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亮不亮有關係

科景_96
・2011/02/08 ・1095字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 568 ・九年級
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Original publish date:Dec 27, 2002

編輯 Agape 報導

荷蘭的飛利浦實驗室利用多層碳奈米管作為電子源﹐製造出超高亮度﹑高解像度且使用壽命長的電子顯微鏡雛型。

在現今這奈米科技日新月異的時代﹐由於科學家們的努力及創意﹐幾乎每天都會有關於奈米科技的新聞出現。本文所要報導的內容也不例外﹐乃是關於多層碳奈米管在高解像度電子束儀器上的應用。

所謂高解像度電子束﹐乃是一電子間相位同調﹑幾乎無干涉﹑且截面積極小(數至數十奈米)的電子束﹐它們最大的應用乃是被使用在高解像度(掃描﹑穿透等)電子顯微鏡上。而要達到可被產品化的標準﹐產生電子束的電子源必須符合發射電流穩定以及使用壽命長的要求。現今在各類電子束成像儀器中﹐有兩種最常見的電子源﹕熱離子發射(thermionic emission)及場效發射(field emission) ﹔前者維修及設計簡單但是使用壽命較短﹐後者則是使用壽命長但維修及設計較複雜﹐儀器單價也昂貴許多。

有鑒於此﹐荷蘭飛利浦(世界上最大電子顯微鏡製造廠商之一)實驗室的Niels deJonge等人即著手開發以碳奈米管作為電子源的可能性。他們利用以蝕刻處理過的鎢絲針尖作為電極﹐將一條多層壁碳奈米管黏在其上﹐然後在超高真空的環境中對碳奈米管通以不到1微安培的電流﹐測量所得到電子束的強度及穩定性。根據電子束通過尖端所產生的Fresnel干涉條紋﹐Niels de Jonge等人計算出﹐碳奈米管所產生的電子束亮度要比現今已知最好的電子源 (Schottky emission及cold field-emission)高十倍以上。此外﹐他們並進一步估計所產生電子束的理想截面積(virtual source size) 更只有約2奈米﹐意味著此電子束具有辨別2奈米的高解像度以及達四十萬倍(一般掃描式電子顯微鏡最大放大率為三十萬倍)的放大率﹐表現絲毫不輸給現今市場已有的各類電子顯微鏡。

除此之外﹐Niels de Jonge的研究小組也檢視了電子束的角度擴散如何隨著所加電壓而改變(因電子源的亮度受其影響)。他們發現在相同的電壓之下(0.3eV) ﹐ 比起Schottky emission及cold field-emission所產生的電子束﹐碳奈米管產生的電子束具有較小的角度擴散。代表著以碳奈米管作為電子源的電子束成像儀器聚焦程度較佳﹐且有較高的解像度。

Niels de Jonge等人的研究﹐不僅為高解像度電子束成像提供了一條新的方向﹐更可說是解決了使用傳統電子源所面臨的難題﹕高亮度電子束與使用壽命長難以兼得。至於執視聽器材科技牛耳的飛利浦﹐是否會將這項技術推廣到逐漸受到消費者重視的平面電視製造上﹐就讓我們拭目以待。

原始論文:
Niels de Jonge et al., High brightness electron beam from a multi-walled carbon nanotube, Nature 420, 393 (2002)

參考來源:

  • 原始論文:Niels de Jonge et al., High brightness electron beam from a multi-walled carbon nanotube, Nature 420, 393 (2002)

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Sep 08, 2005] 你也可以做的奈米碳管薄片
  • [Jul 17, 2003] 奈米碳管微型氣體偵測器
  • [Jul 14, 2002] 碳奈米管在醫學上的應用:小而冷的 X 光源

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    科景_96
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    Sciscape成立於1999年4月,為一非營利的專業科學新聞網站。

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    地震之島的生存法則!921地震教育園區揭開台灣的防災祕密
    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
    ・2024/09/20 ・4553字 ・閱讀時間約 9 分鐘

