一、研究背景

在嚙齒動物中，BAT（Brown Adipose Tissue，棕色脂肪）是一個新陳代謝組織。不同于白色脂肪，棕色脂肪因含有豐富的血管和大量的線粒體，而呈現(xiàn)棕紅色的外觀，可以在寒冷或饑餓環(huán)境下分解線粒體、為生物體提供能量。長久以來，棕色脂肪被認為只存在于小型哺乳動物和嬰幼兒中，而近期的研究發(fā)現(xiàn)，棕色脂肪同樣存在于成人體內(nèi)，并在能量平衡調(diào)節(jié)方面發(fā)揮重要的功能。由此，棕色脂肪在能量代謝相關(guān)疾病如肥胖、Ⅱ型糖尿病以及代謝紊亂等ZL領(lǐng)域顯示出巨大的應用潛能，關(guān)于棕色脂肪的功能和應用也迅速成為一個新的研究熱點[1]。

如何測量棕色脂肪一直是困擾科研人員的一個問題，早期的研究可能需要把實驗動物處理，剝離脂肪進行測量，但這種方法并不精確，且無法對棕色脂肪的變化情況進行追蹤；研究發(fā)現(xiàn)，棕色脂肪對葡萄糖有高攝取，使得18F-FDG（18F標記的葡萄糖類似物）可反映棕色脂肪的能量代謝情況[2][3]，因而小動物PET/CT可以有效評價棕色脂肪的活動，提供棕色脂肪在機體中活動的直觀數(shù)據(jù)，是研究小動物棕色脂肪的一種有效方法和重要工具。

二、研究內(nèi)容

提醒事項：因在肥胖研究中，白色脂肪棕色化、棕色脂肪激活具有重要意義，因而動物實驗中常會用到肥胖體型的實驗動物，所以對PET設(shè)備的動物艙尺寸以及有效視野有較高的要求。

小知識點：被掃描動物的橫向直徑（動物體寬）＜動物艙內(nèi)徑＜PET橫向有效視野，滿足此條件才能重建成像。

本實驗使用的設(shè)備為平生公司的小動物PET/CT（型號：Super Nova?），該設(shè)備的大號動物艙內(nèi)徑為89mm，橫向有效視野為100mm，該尺寸滿足實驗用肥胖大鼠、鼠兔、豚鼠的體寬。

研究者將高原鼠兔作為研究對象，利用Super Nova PET/CT系統(tǒng)（平生YL），觀察高原鼠兔在低溫環(huán)境下，其體內(nèi)的肩胛骨處棕色脂肪激活狀態(tài)。高原鼠兔是一種生活于海拔3200~5200米土坡上的嚙齒動物，體態(tài)渾圓，是青藏高原的特有物種。有研究表明，高海拔地區(qū)的鼠兔較低海拔鼠兔皮下脂肪會表現(xiàn)出脂肪代謝能力的適應性改變：棕色脂肪的含量增加，以及棕色脂肪的產(chǎn)熱能力的增加。

研究者將實驗組高原鼠兔始終置于低溫環(huán)境中，再與常溫環(huán)境下的對照組高原鼠兔一起，注射18F-FDG后進行PET/CT掃描，結(jié)果顯示對照組的肩胛骨處棕色脂肪無明顯攝取，而實驗組的肩胛骨處棕色脂肪有明顯攝取。

實驗注明：因棕色脂肪在肩胛骨分布較多，本實驗主要探究高原鼠兔實驗組和對照組在肩胛骨處棕色脂肪激活狀態(tài)。Super Nova? PET/CT系統(tǒng)擁有130mm單床位軸向掃描視野范圍，可在一個床位下完成鼠兔軀體掃描，能夠及時有效獲取脂肪代謝動態(tài)圖像信息。

三、結(jié)論

該實驗表明，在寒冷刺激下，高原鼠兔肩胛區(qū)棕色脂肪激活顯著增加，可以利用小動物PET/CT系統(tǒng)進行活體持續(xù)性的研究。

鳴謝：青海大學在使用平生公司的小動物PET/CT設(shè)備后提供的實驗數(shù)據(jù)和圖片分享。

文中注釋：

[1].     Cypess, A.M. & Kahn, C.R. The role and importance of brown adipose tissue in energy homeostasis. Curr. Opin. Pediatr. 22, 478-84 (2010).

