[主題]

    FluidFM：CRISPR基因編輯技術(shù)的新突破

[直播時(shí)間]

    2020年3月26日，16:00 - 17:00

[報(bào)告簡(jiǎn)介]

    提高轉(zhuǎn)染物質(zhì)導(dǎo)入細(xì)胞核的效率目前仍然是基因編輯中的一大挑戰(zhàn)。FluidFM 技術(shù)能夠?qū)⑥D(zhuǎn)染物質(zhì)直接注射到細(xì)胞核中，從根本上解決這一難題。這一技術(shù)對(duì)于極難轉(zhuǎn)染或原代的細(xì)胞系的基因編輯有著十分重要的意義。

    本次研討會(huì)是關(guān)于“提高CRISPR基因編輯效率的全新方法”的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)。向您展示如何通過(guò)直接向細(xì)胞核中導(dǎo)入轉(zhuǎn)染物質(zhì)，從而解決細(xì)胞轉(zhuǎn)染效率低下的問(wèn)題。

特別提示：本次研討會(huì)還包括在線的實(shí)驗(yàn)演示！

[產(chǎn)品簡(jiǎn)介]

    瑞士Cytosurge公司多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)—FluidFM BOT，是將原子力系統(tǒng)、微流控系統(tǒng)、細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)為一體的單細(xì)胞操作系統(tǒng)。主要功能包括單細(xì)胞注射、單細(xì)胞提取以及單細(xì)胞分離。

    FluidFM BOT打開(kāi)了傳統(tǒng)單細(xì)胞實(shí)驗(yàn)手段無(wú)法觸及領(lǐng)域的大門。突破了單細(xì)胞研究、藥物開(kāi)發(fā)、細(xì)胞系開(kāi)發(fā)中的障礙，讓細(xì)胞膜不再成為阻礙單細(xì)胞研究的壁壘。

    多功能單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)FluidFM BOT濃縮了FluidFM科技的全部精華，尤其是在自動(dòng)化程度和操作速度上的提高。它不僅保留了產(chǎn)品在生物學(xué)上的能力。更能夠?qū)⑦@些功能進(jìn)行組合來(lái)創(chuàng)造更加GX、便捷全新試驗(yàn)方法。

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[聯(lián)系方式]             

[主辦方]

11月19日北京時(shí)間23:00（巴黎時(shí)間：17:00），歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究員Moritz Kueblbeck將于Genomeweb平臺(tái)在線分享“在CRISPR編輯的細(xì)胞系中使用數(shù)字PCR進(jìn)行標(biāo)記拷貝數(shù)評(píng)估”相關(guān)知識(shí)。

本網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)將介紹如何使用dPCR快速定量CRISPR編輯的HeLa細(xì)胞中的綠色熒光蛋白拷貝數(shù)。討論還將介紹dPCR的工作原理和采集后的數(shù)據(jù)分析方法。

Moritz Kueblbeck在德國(guó)海德堡的癌癥研究ZX(DKFZ)做了八年的研究員。2014年,他加入了Jan Ellenberg在海德堡的歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室,在不同實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目中，他使用CRISPR/Cas9方法利用內(nèi)源性的標(biāo)記蛋白(在HeLa和U-2 OS細(xì)胞進(jìn)行不同標(biāo)簽的純合敲入)進(jìn)行人類細(xì)胞系基因組編輯。

內(nèi)容簡(jiǎn)介

l  熒光蛋白或自標(biāo)記是使用熒光顯微鏡研究活細(xì)胞中蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)的寶貴工具。然而，定量成像需要目標(biāo)蛋白(POI)的生理表達(dá)水平，特別是當(dāng)需要研究POI的化學(xué)計(jì)量相互作用時(shí)。

l  CRISPR使研究人員能夠標(biāo)記幾乎任何感興趣的目標(biāo)基因，使其可以研究相應(yīng)POI的生理表達(dá)水平。然而，正確編輯細(xì)胞克隆的產(chǎn)生和選擇——即標(biāo)記等位基因的預(yù)期數(shù)量和缺乏額外的整合——需要對(duì)標(biāo)記的拷貝數(shù)進(jìn)行定量評(píng)估。

l  探討dPCR是一種快速、可靠的熒光標(biāo)記CRISPR編輯細(xì)胞定量檢測(cè)方法。

注冊(cè)地址：https://event.on24.com/eventRegistration/EventLobbyServlet?target=reg20.jsp&partnerref=stilla&eventid=2111188&sessionid=1&key=2206BD6DA2548F0F9C46911E3A71DD