    為什麼台灣會像坐在搖搖椅上,總是時不時地晃動?這個問題或許有些令人不安,但卻是我們生活在這片土地上的現實。根據氣象署統計,台灣每年有 40,000 次以上的地震,其中有感地震超過 1,000 次。2024年4月3日,花蓮的大地震發生後,台灣就經歷了超過 1,000 次餘震,這些數據被視覺化後形成的圖像,宛如台北101大樓般高聳穿雲,再次引發了全球對台灣地震頻繁性的關注。

    地震發生後,許多外國媒體擔心半導體產業會受影響,但更讓他們稱奇的是,台灣竟然能在這麼大的地震之下,將傷害降到這麼低,並迅速恢復。不禁讓人想問,自從 25 年前的 921大地震以來,台灣經歷了哪些改變?哪些地方可能再發生大地震?如果只是遲早,我們該如何做好更萬全的準備?

    要找到這些問題的答案,最合適的地點就在一座從地震遺跡中冒出的主題博物館:國立自然科學博物館的 921地震教育園區。

    圖:跑道捕捉了地震的瞬間 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

    下一個大地震在哪、何時?先聽斷層說了什麼

    1999年9月21日凌晨1點47分,台灣發生了一場規模7.3的大地震,震央在南投縣集集鎮,全台 5 萬棟房子遭震垮,罹難人數超過 2,400 人。其中,台中霧峰光復國中校區因車籠埔斷層通過,地面隆起2.6公尺,多棟校舍損毀。政府決定在此設立921地震教育園區,保留這段震撼人心的歷史,並作為防災教育的重要基地。園區內兩處地震遺跡依特性設置為「車籠埔斷層保存館」和「地震工程教育館」。

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    車籠埔斷層保存館建於原操場位置,為了保存地表破裂及巨大抬升,所以整體設計不採用樑柱結構,而是由82根長12公尺、寬2.4公尺、重約10噸的預鑄預力混凝板組成,外觀為曲線造型,技術難度極高,屬國內外首見,並榮獲多項建築獎。而地震工程教育館保留了原光復國中受損校舍,讓民眾親眼見證地震的驚人破壞力,進一步強調建築結構與安全的重要性。毀損教室旁設有由園區與「國家地震工程研究中心」共同策劃的展示館,透過互動展示,讓參觀者親手操作,學習地震工程相關知識。

    國立自然科學博物館地質學組研究員蔣正興博士表示,面積上,台灣是一個狹長的小島,卻擁有高達近4000公尺的山脈,彰顯了板塊激烈擠壓、地質活動極為活躍的背景。回顧過去一百年的地震歷史,從1906年的梅山地震、1935年的新竹-台中地震,到1999年的921大地震,都發生在台灣西部,與西部的活動斷層有密切關聯,震源位於淺層,加上人口密度較高,因此對台灣西部造成了嚴重的災情。

    而台灣東部是板塊劇烈擠壓的區域,地震震源分佈更廣。與西部相比,雖然東部地震更頻繁,但由於人口密度相對較低,災情相對較少。此外,台灣東北部和外海也是地震多發區,尤其是菲律賓海板塊往北隱沒至歐亞板塊的隱沒地震帶,至沖繩海槽向北延伸,甚至可能影響到台北下方,發生直下型地震,這種地震因震源位於城市正下方,危害特別大,加上台北市房屋非常老舊,若發生直下型地震,災情將非常嚴重。

    除了台北市,蔣正興博士指出在台灣西部,我們特別需要關注的就是彰化斷層的影響,該斷層曾於1848年發生巨大錯動。此外,我們也需要留意西南部的地震風險,如 1906 年的梅山地震。此兩條活動斷層距今皆已超過 100 年沒活動了。至於東部,因為存在眾多活動斷層,當然也需要持續注意。

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    我們之所以擔心某些斷層,是因為這些區域可能已經累積了相當多的能量,一旦達到臨界點,就會釋放,進而引發地震。地質學家通常會沿著斷層挖掘,尋找過去地震的證據,如受構造擾動沉積物的變化,然後透過定年技術來確定地震發生的時間點,估算出斷層的地震週期,然而,這些數字的計算過程非常複雜,需要綜合大量數據。

    挑戰在於,有些斷層的活動時間非常久遠,要找到活動證據並不容易。例如,1906年的梅山地震,即使不算久遠,但挖掘出相關斷層的具體位置仍然困難,更不用說那些數百年才活動一次的斷層,如台北的山腳斷層,因為上頭覆蓋了大量沉積物,要找到並研究這些斷層更加困難。

