近年來，范德瓦爾斯（vdW）材料中的表面極化激元(SP)研究，例如等離極化激元、聲子極化激元、激子極化激元以及其他形式極化激元等，受到了廣大科研工作者的關注，成為了低維材料領域納米光學研究的熱點。其中，范德瓦爾斯原子層狀晶體存在獨特的激子極化激元，可誘導可見光到太赫茲廣闊電磁頻譜范圍內的光學波導。同時，具有較強的激子共振可以實現非熱刺激（包括靜電門控和光激發(fā)）的光波導調控。

    前期的眾多研究工作表明，掃描近場光學顯微鏡（SNOM）已經被廣泛用于穩(wěn)態(tài)波導的可視化表征，非常適合評估范德瓦爾斯半導體的各向異性和介電張量。 如上所述，范德瓦爾斯材料中具有異常強烈的激子共振，這些激子共振能產生吸收和折射光譜特征，這些特征同樣被編碼在波導模式的復波矢量qr中，鑒于范德瓦爾斯半導體在近紅外和可見光范圍內對ab-平面的光學極化率有重大影響，因此引起了人們的研究興趣。

    2020年7月，美國哥倫比亞大學Aaron J. Sternbach和D.N. Basov教授等研究者在Nature Communications上發(fā)表了題為：”Femtosecond exciton dynamics in WSe₂ optical waveguides”的研究文章。研究者以范德瓦爾斯半導體中的WSe₂材料為例，利用德國neaspec公司的納米空間分辨超快光譜和成像系統(tǒng)，通過飛秒激光激發(fā)研究了WSe₂材料中光波導在空間和時間中的電場分布，并成功提取了飛秒光激發(fā)后光學常數的時間演化關系。同時，研究者也通過監(jiān)視波導模式的相速度，探測了WSe2材料中受激非相干的A-exciton漂白和相干的光學斯塔克（Stark）位移。                                                                原文導讀：

①    在納米空間分辨超快光譜和成像（tr-SNOM）實驗中（圖1，a），研究者首先將Probe探測光（藍色）照到原子力顯微鏡（AFM）探針JD的頂點上，從探針JD頂點（光束A）散射回的光被離軸拋物面鏡（OAPM）收集并發(fā)送到檢測器。同時，WSe₂材料的中的波導被激發(fā)并傳播到樣品邊緣后，進而波導被散射到自由空間（光束B）。第二個Pump泵通道（紅色）可均勻地擾動樣本并改變波導的傳播。 通過在WSe₂/SiO₂界面處的近場tr-SNOM的振幅圖像（圖1b）可明顯觀察到約120 nm厚WSe₂材料邊緣（白色虛線）處形成的特征周期條紋—光波導電場分布。研究者進一步通過定量分析數據，分別獲取了穩(wěn)態(tài)和光激發(fā)態(tài)下，WSe₂中波導的光波導的相速度q1,r和q1,p。

圖1：納米空間分辨超快光譜和成像系統(tǒng)對WSe₂材料中光波導的納米成像結果。

a:實驗示意圖（藍色為Probe光，紅色為Pump光）；b：近場納米光學成像 c: 在穩(wěn)態(tài)下，WSe₂邊緣的近場光學振幅圖像；d: 光激發(fā)態(tài)下，延遲時間 Δt=1ps的WSe₂邊緣的近場光學振幅圖像；e: 分別對c、d進行截面分析，獲取定量數據。Probe探測能量，E=1.45 eV

②    研究者通過變化Probe探測能量范圍（1.46–1.70 eV）及其理論計算成功獲取了WSe₂晶體穩(wěn)態(tài)下的色散關系和理論數據顯示A-exciton所對應的能量。

圖2：WSe₂晶體穩(wěn)態(tài)動力學的時空納米成像研究。

a: 不同Probe能量的近場光學振幅；b: 傅里葉變換（FT）分析; c:  Lorentz擬合的WSe₂塊體材料介電常數面內組成；d: 基于Lorentz模型理論計算的能量動量分布（吸收光譜）。Probe探測能量，E 1.46–1.70 eV。

