13911564578,010-82967128
6月8日是世界海洋日，在海洋科學(xué)與產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，蔡司 X 射線顯微鏡（XRM）技術(shù)正通過高分辨高襯度三維成像能力，為全球海洋及水產(chǎn)生物科研事業(yè)提供新維度的微觀洞察。
XRM技術(shù)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用價(jià)值
多尺度成像能力：從 幾十 μm 到亞微米級(jí)分辨率，覆蓋從宏觀整體到高清細(xì)節(jié)的表征分析
無損三維重構(gòu)：無需破壞樣品即可獲取內(nèi)部結(jié)構(gòu)，適用于珍貴海洋生物標(biāo)本和重復(fù)檢測(cè)使用
原位動(dòng)態(tài)分析：支持拉伸、流體等原位實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)實(shí)時(shí)觀察材料或生物組織在應(yīng)力、環(huán)境變化下的行為
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新：獲取的高分辨三維結(jié)果可轉(zhuǎn)換成極圖、熱圖，提供給有限元軟件分析、并可與機(jī)器學(xué)習(xí)等結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從結(jié)構(gòu)表征到功能預(yù)測(cè)的全鏈條研究
案例1：深海軟體動(dòng)物 隱藏款防護(hù)盔甲發(fā)現(xiàn)
河海大學(xué)團(tuán)隊(duì)借助蔡司 X 射線顯微鏡，發(fā)現(xiàn)石鱉腹側(cè)帶隱藏的礦化鱗片結(jié)構(gòu)。該設(shè)備以亞微米級(jí)分辨率三維重構(gòu)出鱗片的疊瓦狀排列，其長(zhǎng)度約 40 μm，由文石質(zhì)針狀和方形晶體嵌入角質(zhì)層構(gòu)成，硬度與彈性模量比背側(cè)鱗片高 20%，展現(xiàn)優(yōu)異耐磨特性。文章結(jié)果發(fā)表在《Acta Biomaterialia》期刊上。
研究發(fā)現(xiàn)
分層掃描技術(shù)清晰呈現(xiàn)鱗片與角質(zhì)層的高分辨率嵌合結(jié)構(gòu)成像，揭示腹側(cè)鱗片通過規(guī)則排列平衡柔韌性與耐磨性的機(jī)制
多模態(tài)聯(lián)用進(jìn)行納米壓痕測(cè)試，證實(shí)腹側(cè)鱗片的力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)，為仿生防護(hù)材料設(shè)計(jì)提供天然模板
拓展了生物礦化功能認(rèn)知，其 “硬 - 軟復(fù)合結(jié)構(gòu)" 啟發(fā)新型耐磨材料設(shè)計(jì)，如柔性防護(hù)裝備與仿生涂層。
▲石鱉腹側(cè)礦化鱗片的三維結(jié)構(gòu)與功能解析
案例2：水產(chǎn)加工技術(shù)提升銀鯉魚肉糜品質(zhì)
青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院團(tuán)隊(duì)利用蔡司 X 射線顯微鏡，實(shí)現(xiàn)銀鯉魚肌球蛋白凝膠孔隙網(wǎng)絡(luò)的三維可視化重構(gòu)。文章結(jié)果發(fā)表在《International Journal of Biological Macromolecules》2024期刊上。
研究發(fā)現(xiàn)
異鼠李素處理可使凝膠孔隙體積減少40%，孔隙分布均勻性提升30%，其三維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)更致密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)
通過動(dòng)態(tài)光散射與 CT 數(shù)據(jù)聯(lián)用，團(tuán)隊(duì)揭示了黃酮醇通過強(qiáng)化疏水作用與二硫鍵交聯(lián)，促進(jìn)凝膠網(wǎng)絡(luò)致密化的分子機(jī)制，為水產(chǎn)加工品質(zhì)改良提供了直接的結(jié)構(gòu)證據(jù)