[2].     Baba S, Tatsumi M, Ishimori T, et al. Effect of nicotine and ephedrine on the accumulation of 18F-FDG in brown adipose tissue[J]. Journal of Nuclear Medicine, 2007, 48(6): 981-986.

[3].     Borga M, Virtanen KA, Romu T, et al. Brown adipose tissue in humans: detection and functional analysis using PET (positron emission tomography), MRI (magnetic resonance imaging), and DECT (dual energy computed tomography) [J]. Methods Enzymol, 2014, 537: 141-159.

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前言

腫瘤學是小動物PET/CT分子影像技術(shù)的應用熱點之一，主要在評估腫瘤模型的建立、進行腫瘤模型篩選、腫瘤檢測及藥效評價方面發(fā)揮著重要作用。除了在腫瘤方面的應用外，PET還在大鼠的腸道方面有重要應用。

 案例一、小鼠肺部腫瘤

本案例選用的是20g肺部腫瘤小鼠，尾靜脈注射FDG260μci,代謝60分鐘，采集10分鐘。從圖像中看出左側(cè)肺部有一明顯腫瘤區(qū)域。

案例二、FDG在大鼠腸道的顯像

鹽酸二甲雙胍是一線降糖藥，本類藥物不刺激胰島β細胞，對正常人幾乎無作用，而對2型糖尿病人降血糖作用明顯。它不影響胰島素分泌，主要通過促進外周組織攝取葡萄糖、控制葡萄糖異生、降低肝糖原輸出、延遲葡萄糖在腸道吸收，由此達到降低血糖的作用。

本案例使用的是238g糖尿病大鼠，在使用了二甲雙胍藥物后，尾靜脈注射FDG270μCi，代謝半小時后掃描，采集10分鐘。從圖像可以看出，腸道內(nèi)FDG聚集，推測二甲雙胍可能刺激葡萄糖從血液循環(huán)到腸腔內(nèi)空間的轉(zhuǎn)移。

案例三：大鼠胃切除后的炎癥反應

本案例選用的是251g大鼠，胃部切除手術(shù)后尾靜脈注射FDG  370μci,代謝一個小時，采集十分鐘。從圖像可以看出胃部切除部分的邊緣有更多的FDG攝取，提示炎癥的發(fā)生。胃部切除的部分也可以通過軟件自動計算切除部分的體積等。

結(jié)尾：小動物pet/ct是當今醫(yī)藥領(lǐng)域及生物工程方面的領(lǐng)先技術(shù)。通過對小型嚙齒動物(小鼠或大鼠)進行活體狀況下的功能及解剖成像，獲得該動物身體功能成像、藥物分布等情況，能對腫瘤、神經(jīng)、心血管等疾病以及遺傳基因研究及藥物臨床前篩選等提供先進的技術(shù)支持。

 骨質(zhì)疏松研究

顯微CT成像對骨質(zhì)疏松癥的研究尤為重要，特別是疾病進展和治LX果，因為它是少數(shù)能夠提供骨礦物質(zhì)含量和密度信息的成像技術(shù)之一。通過高分辨率的顯微CT測量這些變化，有助于開發(fā)ZL劑并理解控制這些過程的分子機制。 

在骨質(zhì)疏松的動物研究中，雌性鼠雙側(cè)卵巢摘除是一個較成熟的模型，可以成功建立模擬雌激素缺乏而導致的骨質(zhì)疏松癥狀。 

例：有A-F編號的6個實驗大鼠離體股骨樣本，其中A是正常對照組，B到F為骨質(zhì)疏松組（去卵巢造模）使用不同抗骨質(zhì)疏松藥物干預。分割處理如圖1所示；感興趣區(qū)骨小梁的展示如圖2；ROI骨小梁和ROI皮質(zhì)骨的相關(guān)骨參數(shù)計算如表1.