③    為了進一步研究光激發(fā)下WSe₂中波導的色散和動力學，研究者進一步在90 nm的WSe₂材料上，通過探測能量E = 1.61 eV，泵浦能量E = 1.56 eV，泵浦功率1.5 mW的實驗條件進行了一列的納米空間分辨超快光譜和理論研究。研究結果表明（圖3a,b），研究者成功獲取到了不同延遲時間Δt與δq2和δq1的關系。結果表明：光激發(fā)后的DY個ps內，虛部q2（圖3a）突然下降（δq2<0）并迅速恢復。另一方面，理論計算結果（圖3，c）顯示了在A-exciton附近（黑色虛線箭頭），初始能量Ex處，穩(wěn)態(tài)（黑色虛線）和激發(fā)態(tài)A-exciton能量Ex’（藍色箭頭）分別的色散關系。

    為了弄清各種瞬態(tài)機制，微分色散關系被研究者引入。首先，研究者定義了微分關系：δqj=qj,p – qj,r，（j=1,2 分別代表波矢的實部和虛部，p, pump激發(fā)態(tài)，r 穩(wěn)態(tài)）。研究者的理論及實驗微分色散關系結果（圖3 d、e）成功顯示了光誘導轉變中A-exciton的動力學行為。結果表明：A-exciton附近微分色散的特征是由兩個伴隨效應引起的：（i）僅在Δt=0時觀察到的A-exciton的7 meV藍移； （ii）A-exciton的漂白（定義為光譜頻譜展寬和/或振蕩強度降低（見圖3d）。 趨勢（i）在1 ps內恢復，與YZ耗散的動力學一致（圖3a）。因此，研究者得出結論，A-exciton共振的瞬態(tài)藍移是由于相干的光誘導過程所引起。 趨勢（ii）持續(xù)時間更長，因此歸因于非相干激子動力學。

圖3：WSe₂中波導模的微分色散和動力學研究。

a: δq2與Δt曲線；b: δq1與Δt曲線;  c: 平衡和非平衡條件下洛倫茲模型計算的色散關系；d: 理論微分色散關系；e: 實驗微分色散關系

    綜上所述，波導的瞬態(tài)納米超快成像使我們能夠以亞皮秒（ps）時間分辨率來量化光誘導變化的WSe2光學特性。研究者在WSe2上成功觀察到了光誘導相速度的大幅變化，這表明所觀察到的效應可能在范德瓦爾斯半導體中普遍存在。此外，研究者的研究結果表明，我們可以按需調諧范德瓦爾斯半導體的光學雙折射行為。另一方面，研究者的工作開創(chuàng)性地發(fā)展了利用tr-SNOM探測超快激子動力學的工作，并為利用波導作為定量光譜學工具研究納米級光誘導動力學鋪平了道路。研究者認為這種超快泵浦探測方法的高空間和時間分辨率，可能同樣適用于新奇拓撲材料中的邊緣模式和邊緣效應的研究。

    neaspec公司利用十數年在近場及納米紅外領域的技術積累，開發(fā)出的全新納米空間分辨超快光譜和成像系統(tǒng)，其Pump激發(fā)光可兼容可見到近紅外的多組激光器，Probe探測光可選紅外（650-2200 cm^-1）或太赫茲（0.5-2 T）波段，實現了在超高空間分辨（20 nm）和超高時間分辨（50 fs）上對被測物質的同時表征，可廣泛用于二維拓撲材料、范德瓦爾斯（vdW）材料、量子材料的超快動力學研究。

參考文獻：

[1]. Aaron J. Sternbach et.al. Femtosecond exciton dynamics in WSe2 optical waveguides, Nature Communications , 11, 3567 (2020)；https://www.nature.com/articles/s41467-020-17335-w

引言

Z新動態(tài)

圖文導讀 

相關參考 

時間分辨光譜是指一種能觀察物理和化學的瞬態(tài)過程并能分辨其時間的光譜。條紋相機技術是一種同時具備高時間分辨（皮秒）與高空間分辨（微米）的瞬態(tài)光學過程測量手段，常用于超快系統(tǒng)的脈沖持續(xù)時間測量。