    儘管我們很難預測哪個斷層會再次活動,我們仍然可以預先對這些構造做風險評估,從過往地震事件中找到應變之道。而 921 地震教育園區,就是那個可以發現應變之道的地方。

    圖:北棟教室毀損區 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

    921 後的 25 年

    在園區服務已 11 年的黃英哲擔任志工輔導員,常代表園區到各地進行地震防災宣導。他細數 921 之後,台灣進行的六大改革。制定災害防救法,取代了總統緊急命令。修訂了建築法規,推動斷層帶禁限建與傳統校舍建築改建。組建災難搜救隊伍,在面對未來災害時能更加自主應對。為保存文化資產,增設了歷史建築類別,確保具有保存價值的建築物得到妥善照料。

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    最後,則是推行防災教育。黃英哲表示,除了在學校定期進行防災演練,提升防災意識外,更建立了921地震教育園區,不僅作為教育場所,也是跨部門合作的平台,例如與交通部氣象署、災害防救辦公室、教育部等單位合作,進行全面的防災教育。園區內保留了斷層線的舊址,讓遊客能夠直觀地了解地震的破壞力,最具可看性;然而除此之外,園區也是 921 地震相關文物和資料的重要儲存地,為未來的地震研究提供了寶貴的資源。

    堪稱園區元老,在園區服務將近 19 年,主要負責日語解說工作的陳婉茹認為,園區最大的特色是保存了斷層造成的地景變化,如抬升的操場和毀壞的教室場景,讓造訪的每個人直觀地感受地震的威力,尤其是對於年輕的小朋友,即使他們沒有親身經歷過,也能透過這些真實的展示認識到地震帶來的危險與影響。

    陳婉茹回憶,之前有爸媽帶著小學低年級的小朋友來參觀,原本小朋友並不認真聽講,到處跑來跑去,但當他看到隆起的操場,立刻大聲說這他在課本看過,後來便聚精會神地聽完 40 分鐘的解說。

    圖:陳婉茹在第一線負責解說工作 / 圖片來源:921地震教育園區

    除了每看必震撼的地景,園區也透過持續更新策展,邀請大家深入地震跟防災的各個面向。策展人黃惠瑛負責展示設計、活動規劃、教具設計等工作。她提到,去年推出的搜救犬特展和今年的「921震災啓示展」與她的個人經歷息息相關。921 大地震時的她還是一名台中女中的住宿生,當時她儘管驚恐,依舊背著腿軟的學姊下樓,讓她在策劃這些展覽時充滿了反思。

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    在地震體驗平臺的設計中,黃惠瑛強調不僅要讓觀眾了解災害的破壞力,更希望觀眾能從中學到防災知識。她與設計師合作,一樓展示區採用了時光機的概念,運用輕鬆、童趣的風格,希望遊客保持積極心態。二樓的地震體驗平臺結合六軸震動臺和影片,讓遊客真實感受921地震的情境。她強調,這次展覽的目標是全民,設計上避免了血腥和悲傷的元素,旨在讓觀眾帶著正向的感受離開,並重視防災意識。

    圖:地震體驗劇場 / 圖片來源:921地震教育園區

    籌備今年展覽的最大挑戰是緊迫的時間。從五月開始,九月完成,為了迅速而有效地與設計師溝通,黃惠瑛使用了AI工具如ChatGPT與生成圖像工具,來加快與設計師溝通的過程。

    圖:黃惠瑛與設計師於文件中討論設計/ 圖片來源:921地震教育園區

    蔣正興博士說,當初學界建議在此設立地震教育園區,其中一位重要推手是法國地質學家安朔葉。他曾在台灣指導十位台灣博士生,這些博士後來成為地質研究的中堅力量。1999年921大地震後,安朔葉教授立刻趕到台灣,認為光復國中是全球研究斷層和地震的最佳觀察點,建議必須保存。為紀念園區今年成立20週年,在斷層館的展示更新中,便特別強調安朔葉的貢獻與當時的操場圖。

