產有用蛋白。但后來發現，都很難實現。盡管未盡人意，但通過做家蠶基因組測序，我們把學科和隊伍建立起來了。僅做蠶研究還不足以支撐產業突破的路子，回過頭又做桑研究。通過做桑樹基因組測序，找到蠶桑產業發展的新途徑，確立了“立桑為業、多元發展”的根本方針，實現學科重建和產業重構，形成適應21世紀發展的嶄新學科和產業。?重慶日報：未來實驗室將如何發展？代方銀：隨著國家重點實驗室優化重組的加快推進，我們將優化整合科技資源和優勢研究力量，擬以桑蠶、蜜蜂等特種經濟動物為先鋒物種，瞄準生物種業、鄉村振興、健康中國、生態建設、糧食安全、區域發展等國家重大戰略需求，圍繞種質保護與創新、安全養殖、資源利用關鍵技術創新，對特種經濟動物展開研究，為引領和支撐我國特種養殖產業高質量、可持續健康發展，發揮更大的作用。
顯微鏡下破譯基因“密碼” 這個實驗室展示出不一樣的生物世界
03-17

新的顯微鏡以有史以來高的分辨率觀察原子

2018年，來自康奈爾大學的研究人員建造了一個極高功率的探測器，該探測器使用一種稱為ptychography的算法驅動過程，將目前先進的電子顯微鏡的分辨率提高了兩倍。在這個過程中，這一突破創造了分辨率紀錄，但那時候的機器只對只有幾個原子厚的超薄樣品起作用。由康奈爾大學的一些相同研究人員領導的一個新團隊研發了一種新的電子顯微鏡像素陣列檢測器（EMPAD），使用更精細的三維重建算法將他們2018年的記錄提高了2倍。該項目的研究人員說，分辨率是如此精細，剩下的模糊是來自樣品本身的原子的熱抖動。該研究團隊由大衛·穆勒領導，他說新的顯微鏡不只是創造了一個新的記錄；它定義了一個新的邊界，它實際上將成為顯微鏡分辨率的一個終極極限。穆勒還說，這項發展為科學家們長期以來想測量的事情開辟了新的可能性。這一突破解決了一個長期存在的問題，即解除了光束在樣品中的多重散射，這是科學家漢斯·貝特在1928年定義的概念，過去一直阻礙著科學家解決這一問題。斑點成像技術利用重疊的散射圖案掃描材料樣品，并尋找重疊區域的變化。穆勒說，科學家們正在追逐斑點圖案，這些圖案看起來很像貓咪喜歡攻擊的激光筆圖案?？茖W家希望看到圖案的變化，并能計算出引起該圖案的物體的形狀。探測器略微失焦，光束很寬，以盡可能捕捉廣泛的數據。該團隊開發的復雜算法重建了圖案，形成了一個極其精確的圖像，精度達到一皮米。
新的顯微鏡以有史以來高的分辨率觀察原子
03-17

創造數個顯微鏡探索大腦奧秘

中央紀委國家監委網站王珍?團隊成員在實驗前對儀器進行調試。?清醒小鼠在氣流刺激胡須下的全腦結構—功能成像。（清華大學成像與智能技術實驗室供圖）當一段音樂響起，大腦中哪些神經元會活躍起來？又是哪些神經環路在起作用？中風前后，腦血管中免疫細胞流量有何變化？癲癇的病理發生機制是什么？……近日，記者走進清華大學成像與智能技術實驗室，探訪如何通過顯微儀器多維度、多尺度探索大腦的奧秘。據了解，清華大學成像與智能技術實驗室戴瓊海團隊于2018年研制出高分辨光場智能成像顯微儀器（英文簡稱RUSH）。該儀器首次實現音樂刺激下清醒小鼠全腦皮層范圍神經網絡活動的高速成像，使得上述問題在實驗動物身上得到更深一步的研究。儀器是科學研究的“先行官”?？