 骨再生材料研究

有關(guān)材料植入物的骨骼研究中，通常的目標是檢查骨整合，即植入物周圍的骨骼狀態(tài)。顯微CT可以提供植入物和周圍骨骼的3D圖像數(shù)據(jù)，并提供相關(guān)分析。

 骨關(guān)節(jié)炎研究

建立骨關(guān)節(jié)炎（OA）動物模型是尋找關(guān)節(jié)炎疾病有效ZL措施的重要途徑。因顯微CT可探測骨皮質(zhì)的微小結(jié)構(gòu)改變，與其他影像學方法相比，在評估小關(guān)節(jié)中有很大的優(yōu)勢。利用顯微CT可以評估骨性關(guān)節(jié)炎進展中軟骨骨質(zhì)的微小變化，評估骨密度以及軟骨骨化情況來研究骨性關(guān)節(jié)炎的病理生理，以及軟骨中的鈣質(zhì)沉積變化。 

骨關(guān)節(jié)炎是以關(guān)節(jié)軟骨下骨硬化或囊性變，關(guān)節(jié)邊緣骨質(zhì)增生，滑膜增生，關(guān)節(jié)間隙變窄為主要特征。

實驗設(shè)備：VENUS? Micro-CT 

            中文名：桌面型高分辨顯微CT

            型號：VNC-100

    “碳達峰”和“碳中和”一直都是能源領(lǐng)域的熱點話題，作為助力“雙碳”戰(zhàn)略的生力軍，光伏產(chǎn)業(yè)具有舉足輕重的地位。目前光伏的主力是硅太陽能電池，它們具有效率高、穩(wěn)定性好、產(chǎn)業(yè)鏈完備、使用壽命長的優(yōu)勢。然而，晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率到達瓶頸，且從硅料到組件至少經(jīng)過4 道工序，單位制程需要3 天以上，同時還需要大量人力、運輸成本等。為了讓太陽能的利用更加便捷、高效且廉價，科學界和工業(yè)界正在研制新型太陽能電池；鈣鈦礦太陽能電池就是備受關(guān)注的后起之秀，鈣鈦礦疊層效率極限可達50%，而鈣鈦礦組件在單一工廠完成生產(chǎn)，原材料經(jīng)過加工后直接成組件，沒有傳統(tǒng)的“電池片”工序，大大縮短制程耗時。但是，如何制備大面積且能保持較高效率的鈣鈦礦太陽能電池，依然是難題，也成了制約其產(chǎn)業(yè)化應用的瓶頸。

       原速ALD在鈣鈦礦電子傳輸層、空穴傳輸層、鈍化層、封裝阻水層等領(lǐng)域已取得了突破性進展，獲得了業(yè)界的認可。為了更高效地服務于世界光伏產(chǎn)業(yè)高地，原速也在上海建立了技術(shù)研發(fā)中心。截止目前，公司已形成服務于鈣鈦礦電池研發(fā)、中試、100MW、 GW級量產(chǎn)的產(chǎn)線ALD技術(shù)解決方案。