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應用方向：

● 超快化學發(fā)光

● 超快物理發(fā)光

● 超快放電過程

● 超快閃爍體發(fā)光

● 時間分辨熒光光譜，熒光壽命

● 半導體材料時間分辨PL譜

● 太陽能電池材料時間分辨PL譜

● 瞬態(tài)吸收譜，時間分辨拉曼光譜測量

● 光通訊，量子器件的響應測量

● 自由電子激光，超短激光技術

● 等離子體發(fā)光，輻射

● 湯姆遜散射，激光雷達

線下交流會日程：

打破壟斷，讓條紋相機技術走進大眾實驗室，助力科研人員實現超快夢想，10月25日我們與您相約，共同探討超快時間分辨光譜技術及應用，滿滿干貨，機會難得，不見不散！

主題：超快時間分辨光譜研討會

地點：中科院半導體研究所3號科研樓320會議室

時間：2019年10月25日上午9:30-11:30

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關鍵詞：標準粒子；米氏散射

光的散射（scattering of light）是指光通過不均勻介質時一部分光偏離原方向傳播的現象。偏離原方向的光稱為散射光。散射光頻率不發(fā)生改變的有瑞利散射、米氏散射和大粒子散射；頻率發(fā)生改變的有拉曼散射、布里淵散射和康普頓散射等。而標準粒子在光散射研究領域一般研究的是粒子的瑞利散射、米氏散射和大粒子散射，這三種散射劃分是根據入射光λ與散射粒子的直徑d之間的比例大小來確定的：

①當散射粒子的直徑d與入射光波長λ之比（d/λ）很小，即數量級顯著小于0.1 時，則屬于瑞利散射，散射光強與波長的關系符合瑞利散射定律，即散射光強與入射光的波長四次方成反比，與粒徑的六次方成正比。

②當散射粒子粒徑與光波長可以比擬（d/λ的數量級為0.1～10）時，隨著粒子直徑的增大，散射光強與波長的依賴關系逐漸減弱，而且散射光強隨波長的變化出現起伏，這種起伏的幅度也隨著比值d/λ的增大而逐漸減少，這種散射稱為米氏散射。

③當粒子足夠大時（d/λ>10），散射光強基本上與波長沒有關系，這種粒子的散射稱為大粒子散射，也可稱之為衍射散射（菲涅爾衍射與夫瑯禾費衍射）。

瑞利散射可以說是米氏散射理論模型在小粒子端的近似形式，而衍射散射也可以說是米氏散射理論模型在大粒子端的近似形式，接下來我們將詳細了解標準粒子應用于米氏散射理論對其光散射特性研究中，入射光波長、標粒直徑以及入射光偏振角對散射光強的影響。

1

入射光波長對散射光強分布的影響

圖1.1 是相對折射率m=1.589/1.333，標準粒子直徑d=2μm，入射光偏振角φ=45°時，由Mie散射理論及其他相關公式編程計算得到的散射光強與散射角之間的變化關系曲線。對于直徑為2μm的聚苯乙烯微球在水中的散射情況，入射光偏振角為45°時，隨著入射波長λ的增大，散射光強由主要集中在前向小角度內（波長λ為0.2um時散射光強主要集中在10°散射角內）逐漸變?yōu)榧性谇跋蛏源蠼嵌葍龋úㄩLλ為0.8um時散射光強主要集中在30°散射角內），若繼續(xù)增大波長，散射光強集中的角度也將繼續(xù)增大。從圖1.1可以看出，波長較短時散射光強主要集中在前向小角度內，并且波長越短散射光強集中的角度越小。

圖1.1：當m=1.589/1.333，d=2μm，φ=45°時，對應于不同的波長，散射光強與散射角間的關系曲線。

聚苯乙烯微球直徑對散射光強分布的影響

圖2.1是用可見波段中的0.65μm波長的入射光，在偏振角為45°時，聚苯乙烯微球在水中的散射光強與散射角的變化關系曲線。由圖可以看出，微粒直徑越大散射光強越集中分布在前向小角度內，粒徑大于2μm的粒子的散射光強主要集中在前向散射角約20°內，因此在此種條件下收集前向小角度的散射光強即可獲得粒子的較好信息。

圖2.2是入射光波長為6μm，偏振角45°時，聚苯乙烯微球在空氣中的散射光強與散射角的變化關系曲線。由圖可知，所用波長較大時，較大粒子的散射光強不再集中在前向小角度內而是集中的角度逐漸變大，例如粒徑大于8μm的粒子的散射光強主要集中在前向散射角約40°內。

圖2.1：當m=1.589/1.333， λ=0.65μm， φ=45°時，對應于不同的微粒直徑，散射光強與散射角間的關系曲線。 

圖2.2：當m=1.589， λ=6μm， φ=45°時，對應于不同的粒徑，散射光強與散射角間的變化曲線

入射光偏振角對散射光強分布的影響

圖3.1是入射光波長為0.65μm，直徑為0.2μm的聚苯乙烯微球在空氣中的散射光強與散射角的變化關系曲線。由圖可以看出，此種情況下入射光的偏振角不同散射光強與散射角間的關系曲線有很大變化，散射光強分布比較分散，說明此時散射光強的角分布與偏振光的偏振角有關。