梢哉f，該儀器的誕生帶來一系列連鎖反應，極大促進了腦科學的研究與發展，并有助于推動人工智能的發展。如今，RUSH仍然是介觀光學顯微儀器，它也因此被稱為“顯微鏡”。1超大體積占用三個房間，儀器主體有一人多高5月13日下午，在位于清華大學主樓7層的成像與智能技術實驗室里，記者見到了這臺創造了數個顯微儀器，“大”是記者的第一感受。不同于那些可以“拿起來就走”的傳統顯微鏡，這臺“顯微鏡”包含了3000多個自主設計、國內生產的光學、機械、電子部件，僅主體部分就要單獨占用一個房間。房間內，兩個長約2.5米、寬約1.5米的實驗臺呈90度直角放置，上面分別架設著一個一人多高的黑色金屬外殼?！斑@是為了防止實驗過程中可能出現的光線干擾等?！眱x器研發團隊成員、清華大學自動化系副研究員范靜濤告訴記者，進行實驗時，該房間溫度、濕度、潔凈度等都有嚴格的控制標準。掀開一側的金屬外殼，記者看到，一個實驗臺上架設著顯微儀器的物鏡系統、光源系統和成像系統，另一個實驗臺上架設著另外一組照明系統。物鏡系統相當于相機的鏡頭。RUSH的物鏡體積非常大。普通光學顯微鏡的物鏡比一節一號電池略小，而RUSH的物鏡體積是普通光學顯微鏡的900倍。物鏡下是一個六足的六自由度位移臺，拍攝對象就是固定在這里?！皟山M光源系統通過數字計算可進行一系列反射、折射，為拍攝小鼠大腦照明，相當于拍攝時的燈光，確保每一個角落都能被看清?！睋鹅o濤介紹，得益于此，該儀器可以實現空間維度、光譜維度等多維度智能成像。儀器中很多部件都是柔性的，研究人員可以根據實驗需求進行自由組合。在儀器旁邊的桌子上，放置著幾臺電腦?！斑@一臺是儀器的控制系統，比如這個位移臺怎么移動、什么時候開始拍、什么時候停止，等等，都通過這臺電腦操縱?！狈鹅o濤指著其中一臺電腦告訴記者。說罷，他又指著另一臺電腦說：“這一臺是顯示系統，拍攝的畫面可以在這個屏幕上實時顯示?！比欢?，這個在記者眼中已覺十分龐大的主體部分卻是該儀器中小的一塊。據介紹，RUSH整體共占了三個房間，除了顯微儀器主體外，冷卻機、數據計算和存儲平臺還分別占用了一個房間。在水冷機房，記者看到了4臺冷卻機。據介紹，儀器工作時會發熱，要想持續獲得比較好的成像質量，溫度控制十分重要?！巴ǔＪ强刂圃?0攝氏度左右，靠的就是這4臺冷卻機，它們通過管線與像感器相連接，借助流水帶走熱量?！狈鹅o濤告訴記者。水冷機房隔壁的隔音玻璃房，就是數據計算和存儲機房。這是RUSH大的一部分，占地約50平方米。2超寬視場兼顧厘米級視場和百納米分辨率，既“看得寬”又“分得清”在生活中，一平方厘米對于我們而言，很小，只有指甲蓋般大小。但在腦科學領域，一平方厘米卻很大，大到可以覆蓋小鼠全腦皮層，擁有成百上千億個神經元。借助RUSH，研究人員可以看到小鼠全腦皮層范圍的單個神經元，從而揭示其神經網絡的活動規律。也就是說，該儀器既可看“點”、又可觀“面”，既可觀測細節、又可觀測系統，這奠定了RUSH視場介觀光學顯微儀器的地位。腦是人類認識自然的“疆域”，揭示神經環路的活動規律是了解腦結構和高級功能的必由之路。然而，大腦有成百上千億個神經元，每個神經元又包含千余個信息收發分支，由于觀測儀器的制約，無法獲得觀測對象的活體全腦高分辨率動態成像數據，數十年始終制約著相關研究取得重大突破。