1、ALD-SnO2 應用于鈣鈦礦電池電子傳輸層 

? ALD 相比于傳統(tǒng)沉積技術(shù)，在制備超薄膜時具有更優(yōu)異的均勻性和保形性，以及缺陷更少的優(yōu)點

2、ALD-NiO 應用于鈣鈦礦電池空穴傳輸層 

? ALD 可用于制備性能優(yōu)異的超薄（<10 nm）NiO 空穴傳輸層

3、ALD 應用于鈣鈦礦電池鈍化層 

? ALD 超薄膜可以應用于界面處，通過和懸掛鍵反應的方式減少表面缺陷，或排斥載流子，達到鈍化的效果

4、ALD 應用于鈣鈦礦電池封裝 

? 致密的 ALD 膜可達到有效的阻水氧的效果

       鋰離子電池在充放電過程中，鋰離子在正負極之間穿梭。在充電過程中，鋰離子從正極脫出經(jīng)過電解液和隔膜到達負極發(fā)生反應。在放電過程中鋰離子從負極返回正極嵌入正極材料。在循環(huán)過程中，正極材料面臨許多的問題如自身體積的變化，晶體結(jié)構(gòu)的改變，界面結(jié)構(gòu)的退化等導致的容量衰減。同樣的，負極材料也面臨著體積膨脹，枝晶的生長導致的負極材料的粉碎溶解、從集流體表面剝離脫離、電接觸變差，短路等一系列問題，這些問題導致材料的容量和循環(huán)性能嚴重下降，甚至電池的起火爆炸。

       原子層沉積（ALD）薄膜沉積可以合成具有原子級精度的材料，基于自限的膜納米級的控制，可以實現(xiàn)多組分膜的化學成分控制、大面積的薄膜/工藝的可重復性，具備低溫處理以及原位實時監(jiān)控等技術(shù)特征。該技術(shù)在鋰離子電池，太陽能電池，燃料電池以及超級電容器中都具有廣泛的應用。

      ALD已經(jīng)被公認是一種非常有前途的工具可以用來解決鋰離子電池以及其他電能儲存設(shè)備所面臨的問題。ALD在鋰離子電池中的應用主要分為兩個方面：(1)高性能電池電極，隔膜，集流體材料等的制備；(2)表面修飾。其應用主要總結(jié)在下圖：

1、ALD在電極材料及電解質(zhì)制備中的應用

a、ALD 用于負極材料的制備

采用ALD技術(shù)制備的負極材料主要集中在過渡金屬氧化物(TMOs), 如RuO₂, SnO₂, TiO₂和ZnO. 其能量密度比傳統(tǒng)的石墨電極高。同時，為了解決TMOs負極材料所面臨的挑戰(zhàn)，如SnO₂在循環(huán)過程中較大的體積變化，TiO₂低的電子跟離子電導率，由超高電導率的碳基材料如石墨烯，碳納米管以及Mxenes與TOMs組成的復合負極材料可以很好的融合兩者的優(yōu)勢。

如：ALD制備的TiO₂/CNF-CFP(carbon fiber paper)負極，具有高可逆容量（272 mAh g^?1 at 0.1 A g^?1），超高倍率性能(133 mAh g^?1 at 40 A g^?1) 以及超長循環(huán)穩(wěn)定性（≈ 93%容量保持率在10000 圈 at 20 A g^?1）。

b、用于正極材料的制備

通過ALD技術(shù)制備的正極材料有非鋰化正極如V₂O₅, FePO₄; 鋰化正極如LiFePO₄, LiCoO₂以LixMn₂O₄。

如TiO₂/V₂O₅/@CNT paper正極在100 mA g^-1的電流密度下的放電比容量為400 mAh g^-1，達到了理論放電比容量。 同時，正極材料V2O5的溶解問題可以通過TiO₂層得到，同時不損失容量跟倍率性能。

c、SSEs固態(tài)電解質(zhì)的制備

歸功于其安全性及循環(huán)穩(wěn)定性，全固態(tài)鋰離子電池近來成為了研究的熱點。ALD可以解決全固態(tài)鋰離子電池所面臨的兩大關(guān)鍵性挑戰(zhàn)：a.高界面阻抗，b.低離子電導率。 最近采用ALD制備的固態(tài)電解質(zhì)有LiPON, Li7La₃Zr₂O₁₂, LixAlySizO, LixTayOz, LixAlyS and Li₂O-SiO₂.這些含鋰SSEs提供了一個關(guān)鍵的技術(shù)平臺來制備高能量密度，長壽命以及安全的可充放電池。如下圖所示，ALD制備的LLZO為制備3D全固態(tài)鋰離子微電池提供了一條技術(shù)路線。