圖3.1 當m=1.589， λ=0.65μm， φ=0.2μm時，對應于不同的偏振角，散射光強與散射角間的變化曲線。

結論

以上為應用米氏散射理論針對聚苯乙烯微球標準粒子的光散射性質進行的分析，得出以下結論：

（1）波長較短時散射光強主要集中分布在前向小角度內，并且波長越短散射光強集中分布的角度越小。收集前向小角度的散射光可大致反映粒子散射信息。

（2）進行聚苯乙烯微球標粒散射方面的研究時，應該選擇可見光波段中波長較短的作為光源，這樣既可以得到較好的粒子散射信息，又可以避免光源對人體造成傷害。

（3）粒子直徑較大時散射光強主要集中分布在前向小角度內，并且粒子直徑越大散射光強越集中分布在小角度內；若所用波長較大時，較大粒子的散射光強不再集中分布在前向小角度內而是集中分布的角度逐漸變大。

參考資料

1.李建立.基于光散射的微粒檢測.煙臺大學理學院碩士論文，2009：22-25.

引言

Z新動態(tài)

圖文導讀 

相關參考 

PCR（polymerase chain reaction，PCR)即聚合酶鏈反應，是利用一段DNA為模板，在DNA聚合酶和核苷酸底物共同參與下，將該段DNA擴增至足夠數量，以便進行結構和功能分析。PCR應用場景廣泛，不僅在基礎研究方面，還包括醫(yī)學診斷、法醫(yī)學和農業(yè)科學等各大領域。

近期多篇醫(yī)學研究多篇文獻中均應用到PCR技術及PCR儀產品，小編為大家做一下簡要分享。

近期南方醫(yī)科大學臨床醫(yī)學博士生導師、主任醫(yī)師王雅棣課題組在醫(yī)學期刊《Oncology Research and Treatment》上發(fā)表題為Preliminary Clinical Validation of a Filtration-Based CTC Assay for Tumor Burden and HER2 Status Monitoring in Metastatic Breast Cancer的文章，探索研究基于過濾的CTC測定轉移性乳腺癌腫瘤負荷和HER2狀態(tài)監(jiān)測的初步臨床驗證情況。

背景介紹：

循環(huán)腫瘤細胞(CTC，CirculatingTumorCell)是存在于外周血中的各類腫瘤細胞的統(tǒng)稱，因自發(fā)或診療操作從實體腫瘤病灶(原發(fā)灶、轉移灶)脫落，大部分CTC在進入外周血后發(fā)生凋亡或被吞噬，少數能夠逃逸并錨著發(fā)展成為轉移灶，增加惡性腫瘤患者死亡風險。CTC檢測通過捕捉檢測外周血中痕量存在的CTC，監(jiān)測CTC類型和數量變化的趨勢，以便實時監(jiān)測腫瘤動態(tài)、評估治療效果，實現實時個體治療。循環(huán)腫瘤細胞 (CTC) 承載著從基因組改變到蛋白質組構成的多維腫瘤相關信息，是一種很有前途的液體活檢材料。 CTC 的臨床有效性在轉移性乳腺癌 (MBC) 中得到了最廣泛的研究。  CELLSEARCH?檢測是目前使用最廣泛的方法，研究者們同時也在尋求替代策略。一種基于過濾的微流體裝置已被用于富集 CTC，但其臨床相關性仍然未知。

方法：在這項初步研究中，作者研究團隊招募了 47 名 MBC 患者，并評估了上述 CTC 檢測在腫瘤負荷監(jiān)測和人表皮生長因子受體 2 (HER2) 狀態(tài)測定方面的性能。結果：在基線時，51.1% 的患者 (24/47) 為 CTC 陽性。在伴隨著較差的放射學反應評估的樣本中，CTC 計數和陽性率也顯著升高。連續(xù)抽血表明，與血清標志物癌胚抗原和癌抗原 15-3 相比，CTC 計數能夠更準確地監(jiān)測腫瘤負荷。此外，與之前的報告相比，CTC-HER2 狀態(tài)與腫瘤-HER2 狀態(tài)中度一致。選定樣本中的 HER2 拷貝數測量進一步支持了 CTC-HER2 狀態(tài)評估。