    此外,作為 20 週年的相關活動,今年九月也將與日本野島斷層保存館簽署合作備忘錄(MOU),強化合作並展示台日合作歷史。另一重頭戲則是向日本兵庫縣人與自然博物館主任研究員加藤茂弘致贈感謝狀,感謝他不遺餘力,長期協助園區斷層保存館的剖面展品保存工作。

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    右圖:法國巴黎居禮大學安朔葉教授。左圖:兵庫縣立人與自然博物館主任研究員加藤茂弘
    / 圖片來源:921地震教育園區

    前事不忘,後事之師

    盡力保存斷層跟受創校舍,只因不想再重蹈覆徹。蔣正興博士表示,921地震發生在車籠埔斷層,其錯動形式成為全球地質研究的典範,尤其是在研究斷層帶災害方面。統計數據顯示,距離車籠埔斷層約100公尺內,住在上盤的罹難率約為1%,而下盤則約為0.6%。這說明住在斷層附近,特別是上盤,是非常危險的。由於台灣主要是逆斷層活動,這一數據清楚告訴我們,在上盤區域建設居住區應特別小心。

    2018年花蓮米崙斷層地震就是一個例證。

    在921地震後,政府在斷層帶兩側劃設了「地質敏感區」。因為斷層活動週期較長,全球大部分地區難以測試劃設敏感區的有效性,但台灣不同,斷層活動十分頻繁。例如 1951 年,米崙斷層造成縱谷地震,規模達 7.3,僅隔 67 年後,在 2018 年再次發生花蓮地震,這在全球是罕見的,也因此 2016 年劃設的地質敏感區,在 2018 年的地震中便發現,的確更容易發生地表破裂與建築受損,驗證了地質敏感區劃設的有效性。

    圖:黃英哲表示曾來園區參訪的兒童寄來的問候信,是他認真工作的動力 / 圖片來源:921地震教育園區

    在過去的20年裡,921地震教育園區不僅見證了台灣在防災教育上的進步,也承載著無數來訪者的情感與記憶。每一處地震遺跡,每一項展示,都在默默提醒我們,那段傷痛歷史並未走遠。然而,我們對抗自然的力量,並非源自恐懼,而是源自對生命的尊重與守護。當你走進這座園區,感受那因地震而隆起的操場,或是走過曾經遭受重創的教室,你會發現,這不僅僅是歷史的展示,更是我們每一個人的責任與使命。

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    來吧,今年九月,走進921地震教育園區,一起在這裡找尋對未來的啓示,為台灣的下一代共同築起一個更堅固、更安全的家園。

    圖:今年九月,走進921地震教育園區 / 圖片來源:劉志恆/青玥攝影

    延伸閱讀:
    高風險? 家踩「斷層帶、地質敏感區」買房留意
    「我摸到台灣的心臟!」法國地質學家安朔葉讓「池上斷層」揚名國際
    百年驚奇-霧峰九二一地震教育園區|天下雜誌

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    DNA-PAINT:轉瞬標記 奈米解析
    顯微觀點_96
    ・2024/10/03 ・3586字 ・閱讀時間約 7 分鐘

    本文轉載自顯微觀點

    圖/顯微觀點

    DNA-PAINT:易脫落的奈米「漆」

    DNA-PAINT 屬於單分子定位顯微術(SMLM)大家族一員,它突破繞射極限的途徑類似 PALM 與 STORM:以閃爍(blinking)的螢光讓多個目標分子的位置輪番呈現,最後將多次定位影像以電腦疊合重建成完整的超解析分子地圖。結合電腦運算輔助和光學成像的統計原理,DNA-PAINT 可以達成極端細緻的 RESI 定位術,清楚區別兩個距離不到 1 奈米的螢光來源。

    單看字面,DNA-PAINT 給人「以 DNA 作為油漆」的印象。事實稍有不同,這種技術以 DNA 作為「點累積奈米成像術」(PAINT , Point Accumulation for Imaging in Nanoscale Topography)的探針。接上螢光染劑的短小 DNA 片段,可以靈敏標記蛋白質、染色體以及許多細胞內構造。