傳統的微觀電鏡成像，可以觀測到神經細胞的精細結構，但無法實現活體觀測；宏觀功能核磁可以觀測動態腦區級功能活動，但因為分辨率不夠高，看不到神經細胞。因此，戴瓊海團隊一開始便瞄準了“介觀尺度高通量顯微儀器”這一研究方向，目標是實現超寬視場、超高分辨率、超快成像速度，要看得寬、分得清、拍得快、存得下?；趯嶒瀯游镄∈蟠竽X直徑1厘米、神經元結構微米級、神經活動毫秒級的特性，研發團隊將視場和分辨率目標分別設為厘米級、亞微米級。要攻克的首要難題是解決視場與分辨率之間相互制約的固有矛盾?！耙詡鹘y顯微鏡為例，當我們想要看得清的時候，觀測范圍勢必很??；當我們想要大視野范圍時，又要犧牲掉分辨率?！狈鹅o濤告訴記者，導致這種矛盾出現的原因是，現有成像儀器是在“物面和像面均為平面”的前提下進行設計的。實際上，平面物體的理想光學成像是曲面的，且視場越大，像面彎曲程度越高。為了配合平面成像傳感器，校正像面彎曲會使得周邊變“虛”。團隊另辟蹊徑自行設計了適應像面彎曲的寬視場物鏡系統，提高了光學信息的獲取能力。這一獨創設計正是RUSH儀器能兼顧“看得寬”與“分得清”的關鍵。另一方面，通過像感器矩陣實現并行的數據采集、傳輸、存儲與重建，再融合計算照明，使得視場、分辨率、幀率、數據通量綜合指標均處于領先地位?！扒嫦窀衅麝嚵小笔且粋€由多個像感器組成的矩陣，每個像感器對應視場中的不同區塊，拍攝曲面中間像中近似平面的一小部分，拼接成一個整體顯示出來。因其形似，而被團隊成員親切地稱為“紅燒肉”?！耙淮鷥x器是由35個像感器組成的陣列，二代儀器升級為28個像感器陣列?！狈鹅o濤介紹。2017年誕生的第一代RUSH，視場大小為1厘米×1.2厘米、分辨率為800納米，每幀圖像達到1.69億像素，也就是說一幀圖像可以鋪滿24個4k電視。目前，第二代RUSH已實現了1平方厘米的視場、近400納米的分辨率，拍下的每幀圖像有3.36億像素。3超高數據通量相當于一秒鐘可下載7部3G大小的電影RUSH不僅看得寬、分得清，而且還拍得快，是數據通量高的介觀光學顯微儀器?！暗诙鶵USH的數據通量超過了100億像素/秒，是世界上排名第二的雙光子隨機掃描顯微鏡的980多倍?！狈鹅o濤告訴記者。100億像素/秒大概是什么概念？“相當于一秒鐘可以下載7部3G大小的高清電影?！比绱梭@人的數據通量如何“存得下”？該儀器還有一套專門的數據計算和存儲設備集群，單獨占用了一個房間。該集群分兩側排列，一側是計算單元，通過實時計算確定需要保留的數據，并將其儲存至另一側的存儲單元，供研究人員隨時察看研究。記者了解到，該集群目前可存儲11000TB圖像信息。作為目前首次實現小鼠全腦皮層范圍神經活動高分辨率成像的儀器，RUSH已經完成許多創新性實驗，在生命科學、醫學等領域發揮了重要作用。比如，借助RUSH實現清醒小鼠在氣流刺激胡須下的全腦結構和功能成像，研究大腦功能信號和腦血管舒張是否存在關系；多尺度觀察小鼠腦部免疫細胞的遷移過程，幫助醫學家等研究人體的免疫保護機理；深入探究癲癇病理發生機制；結合人工智能實現腦膠質瘤病理切片原發灶/轉移灶高通量瞬拍與分析；打造基于高通量成像的藥物篩選平臺，加速藥物研制；利用RUSH開展神經網絡機制研究，為人工智能跨越發展提供新途徑……創新仍在繼續！