結論：這項研究的初步結果表明，CDC 檢測在幾個方面都有希望，包括敏感的 CTC 檢測、準確的疾病狀態(tài)反映和 HER2 狀態(tài)確定。目前需要更多的研究來驗證這些發(fā)現，并進一步表征CTC測定的價值。

在實驗驗證中，柏恒科技RePure-A 梯度PCR儀發(fā)揮了一定作用，助力作者實驗研究進行。

而在另一篇發(fā)表在《Frontiers in Molecular Biosciences》期刊上的論文，柏恒科技PCR儀也發(fā)揮了不小作用。哈爾濱醫(yī)科大學附屬二院腎內科主任醫(yī)師、博士生及碩士生導師李冰課題組發(fā)表的題為Bioinformatic Analysis Combined With Experimental Validation Reveals Novel Hub Genes and Pathways Associated With Focal Segmental Glomerulosclerosis的文章，作者研究團隊利用生物信息學分析與實驗驗證相結合，揭示了與局灶性節(jié)段性腎小球硬化相關的新型Hub基因和通路。

 背景介紹：局灶節(jié)段性腎小球硬化癥 (focal segmental glomerulosclerosis, FSGS)是一種臨床病理綜合征，臨床表現為大量蛋白尿或腎病綜合征，病理以局灶節(jié)段分布的腎小球硬化病變及足細胞變性所致足突融合或消失為特征，多數表現為激素治療抵抗，并進行性發(fā)展至終末期腎病 (ESRD)。本研究旨在探索與FSGS相關的樞紐基因和通路，以確定潛在的診斷和治療靶點。

方法：作者團隊從 Gene Expression Omnibus (GEO) 數據庫下載了微陣列數據集 GSE121233 和 GSE129973。數據集包括 25 個 FSGS 樣本和 25 個正常樣本。使用R包“l(fā)imma”識別差異表達基因（DEG）。Gene Ontology (GO)功能和（KEGG）通路富集分析使用數據庫進行注釋，可視化和集成發(fā)現 (DAVID)，用于識別 DEG 的通路和功能注釋。蛋白質-蛋白質相互作用（PPI）是基于檢索相互作用基因（STRING）數據庫的搜索工具構建的，并使用 Cytoscape 軟件進行可視化。然后使用 Cytoscape 的 cytoHubba 插件評估 DEG 的中心基因。使用 FSGS 大鼠模型通過定量實時聚合酶鏈反應 (qRT-PCR) 驗證中shu基因的表達，并進行接受者操作特征 (ROC) 曲線分析以驗證這些中(shu)樞基因的準確性。

結果：在兩個 GSE 數據集（GSE121233 和 GSE129973）中共識別出 45 個 DEG，包括 18 個上調和 27 個下調的 DEG。其中，選擇了5個具有高度連通性的樞紐基因。在 PPI 網絡中，前 5 個中(shu)樞基因中，FN1 上調，而 ALB、EGF、TTR 和 KNG1 下調。 FSGS大鼠的qRT-PCR分析證實FN1的表達上調，EGF和TTR的表達下調。 ROC 分析表明 FN1、EGF 和 TTR 對 FSGS 顯示出相當大的診斷效率。

結論：通過生物信息學分析結合實驗驗證，鑒定出三個新的 FSGS 特異性基因，這可能會促進對 FSGS 的分子基礎的理解，并為臨床管理提供潛在的治療靶點。

實驗驗證中，實驗團隊應用了柏恒科技熒光定量PCR儀進行樣品測定并分析。

除了以上列出的幾篇文獻，柏恒科技PCR儀在生物科研、動物疫病等方面均有廣泛應用，下期我們再繼續(xù)分享。

文獻中PCR儀產品簡介

RePure系列智能二維梯度PCR儀

本系列PCR儀具有二維梯度摸索功能，多種梯度摸索模式；

自適應壓桿式熱蓋，合蓋緊蓋一步到位；

前進后出式風道，機器可并排放置，節(jié)約實驗空間；

Q3200系列熒光定量PCR儀

本系列熒光PCR儀采用四通道雙16孔模塊設計，可實現一機多用；

最大升降溫速率8℃/s，大大節(jié)約實驗時間；

體積小，重量輕，方便攜帶；

更多PCR儀技術應用，歡迎關注柏恒科技，我們提供各類梯度PCR儀、熒光PCR儀等，并為客戶提供生物學相關檢測解決方案。

       相分離 (Phase separation)是目前發(fā)展非常迅速的一個研究領域，大量研究表明相分離在細胞中普遍存在，與基因組的組裝、轉錄調控等生物學過程密切相關；相分離的失衡可能會導致一些疾病(如神經退行性疾病)的發(fā)生，通過干擾異?！跋喾蛛x”也有希望會成為ZL相關疾病的新手段。