Digital FluidFM User Conference 2020

    單細(xì)胞層次上的多組學(xué)研究方興未艾，單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)、單細(xì)胞基因組學(xué)、單細(xì)胞代謝組學(xué)等技術(shù)手段頻出，讓研究人員得以揭示同一組織不同細(xì)胞之間的基因與蛋白質(zhì)表達(dá)差異。而傳統(tǒng)細(xì)胞組學(xué)提取過(guò)程需要物理、化學(xué)或生物手段對(duì)細(xì)胞進(jìn)行破膜處理，易產(chǎn)生裂解碎片；傳統(tǒng)的單細(xì)胞內(nèi)容物提取使用玻璃微管注射法，操作復(fù)雜、玻璃微光注射針制備困難，且提取的樣本量往往只有幾個(gè)pL，樣本處理十分困難。

    FluidFM BOT是瑞士科技公司Cytosurge開(kāi)發(fā)的單細(xì)胞顯微操作平臺(tái)，它獨(dú)有的微型納米注射器以及液體微流控技術(shù)使得FluidFM BOT可以輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)單細(xì)胞內(nèi)容物的自動(dòng)化無(wú)損提取，操作方便，樣本品質(zhì)高。同時(shí)FluidFM BOT單細(xì)胞顯微操作系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行注射、分離，單細(xì)胞粘附力測(cè)定、3D打印等諸多功能。為了更好地了解這一技術(shù)，全世界各地使用FluidFM 技術(shù)的科研工作者們將于2020年9月16日15:30—18:00（北京時(shí)間）匯聚一堂，一起討論并分享FluidFM 技術(shù)的使用經(jīng)驗(yàn)，交流近期科研成果。我們誠(chéng)摯的邀請(qǐng)您蒞臨參加FluidFM BOT的用戶研討會(huì)。

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基因編輯技術(shù)指能夠讓人類對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行“編輯”，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定DNA片段的敲除、加入等。而CRISPR/Cas9技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，就有著其它基因編輯技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，技術(shù)不斷改進(jìn)后，更被認(rèn)為能夠在活細(xì)胞中最有效、最便捷地“編輯”任何基因。

但是在CRISPR基因編輯之后，工作并沒(méi)有結(jié)束，你需要驗(yàn)證感興趣的基因是否成功突變。想知道如何利用高靈敏度、高jingzhun度的數(shù)字PCR技術(shù)來(lái)檢測(cè)基因編輯嗎？快來(lái)參加本次深藍(lán)云直播課堂吧！

阿爾茲海默氏?。ˋlzheimer disease，AD）是一種進(jìn)行性疾病，涉及大腦神經(jīng)元退化，并導(dǎo)致各種癥狀，Z顯著的是記憶力喪失?？茖W(xué)家們多年來(lái)一直致力于在此疾病的發(fā)病機(jī)制、診斷、ZL等方面開(kāi)展研究，力求解決這個(gè)威脅人類健康安全的世紀(jì)難題。

β-粥樣淀粉一直被科學(xué)家認(rèn)為是Alzheimer's disease (AD)疾病的起因。而γ分泌酶作為一種膜蛋白酶，可以直接或間接的產(chǎn)生各種amyloid peptide (Aβ) ，所以以γ分泌酶為靶點(diǎn)的機(jī)制和應(yīng)用研究也Z多。Presenilin早老素，作為γ-secretase四個(gè)亞基之一的催化亞基，負(fù)責(zé)β-amyloid (Aβ)肽的產(chǎn)生，超過(guò)200 Alzheimer’s 疾病相關(guān)的突變?cè)趐resenilin 1 (PS1) and PS2中被確認(rèn)。但有趣且有爭(zhēng)議的是，這些相關(guān)的AD疾病突變?cè)讦?secretase其他三個(gè)亞基中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。這預(yù)示著早老素有別于γ-secretase的其他功能。為證實(shí)這一假設(shè)，找到與PS結(jié)合蛋白是非常重要的一步。