2、ALD在電池電極，隔膜，集流體等表面修飾領(lǐng)域的應用

a、ALD對負極表面修飾的應用

在負極材料中，ALD表面/界面修飾技術(shù)主要為了解決從SEI膜引發(fā)的系列問題。在循環(huán)過程中，SEI膜的大量形成以及體積變化會引起電極的破壞，從而引發(fā)新的暴露面導致容量的衰減。如在石墨負極表面沉積Al2O3可以在電池循環(huán)了200圈之后有效地保持98%的首圈容量。

鋰金屬作為負極材料的未來之星，在鋰金屬的沉積跟剝離過程中，鋰枝晶的生長導致電池短路的問題亟待解決。采用ALD技術(shù)在鋰金屬表面構(gòu)建例如有機/無機復合人工SEI膜，可以有效地抑制鋰枝晶的生長。

b、ALD對正極表面的修飾作用

為了解決正極材料表面所面臨的電解液分解，相變，析氧以及過渡金屬溶解等問題,采用ALD技術(shù)在正極材料表面沉積保護層可以作為物理阻擋層或者HF清除層，從而有效地提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性跟倍率性能。在正極材料（層狀結(jié)構(gòu)：LiCoO₂, LiNixMnyCozO₂,富鋰(Li-rich)xLi₂MnO₃·(1 ? x)LiMO₂(M = Mn, Ni, Co)，尖晶石結(jié)構(gòu)LiMn₂O₄)表面沉積的ALD鍍層主要可以分為四類：a金屬氧化物：Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, MgO, CeO₂, Ga₂O₃; b氟化物：AlF₃, AlWxFy; c磷化物：AlPO₄,FePO₄; d含鋰化合物：LiAlO₂, LiTaO₃, LiAlF₄。

　　手持光譜儀在貴金屬檢測方面有著廣泛的應用。以下是幾個常見的應用領(lǐng)域：

　　貴金屬鑒別：手持光譜儀可以通過分析貴金屬的光譜特征，確定其成分和純度。通過比對樣品光譜與已知貴金屬光譜數(shù)據(jù)庫，可以快速識別和鑒別金、銀、鉑等貴金屬。

　　市場監(jiān)管：在貴金屬市場監(jiān)管中，手持光譜儀可以幫助監(jiān)測機構(gòu)或消費者驗證貴金屬產(chǎn)品的真?zhèn)巍Ｍㄟ^對樣品進行光譜分析，可以確認產(chǎn)品是否含有標稱的貴金屬成分，防止假冒偽劣產(chǎn)品出現(xiàn)。

　　防偽溯源：手持光譜儀可以用于貴金屬產(chǎn)品的溯源和防偽。通過建立貴金屬產(chǎn)品的光譜數(shù)據(jù)庫，可以對產(chǎn)品進行標識，并通過光譜特征進行溯源驗證，確保產(chǎn)品的來源和真實性。

　　公安安全：手持光譜儀可用于犯罪現(xiàn)場勘查中貴金屬物證的鑒定。通過采集物證樣品的光譜，與參考光譜對比分析，可以確定物證中是否含有貴金屬，提供調(diào)查破案的線索。

　　環(huán)境監(jiān)測：貴金屬在環(huán)境中的存在常常與污染有關(guān)。手持光譜儀可以用于現(xiàn)場快速檢測土壤、水體和空氣中貴金屬的含量，幫助環(huán)保部門進行環(huán)境監(jiān)測和污染源追蹤。