       由于技術的限制，研究相分離的方法并不多。大部分相分離的研究仍在依賴液滴間自發(fā)的相互作用，且僅能獲得"是"與"否"融合的結果，無法進行更多的融合相關參數的比較。而實際上相分離的過程非常復雜，這就需要更加精密的技術手段。LUMICKS公司的熒光光鑷系統(tǒng)C-Trap將光鑷系統(tǒng)、共聚焦成像和微流控系統(tǒng)結合，可以實時的對單個蛋白液滴進行捕獲、操控和測量（力學性質+熒光信號），為相分離的研究提供新思路。

       以RNA/RNP的相互作用對蛋白液滴性質與融合的影響為例，研究人員使用C-Trap光鑷系統(tǒng)誘導液滴融合，比較了不同凝結體的性質，通過融合時間對其融合能力和液滴穩(wěn)定性進行了評估。 K/G-rich多肽序列與poly(U)RNA的融合速度 (平均0.0028 s/μm) 約為R/G-rich多肽序列與poly(A)RNA融合速度的兩倍 (圖1)。以上結果表明，前者具有更高的流動性和更低的黏度，以及短程引力和長程力調節(jié)RNA–多肽凝結過程，包括結合與凝固。通過進一步研究來源于FUS模型的R/G-rich序列與poly(A)或poly(U) RNA的相互作用可以確認，相變性質因序列不同而不同。

圖1. 不同RNA-RNP復合體在光鑷系統(tǒng)誘導下的融合狀態(tài)隨時間變化的圖像。R/G-rich序列的RNA-RNP復合體融合時間相對K/G-rich序列更長。 Poly(A)RNA相對poly(U) RNA會延長融合時間。

C-Trap系統(tǒng)具有多種適合測量液滴性質并對不同實驗條件下的結果進行比較的功能。系統(tǒng)的空間與時間的高分辨率可在操控液滴的同時檢測液滴的活動。

?  可操控液滴誘導融合

?  可檢測不同實驗條件下液滴的融合時間變化

?  可通過微流變學實驗檢測液滴的黏彈性

?  可檢測單一液滴在不同實驗條件下的各項性質

（一） SMALL: 高性能的具備實際應用前景的晶圓級MoS2晶體管 

（二） Nanotechnology: 用于高性能場效應晶體管的晶圓級可轉移多層MoS2的制備

相關參考：

全共線多功能超快光譜儀BIGFOOT

     MONSTR Sense Technologies是由密歇根大學研究人員成立的科研設備制造公司。該公司致力于研發(fā)為半導體研究應用而優(yōu)化的超快光譜儀和顯微鏡，突破性的技術可將光學器件和射頻電子器件耦合在一起，以穩(wěn)健的方式測量具有干涉精度的光學信號，真正實現一套設備、一束激光、多種功能。

圖1. 全共線多功能超快光譜儀BIGFOOT

       全共線多功能超快光譜儀BIGFOOT不僅兼具共振和非共振超快光譜探測，還可以兼容瞬態(tài)吸收光譜（Transient absorption (TAS)）、相干拉曼光譜(Coherent Raman Spectroscopy (CRS))、多維相干光譜探測(Multidimensional Coherent Spectroscopy (MDCS))。開創(chuàng)性的全共線光路設計，使其可以與該公司研發(fā)的高精度激光掃描顯微鏡（NESSIE）聯用，實現超高分辨超快光譜顯微成像。全共線多功能超快光譜儀的開發(fā)也充分考慮了用戶的使用體驗，系統(tǒng)軟件可自動調控參數，光路自動對齊、無需校正等特點都使得它簡單易用。

全共線多功能超快光譜儀BIGFOOT主要技術參數：

高精度激光掃描顯微鏡NESSIE

      MONSTR Sense Technologies的高精度激光掃描顯微鏡NESSIE可用入射激光快速掃描樣品，在幾秒鐘內就能獲得高光譜圖像。該設備可適配不同高度的樣品臺和低溫光學恒溫器，物鏡高度最多可變化5英寸，大樣品尺寸同樣適用。NESSIE顯微鏡是具有獨立功能，可以與幾乎任何基于激光測量與高分辨率成像的設備集成在一起，也非常適合與該公司研發(fā)的全共線多功能超快光譜儀集成。