Alzheimer 新突破

近來(lái)，清華大學(xué)施一公團(tuán)隊(duì)在阿爾茲海默病發(fā)病機(jī)制上又有了新突破：首次發(fā)現(xiàn)可與Presenilin相互作用并具有水解功能的蛋白Bax-inhibitor 1 (BI1)。

研究發(fā)現(xiàn)，Bax-inhibitor 1 (BI1)，是一個(gè)進(jìn)化保守的跨膜蛋白，可以穩(wěn)定與PS1結(jié)合，但不與具完整亞基結(jié)構(gòu)的γ-secretase結(jié)合。加入底物APP-C99，通過(guò)AlphaLISA檢測(cè)Aβ40和Aβ42的產(chǎn)生情況，來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證BI1的細(xì)胞功能。發(fā)現(xiàn)PS1–BI1復(fù)合物不具備水解酶活性。在等摩爾濃度下，BI1對(duì)γ-secretase的蛋白水解活性沒(méi)有影響，但在將BI1提高200倍摩爾的條件下，γ-secretase蛋白水解活性減少了一半。

AlphaLISA方法檢測(cè)PS1–BI1復(fù)合物對(duì)APP-C99的水解活性

這直接預(yù)示了PS1除了參與γ-secretase外，可能還具有其他的細(xì)胞功能。BI1是一種被認(rèn)為在細(xì)胞凋亡和鈣通道調(diào)控中起作用的蛋白，此研究結(jié)果直接將PS1與BI1聯(lián)系起來(lái)，這一發(fā)現(xiàn)為研究PS1的功能和AD的發(fā)生提供了更多的可能性。

檢測(cè)理想之選AlphaLISA

AlphaLISA勻相檢測(cè)體系的突出特點(diǎn)是高通量、高信噪比、均相免洗、抗干擾能力強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單。在體外、細(xì)胞、組織等水平的檢測(cè)中，都顯示出傳統(tǒng)檢測(cè)方法無(wú)法媲美的zhuo越性能。

ALPHA的方法采用單體氧作為能量擴(kuò)散的載體，其擴(kuò)散距離可以達(dá)到200nm，發(fā)光原理為化學(xué)反應(yīng)發(fā)光，具有背景干凈、信噪比高的特點(diǎn)，因此更適合于復(fù)雜樣品的檢測(cè)，如組織液、血清、組織裂解液等，步驟少、方法簡(jiǎn)單、均相反應(yīng)、不需要洗滌，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果質(zhì)量更高。同時(shí)推薦選擇具有HTS ALPHA檢測(cè)模塊的多功能酶標(biāo)儀進(jìn)行抗體的篩選，可以大大縮短檢測(cè)時(shí)間。

使用ALPHA的方法進(jìn)行Aβ的檢測(cè)是理想之選，可以通過(guò)商品化的Aβ檢測(cè)劑盒檢測(cè)Aβ的量：

Amyloid β 1-15

Amyloid β 1-40 (human)

Amyloid ? 1-40 (mouse/rat)

Amyloid β 1-42 (human)

Amyloid β 1-42 (mouse/rat)

Amyloid β 1-x

Amyloid β oligomers

Total or oligomerized Aβ 42 (Two in one)

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參考文獻(xiàn)

1. Wu S, Song W, Wong CCL，et al.,(2019).Bax inhibitor 1 is a γ-secretase–independent presenilin-binding protein. Proc Natl Acad Sci U S A. Jan 2;116(1):141-147.

2. Stéphanie Chasseigneaux,et al.,(2012). Functions of Aβ, sAPPα and sAPPβ : similarities and differences. J. Neurochem. 120 (Suppl. 1), 99–108.

3. Ting-Hai Xu, Yan Yan, Yanyong Kang, et al., (2016). Alzheimer’s disease-associated mutations increase amyloid precursor protein resistance to γ-secretase cleavage and the Aβ42/Aβ40 ratio. Cell Discovery. 2, 16026.