以RUSH為研究起點，清華大學成像與智能技術實驗室研發團隊已研制出系列儀器。清華大學成像與智能技術實驗室成立于2001年，專注于前沿交叉領域原始創新，主要是開展光場成像、智能技術、腦與認知科學研究，目前研制出了“兩芯一器”，“兩芯”是指光電芯片和成像芯片，“一器”就是被稱為“顯微鏡”的高分辨光場智能成像顯微儀器?！帮@微鏡”的研究背景：2008年，該研究團隊“閉關”，埋頭看學術文章、思考、討論，就是為了搞清楚：下一步，大家到底做什么研究才會真的對人類有貢獻？他們決定方向之一是往生命科學走，因為這個世紀是生命科學的世紀。事實上，一直以來，腦科學被視為人類理解自然界現象和人類本身的“終極疆域”，對于提升人類認知水平、腦疾病診治和人工智能技術發展具有十分重要的意義。近年來，多國紛紛宣布啟動腦科學研究，但卻缺乏有效的研究儀器——過去，腦觀測儀器主要有兩個方向：微觀儀器能看清神經元，但看不到全腦；宏觀儀器能看到全腦，但無法分辨神經元。經過4年學習、準備，2012年，團隊進一步明確，要打造一個介觀尺度儀器，在清晰度上盡量向微觀靠近，分辨率越高越好；在視場上盡量向宏觀靠近，觀測范圍越大越好，從而為腦科學研究提供觀測工具。因為掌握了工具就等于掌握了武器，工具的突破可能帶來一系列連鎖反應。2016年，腦科學與類腦研究被列入“十三五”規劃。在“十四五”規劃中，腦科學與類腦研究再次被列為七大科技前沿領域攻關項目之一。這也證明了該研究方向和研究取得的成果是有意義的?！帮@微鏡”的研發過程：該儀器的誕生歷經很多年。2012年動議研發觀測腦皮層神經、腫瘤轉移的儀器。2013年，申請自然基金委國家重大科研儀器設備研制專項并獲得支持。設計驗證、原型驗證、元件加工、系統集成……到2017年初，第一代儀器誕生并開始進行生命科學實驗。后來，在實驗基礎上，團隊又進行了設計優化。第二代儀器在2018年底開始進行生命科學實驗，視場大小為1厘米×1厘米，分辨率為0.396微米，每幀圖像可達3.36億像素，成像幀率30幀/秒，數據通量可以超過100億像素/秒。而同一時期，其他國家研制的儀器每秒只能拍到千萬像素?！帮@微鏡”為什么叫RUSH：RUSH取自三個能夠描述其特性的英文詞組首字母縮寫：實時的（Real-time）、極大范圍的（Ultra-large-Scale）、高分辨率的（High-resolution）?！帮@微鏡”中的學科交叉：從研發、制造，到利用儀器產出觀測成果，學科交叉合作起了非常大的作用。該團隊里所有人的學術背景都不一樣，有學計算機的、有學光電信息技術的、有學腦科學的，等等，而且從事儀器研究的博士生，也要考生物實驗的資格證，因為可能會需要用小鼠做實驗。不僅如此，除清華大學外，RUSH的研制單位還包括浙江大學和中科院上海光學精密機械研究所；驗證單位包括中國人民解放軍陸軍軍醫大學（原第三軍醫大學）、華中科技大學同濟醫學院、中科院上海生命科學研究院。正是這些不同背景的科研人員不斷碰撞思維、共同合作，才推出了這一創新成果。下一步，他們將繼續探索更多創新成果，并著力推動創新成果轉化落地。
創造數個顯微鏡探索大腦奧秘
03-20

別只看光學性能，手術顯微鏡這項性能也很重要

