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连发2篇Nature | 福州大学陈秋水/杨黄浩开发高分辨率X射线发光扩展成像技术;清华大学祁海团队揭示生发中心阳性选择原理

椰子 iNature 2023-01-10



iNature


具有主动读出机制的平板X射线探测器在医疗诊断,安全检查和工业检查中已发现了关键的应用。当前涉及平板探测器的X射线成像技术难以对三维物体成像,因为在高度弯曲的表面上制造大面积,柔性,基于硅的光电探测器仍然是一个挑战。2021年2月17日,福州大学陈秋水,杨黄浩及天津大学-新加坡国立大学福州联合学院Liu Xiaogang共同通讯在Nature 在线发表题为“High-resolution X-ray luminescence extension imaging”的研究论文,该研究演示了使用一系列可溶液处理,掺杂镧系元素的纳米闪烁体实现的无平板,高分辨率,三维成像的超长寿命X射线捕获。通过缺陷形成和电子结构的量子力学模拟得到证实,实验表征表明,由于辐射触发的阴离子迁移到晶格中而导致的滞留电子的缓慢跳变可以诱导超过30天的持续放射发光。进一步证明了X射线发光扩展成像的分辨率大于每毫米20条线对,并且光学存储时间超过15天。这些发现提供了对通过持久电子俘获进行X射线能量转换的基础机制的深入了解,并为激发以患者为中心的X射线摄影,以成像为指导的治疗方法,高能物理和深度学习的可穿戴X射线探测器的未来研究提供了范例。另外,2021年2月17日,清华大学祁海团队在Nature 在线发表题为“Affinity-coupled CCL22 promotes positive selection in germinal centres”的研究论文,该研究表明,在刺激CD40后,生发中心(GC) B细胞上调趋化因子CCL22,并在较小程度上上调CCL17。通过将趋化因子受体CCR4结合到TFH细胞上,CCL22和CCL17可以从远处吸引多个辅助细胞。在GC反应期间,获得更高抗原结合亲和力的B细胞表达更高水平的CCL22,从而“突显”这些高亲和力的GC B细胞。TFH细胞的急性增加或阻断分别有助于快速增加或减少GC B细胞的CCL22表达。因此,基于趋化因子的细胞间反应回路将单个B细胞最近获得的T细胞帮助量与其随后吸引更多帮助的能力联系起来。当在B细胞中消融CCL22和CCL17时,会形成GC,但B细胞不能有效地亲和成熟。当在同一反应中与野生型B细胞竞争时,缺乏CCL22和CCL17的B细胞获得的T细胞帮助维持GC参与或发展为骨髓浆细胞的帮助较少。通过揭示一种趋化因子介导的机制,该机制突出显示了亲和力提高的B细胞对TFH细胞的优先帮助,该研究揭示了GC阳性选择时空编排的原理。



具有主动读出机制的平板X射线探测器在医疗诊断,安全检查和工业检查中已发现了关键的应用。在最近的几十年中,已经实现了几种类型的X射线检测器,主要基于X射线能量直接转换为电荷或使用闪烁材料进行间接转换。许多X射线检测技术要求将平板检测器与薄膜晶体管(TFT)集成在一起,该薄膜晶体管由沉积在玻璃基板上的像素化光电二极管阵列组成。

尽管集成了TFT的平板探测器为X射线检测和射线照相重建提供了高灵敏度,但它们对高分辨率X射线成像提出了严峻的挑战。此外,平板检测器价格昂贵并且不适用于弯曲或不规则形状的物体的三维(3D)X射线成像。尽管付出了巨大的努力,柔性X射线检测器尚未得到很好的开发。

持久性发光磷光体可以存储激发能,并随着光的发射而缓慢释放捕获的能量,从而有可能开发无平板X射线探测器。尽管无机氧化物荧光粉已用于X射线照射下的体内光学成像,但这些材料的X射线敏感性低。而且,它们的制造还需要在苛刻的条件下(> 600 C)进行复杂的晶体生长过程,以在主晶格中产生有效的电子俘获态。可以通过机械研磨制备持久性发光微粒。然而,微粒难以分散在溶液中以进行薄膜处理,这是制造柔性装置的先决条件。

表现出独特的发光特性的掺杂镧系元素的纳米材料已广泛用于X射线闪烁,光学成像,生物传感和光电。值得注意的是,环境条件下的高能辐照可以将小阴离子从其晶格移至间隙位置,从而形成空位和间隙对。

在这里,该研究报告了一种使用镧系元素掺杂的纳米闪烁体对3D电子对象进行无平板X射线成像的通用方法,该方法具有高效的X射线吸收和长寿命的能量陷阱功能。该研究将这种成像技术命名为X射线发光扩展成像(Xr-LEI),因为它能够在X射线终止后对高度弯曲的3D对象执行射线照相,而这是常规平板X射线探测器或同步加速器无法实现的。通过缺陷形成和子结构的量子力学拟得到证实验表征表明,由于触发的阴离子迁移晶格中而导致的滞留电子的缓慢跳变可以诱导超过30天的持续放射发光。进一步证明了X射线发光扩展成像的分辨率大于每毫米20条线对,并且光学存储时间超过15天。

这些发现提供了对通过持久电子俘获进行X射线能量转换的基础的深入了解并为激发以患者为中心的X射线摄影,以成像为指导的治疗方法,高能物理和深度学习的可穿戴X射线探测器的未来研究提供了范例。


参考消息:
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03239-2
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03251-6



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