　　手持光譜儀的應用在貴金屬領(lǐng)域具有非常重要的意義，它能夠提供快速、準確的貴金屬分析結(jié)果，為各個領(lǐng)域的工作提供支持和保障。

　　贏洲科技作為儀景通一級品牌代理商，擁有完整的售前售后服務體系，如有儀器購買或維修需求，可聯(lián)系贏洲科技為您提供原裝零部件替換、維修。

      在微納集成器件進一步微型化和集成化的發(fā)展趨勢下，現(xiàn)有器件特征尺寸已縮小至深亞微米和納米量級，以突破常規(guī)尺寸的極限實現(xiàn)超微型化和高功能密度化，成為近些年來的熱點研究領(lǐng)域。微納結(jié)構(gòu)器件不僅對功能薄膜本身的厚度和質(zhì)量要求嚴格，而且對功能薄膜/基底之間的界面質(zhì)量也十分敏感，尤其是隨著復雜高深寬比和多孔納米結(jié)構(gòu)在微納器件中的應用，傳統(tǒng)的薄膜制備工藝越來越難以滿足其發(fā)展需求。ALD 技術(shù)沉積參數(shù)高度可控，可在各種尺寸的復雜三維微納結(jié)構(gòu)基底上，實現(xiàn)原子級精度的薄膜形成和生長，可制備出高均勻性、高精度、高保形的納米級薄膜。

       微機電系統(tǒng)(MEMS)是尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級，是一個獨立的智能系統(tǒng)，主要由傳感器、動作器(執(zhí)行器)和微能源三大部分組成，廣泛應用于智能系統(tǒng)、消費電子、可穿戴設(shè)備、智能家居、系統(tǒng)生物技術(shù)的合成生物學與微流控技術(shù)等領(lǐng)域。MEMS的構(gòu)造過程需要精細的微納加工技術(shù)，而工作過程伴隨著器件復雜的三維運動，其中ALD技術(shù)均可發(fā)揮重要作用，ALD具有高致密性以及高縱寬比結(jié)構(gòu)均勻性，為MEMS機械耐磨損層、抗腐蝕層、介電層、憎水涂層、生物相容性涂層、刻蝕掩膜層等提供優(yōu)質(zhì)解決方案。

       磁隧道結(jié)(MTJ)是由釘扎層、絕緣介質(zhì)層和自由由層的多層堆垛組成。在電場作用下，電子會隧穿絕緣層勢壘而垂直穿過器件，電子隧穿的程度依賴于釘扎層和自由層的相對磁化方向。隨著MTJ尺寸的不斷縮小以及芯片集成度的不斷提高，MTJ制備過程中的薄膜生長工藝偏差和刻蝕工藝偏差的存在，將會導致MTJ狀態(tài)切換變得不穩(wěn)定，并降低MTJ的讀取甚至會嚴重影響NV-FA電路中寫入功能和邏輯運算結(jié)果輸出功能的正確性。ALD技術(shù)沉積參數(shù)高度可控，可通過精準控制循環(huán)數(shù)來控制MTJ所需達到的各項參數(shù)，是適用于MTJ制造的最佳工藝方案之一。

      生物物理學微流體器件可由單個納米孔和電極組成，也可以由許多納米孔陣列組成，可同時篩選、引導、定位、測量不同尺度的生物大分子，在生物物理學和生物技術(shù)領(lǐng)域中有著廣泛的應用前景。生物納米孔逐漸受到了人們的普遍重視引起了人們的廣泛興趣，尤其是納米孔作為生物聚合物的檢測器件，為一些生物化學現(xiàn)象的基礎(chǔ)研究提供了研究的平臺。然而生物納米孔所固有的一些缺陷也很明顯，如生物相容性差及微孔的尺寸不可更改等；針對于此，ALD技術(shù)可通過表面修飾，改善納米孔的生物相容性，同時提升抗菌抑菌和促進細胞合成。

圖一: ALD Al2O3(僅~10 nm)可作為MEMS齒輪高硬度潤滑膜

圖二：ALD應用于低溫MEMS器件構(gòu)造

圖三：MRAM磁隧道結(jié)（MTJ）存儲元件

圖四：一種具有納米蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)的細菌纖維素膜