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一篇在線發(fā)表于《細(xì)胞》雜志的論文介紹了一項(xiàng)重要突破：來(lái)自韓國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)***在線粒體DNA中實(shí)現(xiàn)A堿基到G堿基的轉(zhuǎn)換，為基因編輯技術(shù)填補(bǔ)上一塊***關(guān)重要的拼圖，也帶來(lái)了治愈多種線粒體遺傳病的希望。

從上世紀(jì)60年代***發(fā)現(xiàn)***性內(nèi)切酶，到1985年發(fā)明PCR技術(shù)，再到***近十年CRISPR技術(shù)誕生、用于活體生物的基因編輯，短短半個(gè)世紀(jì)，人類在一次又一次的突破中實(shí)現(xiàn)了操縱DNA能力的巨大飛躍。其中，CRISPR的出現(xiàn)更是讓科學(xué)家能高效編輯基因組中的致病突變，為眾多遺傳病提供全新的方案。

不過(guò)，還有一朵烏云長(zhǎng)期籠罩在基因編輯領(lǐng)域的上空，這就是線粒體DNA的編輯。

作為參與能量代謝的重要細(xì)胞器，線粒體中也含有少量來(lái)自母系的DNA。如果這部分基因發(fā)生突變，則可能導(dǎo)致多種與代謝相關(guān)的遺傳疾病。

例如，Leber遺傳性視神經(jīng)病變（LHON）可能導(dǎo)致患者失明，這種兇險(xiǎn)的疾病就是由線粒體DNA的點(diǎn)突變導(dǎo)致的。線粒體DNA突變還可能導(dǎo)致某些線粒體腦肌病，患者的大腦遭受損傷，可能出現(xiàn)癲癇、精神行為異常等癥狀。平均每5000個(gè)人里，就有一個(gè)人患上線粒體點(diǎn)突變導(dǎo)致的遺傳病。

盡管基因編輯工具***近十年迎來(lái)爆發(fā)式發(fā)展，但面對(duì)線粒體遺傳病時(shí)，這些工具卻總是難以奏效。例如，當(dāng)下***為盛行的CRISPR-Cas系統(tǒng)就因?yàn)橄驅(qū)NA不能穿越線粒體膜，因而無(wú)法用于線粒體疾病。

線粒體DNA的編輯，可以說(shuō)是基因編輯領(lǐng)域***后一塊未經(jīng)涉足的土地，而這個(gè)難題也成為治愈多種遺傳疾病必須跨越的障礙。

2020年，一項(xiàng)***性的突破到來(lái)。Broad研究所的劉如謙教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一款名為DdCBE的基因編輯工具，可以直接修改雙鏈DNA上的堿基，實(shí)現(xiàn)從C堿基到T堿基的轉(zhuǎn)換，這也是科學(xué)家***在人體細(xì)胞中進(jìn)行線粒體DNA的編輯。

不過(guò)，作為線粒體DNA編輯的開(kāi)拓性成果，DaCBE也有不足之處：其只能高效地進(jìn)行TC-TT序列的轉(zhuǎn)換，在90個(gè)已知的致病線粒體突變位點(diǎn)中，只有9個(gè)能得到修復(fù)。

而在這90個(gè)突變位點(diǎn)中，有多達(dá)39個(gè)都可以通過(guò)A-G堿基的轉(zhuǎn)換來(lái)修復(fù)。如果能找到實(shí)現(xiàn)A-G轉(zhuǎn)換的手段，那么包括上述兩種疾病在內(nèi)，多種線粒體遺傳病都有望迎來(lái)治愈的方法。

在這項(xiàng)發(fā)表于《細(xì)胞》的***新研究中，來(lái)自韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所基因編輯中心的研究團(tuán)隊(duì)終于完成了這項(xiàng)“不可能的任務(wù)”，他們開(kāi)發(fā)出一款全新的基因編輯平臺(tái)，命名為轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物相關(guān)脫氫酶（transcription activator-like effector-linked deaminases，簡(jiǎn)稱TALED）。

▲TALED編輯線粒體DNA的示意圖

論文***作者CHO Sung-Ik表示：“我們?cè)O(shè)計(jì)的新型堿基編輯器極大地拓展了線粒體DNA編輯的范圍，這不僅有助于構(gòu)建疾病模型，還將幫助人們開(kāi)發(fā)新療法?！?/p>

TALED到底是什么？接下來(lái)我們將看到，TALED由3個(gè)功能各異的主要部分組成，它們環(huán)環(huán)相扣、共同協(xié)作，***終完成這項(xiàng)基因編輯任務(wù)。

***個(gè)部分，可以看作TALED的向?qū)АＧ懊嬲f(shuō)到，常見(jiàn)的基因編輯系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)入線粒體。為了解決這個(gè)問(wèn)題，TALED與劉如謙團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的DaCBE一樣，使用了轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物（TALE）。作為一種DNA結(jié)合蛋白，TALE蛋白能夠靶向特異的DNA序列，其在線粒體靶向序列（MTS）的引導(dǎo)下進(jìn)入線粒體，并且與特定的線粒體DNA序列結(jié)合。

