Zewail表示,此技術最大的特點在於,它不但維持了電子顯微鏡的超高三維空間解析力,同時可以具有超快的光學成像能力。也因此他將這個新的電子顯微技術稱為:四維度電子顯微鏡。 其實早在2年前,Zewail的研究小組就已經利用此四維度電子顯微技術進行超快電子繞射實驗,發現不同密度的氧化鋅奈米線陣列,在光激發下所產生的異向結構膨脹不但大小不同,膨脹的時間長短也不相同(1)。他們在去年更進一步應用此技術所發展的光致近場電子顯微鏡(photo-induced near-field electron microscopy, PINEM),成功地在近飛秒尺度下觀察奈米碳管和銀奈米線的近場電場分佈變化(2)。今年四月,他們把目標轉向直徑500奈米同時帶有約50奈米外殼層的蛋白質囊泡,利用PINEM技術,可以透過改變特定參數例如雷射的極化以及囊泡的方位,進而選擇囊泡殼層中欲成像的準確位置(3)。如此一來,將不再需要做標定或是特殊的樣品製備技術來觀察細胞中的微小粒子,如核酸醣小體。六月,Zewail的研究小組發表了四維電子斷層攝影術(4D electron tomography),對環形奈米碳管進行兩種不同振動模式的動態觀察(4),共振頻率高達30百萬赫茲。
Flannigan DJ, Barwick B, & Zewail AH (2010) Biological imaging with 4D ultrafast electron microscopy. Proceedings of the National Academy of Sciences 107:9933-9937.
不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。
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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。
史蒂芬妮.希爾思(Stephanie Shiers)是美國德州達拉斯大學的認知神經科學家,她拍攝的顯微鏡影像曾被選作多本期刊的封面,包括《神經科學雜誌》 (The Journal of Neuroscience)、《科學轉化醫學》 (Science Translational Medicine)等。要怎麼做才能讓自己拍攝的作品登上期刊封面呢?
Sadler, Katelyn E et al. “Transient receptor potential canonical 5 mediates inflammatory mechanical and spontaneous pain in mice.” Science translational medicine vol. 13,595 (2021).
Tavares-Ferreira, Diana et al. “Spatial transcriptomics of dorsal root ganglia identifies molecular signatures of human nociceptors.” Science translational medicine vol. 14,632 (2022).
Shiers, Stephanie et al. “Neuropathic Pain Creates an Enduring Prefrontal Cortex Dysfunction Corrected by the Type II Diabetic Drug Metformin But Not by Gabapentin.” The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience vol. 38,33 (2018).