    DNA-PAINT 的特別之處,在於利用「不牢固」的螢光標記製造閃爍效果。不同於 PALM, STORM 以光調控「固著在目標上」的螢光來源,DNA-PAINT 使用與目標連結力量薄弱的螢光探針,結合目標之後會快速分離。只有在探針與目標結合的瞬間,同時被激發光照射,探針上的螢光團才能發出螢光。目標分子與螢光探針分離後,依然保有和下一個探針結合的能力,因此不必擔心螢光團的放光能力衰退。

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    Dna Barcoded Labeling Probes For Highly Multiplexed Exchange Paint Imaging
    DNA-PAINT 原理:Docking strand(嵌合序列)附著在人造 DNA 構造上,溶液中漂浮著成像序列(Imager strand),成像序列上的螢光團不容易被激發(膚色)。成像序列與嵌合序列結合時,螢光團才會被激發(橘紅色) 圖片來源:Agasti, Sarit S., et al. Chemical science 8.4 (2017): 3080-3091.

    DNA-PAINT 使用的 DNA 探針片段長度不超過 10 個鹼基,又稱寡核苷酸(oligonucleotides 或oligomers)。這些短小 DNA 片段可以附加上螢光染劑的螢光團分子,成為螢光探針。

    DNA 探針的結合對象是另一段互補的 DNA 片段,此互補序列會預先透過抗體與定位目標連結,等待 DNA 探針前來結合。DNA 探針因為具有螢光團,被稱為「成像片段(imager strand)」,而牢固於目標的互補序列則稱為「嵌合片段(docking strand)」。對生物細胞進行 DNA-PAINT 時,嵌合片段與目標分子之間常有抗體或配體做為銜接,需要類似免疫螢光染色的前置作業,目標表面的抗原也可以因應實驗需求進行設計。

    因為兩個短小 DNA 片段之間的結合力有限,成像片段與嵌合片段結合後會快速分離。而螢光團只有在結合目標時才容易放光,因此可以形成閃爍的螢光定位標記。經由電腦疊合閃爍的定位影像,DNA-PAINT 可以達成 10 奈米左右的超解析定位,若沒有序列成像的幫助,依然無法突破奈米以下解析度的光學障礙。

    Direct Visualization Of Single Nuclear Pore Complex Proteins Using Genetically‐encoded Probes For Dna‐paint
    以 DNA-PAINT 對細胞核膜上的 Nup96 核孔蛋白進行 3D 定位。在圖 a. 中,不同的螢光色彩象徵不同的空間深度。圖 b. 箭頭所指處,則是成對出現的 Nup96 蛋白。比例尺:圖 a. 2000nm, 圖 b. 50 nm. 圖片來源:Schlichthaerle, Thomas, et al. Angewandte Chemie 131.37 (2019): 13138-13142.

    核孔複合體(Nuclear Pore Complex)上的 Nup96 蛋白是科學家經常探索的重要目標,即使是超解析顯微術也未能在自然狀態下呈現其構造。隆曼團隊以 RESI 對 Nup96 進行定位,不但清楚定位出符合電子顯微鏡拍攝的 8 對 Nup96 蛋白沿著核孔形成環狀結構,還能清楚呈現每對蛋白之間的 11 奈米的間距。

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    結合序列成像(Sequential Imaging)與 DNA-PAINT 兩種技術,RESI 讓科學家得以運用一般門檻的顯微儀器、耗材,就能達到超乎以往想像的定位解析度。而 DNA-PAINT 這種巧妙的定位方法並非一蹴而就,而是數種有趣的技術累積而成。

    PAINT 起源:不穩定又不專一的尼羅紅

    PAINT(Point Accumulation for Imaging in Nanoscale Topography, 點累積奈米成像術)系列定位法的螢光探針由一個螢光染劑分子與一個分子探針(probe)構成。親和性抗體、寡核苷酸(短小 DNA 片段)都可作為分子探針的材料,再由此探針結合目標分子或其上的抗體。除了 DNA-PAINT, PAINT 家譜上還有 FRET-PAINT, Exchange-PAINT, u-PAINT 等不同特質的成員。

    在 2006 年由沙羅諾夫(A. Sharonov)和霍克崔瑟(R. M. Hochstraser)發表的第一代 PAINT 中,僅僅使用螢光染料尼羅紅(Nile Red)為標記。這種染劑在含水溶劑中無法發光,必須進入磷脂層等非極性環境才能展現其螢光活性。