到這里，TALED就被帶到了工作場(chǎng)所。在這里，輪到TALED的第二個(gè)部分登場(chǎng)。研究團(tuán)隊(duì)需要找到合適的脫氫酶，在這里實(shí)現(xiàn)A-G堿基的轉(zhuǎn)換。為此，他們選擇是名為TadA8e的腺嘌呤脫氫酶，其由大腸桿菌的腺嘌呤脫氫酶改造而來(lái)。

這個(gè)選擇頗具創(chuàng)意，因?yàn)門adA8e被認(rèn)為是一種專門對(duì)單鏈DNA起作用的蛋白，但在這里，它需要在線粒體的雙鏈DNA中進(jìn)行堿基編輯。

這篇論文的通訊作者，基因編輯中心主任KIM Jin-Soo教授說(shuō)：“沒(méi)有人想過(guò)用TadA8e在線粒體中進(jìn)行堿基編輯，因?yàn)樗徽J(rèn)為只對(duì)單鏈DNA起作用。正是這個(gè)跳出傳統(tǒng)框架的想法，幫助我們發(fā)明了TALED。”

而幫助TadA8e做到這一點(diǎn)的，是TALED的***后一個(gè)主要部分：胞嘧啶脫氫酶DddAtox。DddAtox使得雙鏈DNA可以短暫地解開(kāi)，而TadA8e正是抓住了這個(gè)轉(zhuǎn)瞬即逝的時(shí)間窗口，在人類細(xì)胞的線粒體中高效催化A-G堿基的轉(zhuǎn)換，編輯頻率可高達(dá)49%。

▲TALED實(shí)現(xiàn)了A-G堿基的轉(zhuǎn)換

通過(guò)對(duì)TALED的調(diào)整，研究團(tuán)隊(duì)分別開(kāi)發(fā)出能同時(shí)實(shí)現(xiàn)A-G以及C-T堿基轉(zhuǎn)換的技術(shù)，以及僅進(jìn)行A-G轉(zhuǎn)換的技術(shù)。

當(dāng)然，作為一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的技術(shù)，TALED仍有不***之處，例如在進(jìn)行堿基編輯時(shí)，可能會(huì)造成與目標(biāo)位點(diǎn)相鄰的核苷酸也發(fā)生轉(zhuǎn)換；此外，TALED是否會(huì)在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中產(chǎn)生脫靶效應(yīng)也有待觀察。

但毫無(wú)疑問(wèn)，TALED技術(shù)的出現(xiàn)讓我們又多了一種***潛力的基因編輯工具，展望這項(xiàng)技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用場(chǎng)景，研究團(tuán)隊(duì)希望能提升TALED的編輯效率與特異性，***終能夠分別在胚胎、新生兒與成年患者體內(nèi)修正致病的線粒體突變。我們期待，那些受困于線粒體遺傳病的人們終將迎來(lái)治愈的一刻。

RNA提取磁珠屬于納米生物磁珠的一種，主要作用是用于核酸提取過(guò)程中的RNA提取，粒徑分布在500nm左右，是洛陽(yáng)吉恩特生物自主研發(fā)生產(chǎn)的高分子納米磁性微球，該磁珠懸浮時(shí)間長(zhǎng)，磁響應(yīng)時(shí)間迅速，對(duì)DNA甲基化過(guò)程中的提取環(huán)節(jié)提供良好的支持，可明顯縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)效率，并在提取結(jié)果上保持穩(wěn)定，配合核酸提取儀，更能實(shí)現(xiàn)快速的RNA提取。

【數(shù)字PCR網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)】

在CRISPR編輯的細(xì)胞系中

使用數(shù)字PCR進(jìn)行標(biāo)記拷貝數(shù)評(píng)估

       11月19日北京時(shí)間23:00（巴黎時(shí)間：17:00），歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究員Moritz Kueblbeck將于Genomeweb平臺(tái)在線分享“在CRISPR編輯的細(xì)胞系中使用數(shù)字PCR進(jìn)行標(biāo)記拷貝數(shù)評(píng)估”相關(guān)知識(shí)。