圖2. 高精度激光掃描顯微鏡NESSIE

       高精度激光掃描顯微鏡-NESSIE的輸入信號為單個激光光束，輸出信號為樣品探測點收集的單個反向傳播光束，這樣的光路設計確保了反傳播信號在掃描圖像時不會相對于輸入光束漂移，因而非常適用于激光的實驗中的成像顯微鏡系統(tǒng)。

圖3. 使用NESSIE在室溫下測量的GaAs量子阱的圖像。a） 用相機測量的白光圖像。b） 用調諧到GaAs帶隙的80MHz激光器（5mW激光輸出）進行激光掃描線性反射率測量。c） 同時測量的激光掃描四波混頻圖像揭示了影響GaAs層的亞表面缺陷

BIGFOOT+NESSIE應用案例：

1. 高精度激光掃描顯微鏡用于材料表征

      美國密歇根大學課題組通過使用基于非線性四波混頻（FWM）技術的多維相干光譜MDCS測量先進材料的非線性響應，利用激子退相和激子壽命來評估先進材料的質量。課題組使用通過化學氣相沉積生長的WSe2單分子層作為一個典型的例子來證明這些功能。研究表明，提取材料參數，如FWM強度、去相時間、激發(fā)態(tài)壽命和暗/局部態(tài)分布，比目前普遍的技術，包括白光顯微鏡和線性微反射光譜學，可以更準確地評估樣品的質量。在室溫下實時使用超快非線性成像具有對先進材料和其他材料的快速原位樣品表征的潛力。

圖4.  (a)通過擬合時域單指數衰減得到的樣本的去相時間圖，在圖(a)中用三角形標記的選定樣本點處的FWM振幅去相曲線

【參考】Eric Martin, et al; Rapid multiplex ultrafast nonlinear microscopy for material characterization. Optics Express 30, 45008 (2022).

2.二維材料中激子相互作用和耦合的成像研究

      過渡金屬二鹵代化合物（TMDs）是量子信息科學和相關器件領域非常有潛力的材料。在TMD單分子層中，去相時間和非均勻性是任何量子信息應用的關鍵參數。在TMD異質結構中，耦合強度和層間激子壽命也是值得關注的參數。通常，TMD材料研究中的許多演示只能在樣本上的特定點實現，這對應用的可拓展性提出了挑戰(zhàn)。美國密歇根大學課題組使用了多維相干成像光譜（Multi-dimensional coherent spectroscopy, 簡稱MDCS），闡明了MoSe2單分子層的基礎物理性質——包括去相、不均勻性和應變，并確定了量子信息的應用前景。此外，課題組將同樣的技術應用于MoSe2/WSe2異質結構研究。盡管存在顯著的應變和電介質環(huán)境變化，但相干和非相干耦合和層間激子壽命在整個樣品中大多是穩(wěn)健的。

圖5. （a）hBN封裝的MoSe2/WSe2異質結構的白光圖像。（b）MoSe2/WSe2異質結構在圖（a）中的標記的三個不同樣本點處的低功率低溫MDCS光譜。（c）圖（b）中所示的四個峰值的FWM(Four-Wave Mixing)四波混頻積分圖。（d）MoSe2/WSe2異質結構上的MoSe2共振能量圖。（e）MoSe2/WSe2異質結構的WSe2共振能量圖。（f）所有采樣點的MoSe2共振能量與WSe2共振能量

【參考】Eric Martin, et al; Imaging dynamic exciton interactions and coupling in transition metal dichalcogenides, J. Chem. Phys. 156, 214704 (2022)

3. 摻雜MoSe2單層中吸引和排斥極化子的量子動力學研究

      當可移動的雜質被引入并耦合到費米海時，就形成了被稱為費米極化子的新準粒子。費米極化子問題有兩個有趣但截然不同的機制： (i)吸引極化子（AP）分支與配對現象有關，跨越從BCS超流到分子的玻色-愛因斯坦凝聚；（ii）排斥分支（RP），這是斯通納流動鐵磁性的物理基礎。二維系統(tǒng)中的費米極化子的研究中，許多關于其性質的問題和爭論仍然存在。黃迪教授課題組使用了Monstr Sense公司的全共線多功能超快光譜儀BIGFOOT研究了摻雜的MoSe2單分子層。課題組發(fā)現觀測到的AP-RP能量分裂和吸引極化子的量子動力學與極化子理論的預測一致。隨著摻雜密度的增加，吸引極化子的量子退相保持不變，表明準粒子穩(wěn)定，而排斥極化子的退相率幾乎呈二次增長。費米極化子的動力學對于理解導致其形成的成對和磁不穩(wěn)定性至關重要。