    因此尼羅紅無須結合探針,只要以低濃度加入樣本溶液中,就能觀察到其進入細胞膜脂雙層、大型磷脂囊泡(large unilamella vesicles)表層等疏水性環境中,受到激發放出螢光。尼羅紅與磷脂層的親和性不強,很快就會再次脫離,也容易遭到光漂白(photobleaching)而失去螢光,因此可作為一種閃爍的螢光定位標記。

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    尼羅紅可以結合所有疏水性(hydrophobic)的構造,無法真的標記特定分子,缺乏分子生物學重視的專一性。但它開啟了 PAINT 以「不牢固螢光染劑」增進解析度的先河。與多數螢光顯微術追求螢光團穩定性與強度的定位技巧背道而馳。

    Image 2
    圖 a. 以尼羅紅標記磷脂層的直接成像;圖 b. 以 PAINT 技術進行上千次成像重建後的磷脂層定位。兩者定位解析度形成強烈對比。圖 c. 為 uPAINT 概念:接受激發光(綠色)照耀的螢光探針才會發光(紅色),漂浮在激發光範圍外的螢光探針保持黯淡(粉紅),即使未結合目標的探針也能發光,且僅能標記細胞膜表面的目標。圖片來源:Nieves, Daniel J., et al. Genes 9.12 (2018): 621.

    4 年後,吉安諾內(G. Giannone)和荷西(E. Hosy)以具目標專一性的配體,例如抗體蛋白,連接螢光團形成螢光探針,達成具有專一性的 PAINT 超解析定位。透過進步的生化技術製作配體,這種技術幾乎可以定位所有類型的目標,因此被命名 universal-PAINT, 簡稱 uPAINT。

    uPAINT 可以提升多種目標的定位解析度,但其螢光探針即使游離在溶液中,也能接受激發、放出螢光,形成背景雜訊。且結合螢光染劑的抗體無法穿透細胞膜,因此只能定位細胞膜上的目標。

    因此 uPAINT 必須限縮激發光照射的範圍,對準目標、減少雜訊,例如微調全內反射顯微鏡(TIRF)的角度,形成「高傾斜層光照明」(Highly Inclined and Laminated Optical sheet, HILO)以限定激發範圍。

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    同在 2010 年,隆曼與史坦豪爾(C. Steinhauer)嘗試以寡核苷酸為探針,定位 DNA 摺紙構造(DNA origami structure)上的目標,達到了奈米等級的解析度。DNA-based Point Accumulation for Imaging in Nanoscale Topography 正式誕生,善用「不牢固的螢光探針」與電腦運算的輔助,以一般螢光顯微鏡就能突破繞射極限。

    無限調色的虛擬油漆:Exchange-PAINT

    2014 年,隆曼與同事阿凡達尼歐(M. S. Avendaño)、沃爾斯坦(J. B. Woehrstein)發表 DNA-PAINT 的巧妙變化,除了同時以不同探針標記不同構造,達成精準的多重定位(multiplexed localization),更實現以一種螢光超解析定位多種目標,讓多重標記的潛力加速實現。

    這種多重標記被隆曼與同事稱為 Exchange-PAINT,同樣使用 DNA 片段作為探針。在同一個樣本的 10 種不同目標上,連結了 10 種不同的嵌合片段(docking strands),隆曼等人再以 10 種互不干涉的短小 DNA 序列(orthogonal sequences)作為成像片段(imager strands)。

    他們每次只加入一種成像片段,針對一種目標進行閃爍(blinking)定位,並由電腦套上特定顏色,接著洗去既有成像片段,再加入下一種成像片段。最後將所有目標的獨立定位圖疊合起來,便能得到完整的奈米級定位。

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    Multiplexed 3d Cellular Super Resolution Imaging With Dna Paint And Exchange Paint 2
    圖 a.為 Exchange-PAINT 概念,每一輪定位針對一種目標,完成後洗去探針,再加入下一種探針進行定位,最後將每一輪的定位影像疊合起來。圖 c., 圖 d. 表現 Exchange-PAINT 的多工能力, 1 個 DNA 摺紙樣本上的 10 種不同目標可以依序定位,賦予顏色(實際上使用相同螢光染劑,不同成像片段),再以電腦重建疊合。每一種目標的定位都進行了 7500 次拍攝。圖 d., 圖 e. 中的比例尺為 25nm. 圖片來源:Jungmann, Ralf, et al.  Nature methods 11.3 (2014): 313-318.