本網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)將介紹如何使用dPCR快速定量CRISPR編輯的HeLa細(xì)胞中的綠色熒光蛋白拷貝數(shù)。討論還將介紹dPCR的工作原理和采集后的數(shù)據(jù)分析方法。

Moritz Kueblbeck在德國(guó)海德堡的癌癥研究ZX(DKFZ)做了八年的研究技術(shù)員。2014年,他加入了Jan Ellenberg在海德堡的歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室,在不同實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目中，他使用CRISPR/Cas9方法利用內(nèi)源性的標(biāo)記蛋白(在HeLa和U-2 OS細(xì)胞進(jìn)行不同標(biāo)簽的純合敲入)進(jìn)行人類細(xì)胞系基因組編輯。

內(nèi)容簡(jiǎn)介

l  熒光蛋白或自標(biāo)記是使用熒光顯微鏡研究活細(xì)胞中蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)的寶貴工具。然而，定量成像需要目標(biāo)蛋白(POI)的生理表達(dá)水平，特別是當(dāng)需要研究POI的化學(xué)計(jì)量相互作用時(shí)。

l  CRISPR使研究人員能夠標(biāo)記幾乎任何感興趣的目標(biāo)基因，使其可以研究相應(yīng)POI的生理表達(dá)水平。然而，正確編輯細(xì)胞克隆的產(chǎn)生和選擇——即標(biāo)記等位基因的預(yù)期數(shù)量和缺乏額外的整合——需要對(duì)標(biāo)記的拷貝數(shù)進(jìn)行定量評(píng)估。

l  探討dPCR是一種快速、可靠的熒光標(biāo)記CRISPR編輯細(xì)胞定量檢測(cè)方法。

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      從Z早的指南針到霍爾片，磁場(chǎng)測(cè)量一直在生活、科研、工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用。

精密磁場(chǎng)成像

       人們?yōu)榱诉_(dá)到更高的靈敏度，超導(dǎo)量子干涉儀芯片SQUID、原子蒸氣單元、核磁共振磁等物理學(xué)效應(yīng)相繼被用到磁場(chǎng)探測(cè)中來(lái)。盡管如此，測(cè)磁學(xué)仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。

地球磁場(chǎng)無(wú)處不在

       如今，人們迫切需要一種能夠進(jìn)行高空間分辨率、高靈敏度并且能夠?qū)悠繁砻嬉韵绿綔y(cè)和成像的探頭，來(lái)研究單個(gè)細(xì)胞、蛋白質(zhì)、DNA或進(jìn)行單分子識(shí)別、單原子核磁共振等。

       在保證高靈敏度的前提下，傳統(tǒng)的測(cè)磁芯片很難獲得高的空間分辨率，或者縮短與微觀樣品的距離。而對(duì)于一些可以達(dá)到高分辨率的系統(tǒng)，其工作條件都要求超低溫和高真空，難以對(duì)活體細(xì)胞、病毒等進(jìn)行成像。可以在室溫大氣下成像的原子力顯微鏡、掃描隧道顯微鏡等能夠?qū)悠繁砻嫘蚊策M(jìn)行成像，但無(wú)法進(jìn)行表面磁場(chǎng)的成像。

基于NV色心的量子精密測(cè)量

金剛石中氮-空位（NV）色心原子結(jié)構(gòu)和室溫下的能級(jí)結(jié)構(gòu)

      金剛石（鉆石）氮-空位（NV）色心是指金剛石中的一種特殊的發(fā)光點(diǎn)缺陷，由一個(gè)替代的氮原子與其緊鄰的一個(gè)碳原子空位組成，是眾多順磁性雜質(zhì)中的一種。

      空位吸引了一個(gè)電子，加上氮原子的一個(gè)未成鍵電子，組成了一個(gè)軌道基態(tài)自旋為1的體系，電子基態(tài)為自旋三重態(tài)，室溫下相干時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)1.8ms，可以被定位至小于10nm的精度，電子自旋對(duì)外界磁場(chǎng)非常靈敏，NV色心與其他待測(cè)樣品之間距離可以小于5nm。

      基于以上優(yōu)點(diǎn)，NV色心可以作為一種非常強(qiáng)大的單量子傳感器，該傳感器不僅性能穩(wěn)定，并且可在樣品表面納米級(jí)精度掃描成像的同時(shí)可保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境的高度穩(wěn)定。