▲銀鯉魚凝膠研究技術(shù)路線匯總圖
案例 3：深海視覺復(fù)眼結(jié)構(gòu)的進(jìn)化奇跡
西澳大學(xué)利用蔡司 X 射線顯微鏡，重建深海端足類動(dòng)物 Hyperia galba 的復(fù)眼三維結(jié)構(gòu)。掃描顯示，其背側(cè)視覺區(qū)小眼密度比腹側(cè)高 3 倍，孔徑寬度與鏡頭直徑比達(dá) 1.8:1，印證了深海生物通過擴(kuò)大光接收面積提升弱光敏感性的策略，文章結(jié)果發(fā)表在《Proceedings of the Royal Society B》期刊上。
研究發(fā)現(xiàn)
Streetsia challengeri 的 “垂直視覺條紋" 結(jié)構(gòu)將探測(cè)距離提升至普通物種的 2.3 倍，為深海生物適應(yīng)深海低光環(huán)境的演化提供證據(jù)，為解析 “貓眼魷魚" 等特殊視覺系統(tǒng)提供形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。
▲通過XRM獲取的魚眼三維結(jié)構(gòu)及基于此結(jié)構(gòu)得到的視覺軸分布和面直徑可視化，揭示三種端足類眼睛的核心差異
案例 4：軟體動(dòng)物演化眼睛大小的生態(tài)驅(qū)動(dòng)
布里斯托大學(xué)研究人員通過蔡司X 射線顯微鏡分析鳳螺超科物種，發(fā)現(xiàn)深海物種眼睛孔徑寬度與鏡頭直徑比隨深度增加而增大（p=0.043）。三維重建顯示，晝行性物種晶狀體厚度比夜行性厚 25%，而夜行性物種視網(wǎng)膜褶皺密度更高。研究為 “視覺權(quán)衡" 理論提供形態(tài)學(xué)證據(jù)，揭示了生態(tài)壓力對(duì)生物結(jié)構(gòu)演化的直接影響。文章結(jié)果發(fā)表在《Systematic Biology》期刊上。
▲鳳螺眼睛的組織切片圖和蔡司三維重構(gòu)結(jié)果對(duì)比
案例 5：珊瑚礁生態(tài)保護(hù)破解有孔蟲群落奧秘
荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)通過蔡司 X 射線顯微鏡，對(duì) 7 種大型底棲有孔蟲進(jìn)行三維重建，利用重建結(jié)果精準(zhǔn)測(cè)量表面面積、生物體積與方解石體積。研究結(jié)果為珊瑚礁生態(tài)快速監(jiān)測(cè)提供了革命性方法。文章結(jié)果發(fā)表在《Molecular Ecology Resources》期刊上。
研究發(fā)現(xiàn)
揭示了有孔蟲殼體形態(tài)與基因拷貝數(shù)的關(guān)聯(lián)
讓 metabarcoding 數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)評(píng)估實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)匹配 —— 屬級(jí)相對(duì)豐度估算誤差縮小至 ±5%
▲展示七種大型底棲有孔蟲物種的形態(tài)測(cè)量關(guān)系，通過對(duì) 193 個(gè)標(biāo)本進(jìn)行XRM掃描，經(jīng)后期數(shù)據(jù)處理得到各物種表面積與生物體積、方解石體積的對(duì)數(shù)關(guān)系（圖 A、B）；通過這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步計(jì)算表面積與方解石體積的比值，得到圖C；通過對(duì)標(biāo)本稱重，結(jié)合XRM測(cè)量的方解石體積數(shù)據(jù)，得出表面積與方解石體積、方解石重量的線性關(guān)系（D、E）
蔡司X 射線顯微鏡正通過技術(shù)創(chuàng)新與跨學(xué)科合作，推動(dòng)海洋科研從 “觀察現(xiàn)象" 向 “解析機(jī)制" 躍遷。無論是水產(chǎn)加工中的品質(zhì)控制，還是深海生物演化的微觀探秘，蔡司始終以精準(zhǔn)成像技術(shù)賦能全球客戶，助力海洋領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。
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