圖6. 單層MoSe2在不同柵極電壓下的單量子重相位振幅譜

【參考】Di HUANG, et al; Quantum Dynamics of Attractive and Repulsive Polarons in a Doped MoSe2 Monolayer, PHYSICAL REVIEW X 13, 011029 (2023)

慢性髓系白血病(Chronic myeloid leukemia, CML)是一種由造血干細胞染色體t(9；22)(q34；q11)易位引起，并在分子水平上形成Bcr-Abl融合基因的骨 髓增生性疾病。使用酪氨酸激酶抑 制劑(Tyrosine kinase inhibitors, TKIs)可以緩解疾病，但TKIs耐藥性是治 療失敗或誘發(fā)急性白血病的主要問題。

根據Abl激酶結構域點突變的不同，TKIs的耐藥機制主要包括Bcr-Abl依賴型和非Bcr-Abl依賴型。Bcr-Abl依賴型的耐藥性最常見，它會干擾小分子酪氨酸激酶抑 制劑伊馬替尼（Imtatinib, IM）結合和隨后的激酶抑 制。然而，超過50%的耐藥CML患者中并沒有Bcr-Abl突變。

▲ 慢性髓系白血病

蛋白激酶C(Protein kinases C, PKCs)在細胞周期調節(jié)、增殖、凋亡和造血干細胞分化等多種細胞過程中發(fā)揮作用，并和Bcr-Abl協調參與對惡性細胞轉化至關重要的幾種信號通路。實驗和臨床證據表明，使用PKC抑 制劑可以有效地治 療CML。最近，不同的PKC亞型也被報道參與CML細胞的耐藥，但是，PKC信號在CML TKIs耐藥中的作用并不清楚。

▲ 蛋白激酶C的晶體結構

近日，貴州醫(yī)科大學王季石教授課題組根據先前的研究結果：一種泛PKCs抑 制劑星孢菌素(Stauroporine)在低濃度下可以有效地逆轉K562R細胞(沒有任何突變)的IM耐藥，因此推測Bcr-Abl非依賴型IM耐藥可能是由PKC亞型介導。在此基礎上，鑒于白血病干細胞(Leukemia stem cells)在CML TKIs耐藥中起基礎性作用，研究首次在Bcr-Abl非依賴型TKI耐藥的CML患者CD34+細胞中檢測到9種PKCs亞型的表達。對PKC亞型異常表達所介導的機制進行深入研究時，使用博鷺騰AniView100多模式動物活體成像系統(tǒng)拍攝的活體成像實驗結果，從體內進一步證明PKC-β的過表達與腫瘤耐藥密切相關，表明靶向PKC-β過表達可能是克服CML耐藥的一種新的治 療機制。

相關成果已發(fā)表在期刊《Journal of Cellular Physiology》。

▲抑 制PKC-β可增強IM對CML細胞的體內殺傷作用

(a) 博鷺騰AniView100拍攝的不同藥物處理的CML小鼠模型中白血病細胞的活體示蹤成像圖。LY333531: PKCβ 抑 制劑。

(b) 流式細胞儀檢測各組小鼠CD33+和CD45+細胞。

(c) 直方圖顯示流式細胞儀檢測的各組小鼠CML細胞的差異。

(d) 各組小鼠的生存曲線。

(e、f) 比較各組小鼠脾 臟體積和重量。

(g、h) Wright‘s染色檢測各組小鼠外周血中CML的進展情況。統(tǒng)計學處理采用t檢驗。**表示p<0.01，*表示p<0.05。

參考文獻

1、Ma D, et al. PKC‐β/Alox5 axis activation promotes Bcr‐Abl‐independent TKI‐resistance in chronic myeloid leukemia[J]. Journal of Cellular Physiology, 2021.

2、Zubair M S, et al. Cembranoid Diterpenes as Antitumor: Molecular Docking Study to Several Protein Receptor Targets[C]// International Conference on Computation for Science & Technology. 2015.