QDAFM譜儀

       為了填補(bǔ)高精度、高分辨率磁場(chǎng)成像科研儀器的空缺，國(guó)儀量子推出了一款量子鉆石原子力顯微鏡（Quantum Diamond Atomic Force Microscope，簡(jiǎn)稱QDAFM）。

量子鉆石原子力顯微鏡

      QDAFM譜儀是一臺(tái)基于NV色心和AFM掃描成像技術(shù)的量子精密測(cè)量?jī)x器。

      QDAFM譜儀通過(guò)NV色心的自旋進(jìn)行量子操控與讀出，可實(shí)現(xiàn)磁學(xué)性質(zhì)的定量無(wú)損成像。QDAFM具有納米級(jí)的高空間分辨以及單個(gè)自旋的超高探測(cè)靈敏度，是發(fā)展和研究高密度磁存儲(chǔ)、自旋電子學(xué)、量子技術(shù)應(yīng)用等的新技術(shù)。

產(chǎn)品特點(diǎn)

QDAFM產(chǎn)品特點(diǎn)

QDAFM譜儀在量子科學(xué)，化學(xué)與材料科學(xué)，以及生物和YL等研究領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

微納磁成像

      對(duì)于磁性材料，確定其靜態(tài)自旋分布是凝聚態(tài)物理中的重要問(wèn)題，也是研究新型磁性器件的關(guān)鍵。

      QDAFM提供了一種新的測(cè)量途徑，能夠?qū)崿F(xiàn)高空間分辨率的磁性成像，具有非侵入性、可覆蓋寬溫區(qū)、大磁場(chǎng)測(cè)量范圍等獨(dú)到優(yōu)勢(shì)。

超導(dǎo)磁成像

      對(duì)超導(dǎo)體及其渦旋的微觀尺度研究，能夠?yàn)槔斫獬瑢?dǎo)機(jī)理提供重要信息。利用工作在低溫下的QDAFM，可以對(duì)超導(dǎo)體的磁渦旋進(jìn)行定量的成像研究，并擴(kuò)展到眾多低溫凝聚態(tài)體系的磁性測(cè)量。

細(xì)胞原位成像

      在細(xì)胞原位實(shí)現(xiàn)納米級(jí)分子成像是生物學(xué)研究的重要手段。在眾多成像技術(shù)中，磁共振成像技術(shù)能夠快速、無(wú)破壞地獲取樣品體內(nèi)的自旋分布圖像，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域中。

      特別是在臨床醫(yī)學(xué)中，因其對(duì)生物體幾乎無(wú)損傷，對(duì)疾病的機(jī)理研究、診斷和ZL起著重要的作用。然而，傳統(tǒng)的磁共振成像技術(shù)使用磁感應(yīng)線圈作為傳感器，空間分辨率極限在微米以上，無(wú)法進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)分子尺度的成像。

      利用QDAFM的高空間分辨率特性，研究人員觀測(cè)到了細(xì)胞內(nèi)部存在于細(xì)胞器中的鐵蛋白，分辨率達(dá)到了10納米。

拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu)表征

      磁性斯格明子是具有拓?fù)浔Ｗo(hù)性質(zhì)的納米尺度渦旋磁結(jié)構(gòu)。磁性斯格明子展現(xiàn)出豐富新奇的物理學(xué)特性，為研究拓?fù)渥孕娮訉W(xué)提供了新的平臺(tái)，在未來(lái)高密度、低能耗、非易失性計(jì)算和存儲(chǔ)器件中也具有潛在應(yīng)用。

      但是室溫下單個(gè)斯格明子的探測(cè)在實(shí)驗(yàn)上仍具有挑戰(zhàn)性。QDAFM的高靈敏度和高分辨率特點(diǎn)，是解決這一難題的有力工具，通過(guò)雜散場(chǎng)測(cè)量可重構(gòu)出斯格明子的磁結(jié)構(gòu)。

部分圖片及信息來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，參考文獻(xiàn)如下：

1：Tetienne, J. P.et al. Nature Communications6, 6733(2015).

2：Thiel, L. et al. Nature Nanotechnology 11,677-681(2016).

3：Wang, P. et al. Science advances 5, 8038 (2019).

4：Dovzhenko, Y. et al. Nature Communications 9, 2712 (2018).