    只需要一種螢光染劑接上多種成像片段,Exchange-PAINT 便能以基本的實驗設備達到多重目標的超解析定位,不像多重標記的 DNA-PAINT 受限於染劑顏色數目,Exchange-PAINT 的門檻在於互不相干寡核甘酸片段的數目,在實驗中幾乎不可能窮盡。而可以使用一般螢光顯微鏡與螢光染劑達到埃(ångström)解析度的 RESI 技術,就是將 Exchange-PAINT 的多種目標定位應用於單種目標定位,透過不同探針標記同種目標製造發光順序落差,大幅提升解析度。

    在「眼見為真」的生物學影像趨勢中,「增加偵測光子數量」是螢光顯微技術提升解析度的基礎光學原理,也是最主流的技術改良方向。而 DNA-PAINT 系列技術跳脫了對光子數量的追求,不受螢光染劑的光漂白及螢光壽命限制,以快速脫落的探針另闢蹊徑,使低成本的超解析影像得以實現,更展現生物物理學蘊藏的廣泛技術可能性。

    參考資料:

    • DNA-PAINT 的最新應用:RESI序列成像解析度增強術
    • Jungmann, Ralf, et al.  Nature methods 11.3 (2014): 313-318.
    • Agasti, Sarit S., et al.  Chemical science 8.4 (2017): 3080-3091.
    • Nieves, Daniel J., Katharina Gaus, and Matthew AB Baker. Genes 9.12 (2018): 621.
    • Schlichthaerle, Thomas, et al.  Angewandte Chemie 131.37 (2019): 13138-13142.
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    顯微觀點_96
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    從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。

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    免疫治療對決白血病:急性淋巴性白血病的危險警訊與治療突破
    careonline_96
    ・2024/10/02 ・2737字 ・閱讀時間約 5 分鐘

    圖/照護線上

    「有位六十多歲的女士因為頭暈、虛弱、疲勞而就醫,結果發現血球數量嚴重異常,紅血球與血小板數量偏低,且有大量不成熟的淋巴球,進一步檢查才發現竟是急性淋巴性白血病(Acute Lymphoblastic Leukemia,簡稱 ALL)引起。」臺北榮民總醫院內科部輸血醫學科簡聖軒醫師指出,「由於急性淋巴性白血病的病程進展快速,所以個案在確診後,就有即刻治療的必要。」

    然而,患者因為身體機能相對較差,難以接受完整的化學治療,治療成效有待加強,遲遲未達殘留病灶檢測(MRD)陰性。所幸,後來透過免疫治療大幅殲滅癌細胞,並接續使用異體幹細胞移植,穩定控制疾病至今。

    急性淋巴性白血病發作,貧血、瘀青、發燒、淋巴結腫大是警訊

    急性淋巴性白血病源自淋巴球的惡性病變,正常的淋巴性芽細胞原本會分化成淋巴球,但是在癌化之後,產生了大量不成熟的細胞,這些多而無用的淋巴球會壓迫到正常血球的生成,進而衝擊患者的健康、甚至危及性命。

    急性淋巴性白血病的症狀與造血功能衰竭有關,簡聖軒醫師指出,紅血球數量偏低會讓患者出現臉色蒼白、頭暈、虛弱等貧血的狀況,血小板數量偏低會讓患者容易出現瘀青、流血不止的狀況,白血球數量異常會讓患者容易遭到感染而發燒、畏寒。另外還可能出現淋巴結腫大、脾臟腫大、骨頭疼痛、夜間盜汗、體重減輕等症狀。

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    簡聖軒醫師說,急性淋巴性白血病剛發病時,患者可能覺得身體有些不舒服,不過也許經過一、兩個禮拜的時間,症狀就會變得很嚴重,甚至危及性命。