隨著臨床對顯微外科手術需求的日益增加，手術顯微鏡已作為不可缺少的手術輔助設備廣泛應用于口腔外科手術。為實現口腔精細化診療，減少醫生長時間操作手術的疲勞，提高手術效率和成功率，手術顯微鏡不僅需要優異的光學性能，還得具備良好的操作性能（簡單、省力、方便）。VISTA顯微鏡平衡臂而操作性能的好壞很大程度上是由顯微鏡機架決定的。設計手術顯微鏡機架時，不僅需要保證鏡頭能夠根據手術需要自由移動，方便牙醫觀察和操作，同時為提高顯微鏡定位精度及手術安全性，其鎖緊裝置也是極為重要的一環。VISTA顯微鏡5S電磁鎖設計VISTA顯微鏡5S電磁鎖+平衡臂可以解決牙醫口腔診療過程中遇到的哪些問題？口腔臨床診治對顯微鏡機身的操控性要求很苛刻，輕微的觸碰可能會導致機身偏移，使得診療位置影像跑出視野，不利于手術操作安全精準。5S電磁鎖+平衡臂的完美搭配可平穩地控制顯微鏡的移動，輕松、靈活定位到手術位置，大大提高了手術的效率上半身長期保持向前弓的姿勢，牙醫在手術過程中無法處于舒適坐姿易疲累，這不僅影響其手術質量，也容易引發頸椎、腰椎等脊柱疾病危害健康，采用人體工學設計，可以讓醫生坐姿標準、舒適，手術更專注可避免手術過程中出現的繁瑣的移動操作，只要按下按鍵就可以移動，當顯微鏡調整到手術所需位置時，松開按鈕鎖緊關節、定位準確、操作簡單且方便為了讓顯微鏡在手術開始時迅速準備就位，VISTA顯微鏡支架設計得極其輕便，5S電磁鎖+平衡臂使其能夠輕松定位在要求的角度和位置。另外，其鉸鏈式鏡筒設計、±25°鐘擺系統也使得醫生手術操作更為方便。鉸鏈式鏡筒設計，0°-190°鏡翻轉±25°鐘擺系統，無需歪頭找目鏡5S電磁鎖+平衡臂特點詳解：5S電磁鎖5s（操作順滑Smooth、穩定Stable、安全Safe、可靠Stanchly、堅固Strong）電磁制動系統為顯微鏡定位提供了大的靈活性，配合平衡臂的調節系統，可實現指尖輕點式操控，單手平順移位輕松快速定位所需要的診療位置，確定后，電磁鎖系統可鎖住機械關節，機身穩固，圖像不易抖動，并且觸碰機身也不會導致機身偏移，臨床診療中更加安全、可靠平衡臂平衡臂可支撐顯微鏡的重量，自由調節機頭重心位置，使其在重新定位時可單手操作在增加外置配件時，重心可通過轉矩及阻尼調節，使得機頭重心可以重新恢復到順滑的狀態，操控靈活自如，負重前行依然平穩順滑現在你了解了VISTA顯微鏡中的5S電磁鎖+平衡臂功能及其臨床意義了嗎？本期小結不管牙醫有著怎樣的差異化需求，為確?？谇痪毣\療的安全性，口腔顯微鏡都應該輕松、定位準確，且具有快速穩定的支撐性。下面再簡單總結一下上述內容：為減少醫生長時間操作手術的疲勞，提高手術效率和成功率，手術顯微鏡必須具備良好的操作性VISTA顯微鏡掛臂配置平衡調節系統，可自由調節機頭重心位置，增加外置相機等附件時，調節阻尼轉矩，鏡身可依然保持柔滑平穩狀態VISTA顯微鏡5S電磁鎖可快速定位所需診療位置，相較于阻尼式移動更加順滑穩固鎖緊，不抖動，手術過程穩定安全詳解了手術顯微鏡這么多功能，你對這款口腔手術輔助設備是否有一定的了解了呢？更多VISTA顯微鏡功能剖析，我們下期見
別只看光學性能，手術顯微鏡這項性能也很重要
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