    急性淋巴性白血病導致造血功能衰竭
    圖/照護線上

    大人、小孩都可能發生急性淋巴性白血病,在台灣每年大約有三百個新病例。簡聖軒醫師說,突然罹患急性淋巴性白血病,對患者是很大的衝擊,諸如就學、工作、婚姻、生育等計畫,都可能被迫中斷,往往需要一段時間才有辦法調適、接受。

    微量殘留病灶檢測(MRD)幫助調整治療策略

    由於急性淋巴性白血病的進展相當快,所以在確定診斷後,便要盡快接受治療。簡聖軒醫師說,第一階段為誘導治療,以高劑量化學治療為主,並視基因突變的狀況加入標靶藥物,盡量消滅癌細胞;第二階段為鞏固治療,希望清除那些不活躍但可能再生長並導致復發之殘留白血病細胞,此階段可以依患者狀況,適時的加入免疫治療強化癌細胞的清除成效;第三階段為維持治療,希望藉由低劑量藥物降低復發的機會。

    急性淋巴性白血病的治療策略
    圖/照護線上

    為了評估治療成效,現在可使用「微量殘留病灶檢測(Measurable Residual Disease,簡稱MRD)」。簡聖軒醫師說,微量殘留病灶檢測(MRD)運用流式細胞儀或基因檢測,靈敏度高,可偵測到殘留在體內微量的癌細胞,讓醫師能根據檢測結果,判斷治療成效以及即時調整治療策略。

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    值得一提的是,成人急性淋巴性白血病的復發風險較高,可能需要進行異體幹細胞移植。簡聖軒醫師說,在做異體幹細胞移植之前,會希望盡可能把癌細胞清乾淨,因此,是否可以達成殘留病灶檢測(MRD)陰性是一大關鍵。但若在誘導治療時,仍未達成微量殘留病灶(MRD)陰性,則可視情況加入免疫治療,提升微量殘留病灶(MRD)陰性的機率。

    追蹤治療成效的利器微量殘留病灶檢測
    圖/照護線上

    在急性淋巴性白血病的治療與追蹤過程中,微量殘留病灶檢測(MRD)是重要指標,能夠幫助醫師決定要不要繼續做治療,要不要考慮異體幹細胞移植。微量殘留病灶檢測(MRD)陰性達標後再進行異體幹細胞移植,患者的死亡與復發風險較低,也有高達 6 成的患者在三年內穩定控制疾病、沒有發生復發1

    微量殘留病灶檢測(MRD)與包含免疫治療在內的精準治療已納入健保給付,幫助急性淋巴性白血病患者提升治療成效,減輕經濟負擔。

    急性淋巴性白血病的治療持續進步,患者務必與醫師密切配合,才能達到較佳的預後。

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    筆記重點整理

    • 急性淋巴性白血病 ALL 病程進展快速,屬於高致命性、低存活率的血癌。剛發病時,患者可能覺得身體有些不舒服,不過也許經過一、兩個禮拜的時間,症狀就會變得很嚴重,甚至危及性命。
    • 急性淋巴性白血病的症狀與造血功能衰竭有關,紅血球數量偏低會讓患者出現臉色蒼白、頭暈、虛弱等貧血的狀況,血小板數量偏低會讓患者容易出現瘀青、流血不止的狀況,白血球數量異常會讓患者容易遭到感染而發燒、畏寒。另外還可能出現淋巴結腫大、脾臟腫大、骨頭疼痛、夜間盜汗、體重減輕等症狀。
    • 急性淋巴性白血病的治療,第一階段為誘導治療,以高劑量化學治療為主,並視基因突變的狀況加入標靶藥物,盡量消滅癌細胞;第二階段為鞏固治療,希望清除那些不活躍但可能再生長並導致復發之殘留白血病細胞;第三階段為維持治療,希望藉由低劑量藥物降低復發的機會。成人急性淋巴性白血病的復發風險較高,可能需要進行異體幹細胞移植。
    • 在治療與追蹤過程中可使用微量殘留病灶檢測(MRD)評估治療成效。微量殘留病灶檢測(MRD)陰性達標後再進行異體幹細胞移植,患者的死亡與復發風險較低,也有高達6成的患者在三年內穩定控制疾病、沒有發生復發1

    參考資料:

    • Bar M, et al. Leuk Res Treatment. 2014;2014:421723.

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