光學晶格 (Optical lattice) 這個領域目前的發展如何,有哪些學校做的比較好?
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之前了解過一些Max Planck Institute做的東西,其他地方,尤其是北美這邊希望可以了解一下
據我所知,目前Optical lattice技術主要應用於冷卻原子,用於人造低溫極限。但是我比較了解的是Optical lattice在生物醫學光子學領域的應用。
2005年,Eric Betzig教授發表了論文(Excitation strategies for optical lattice
microscopy)提出了在生物顯微鏡中使用Optical lattice照明的設想,認為其獨特的平面波疊加的照明方式特別適用於對光照敏感的生物組織成像過程。Eric教授曾發明PALM超分辨光學顯微鏡,由於他在超分辨顯微光學成像方面的突出貢獻,他與Stefan Hell和三人一同獲得了2014年諾貝爾化學獎。Eric教授自從2005年提出了Optical lattice用於生物成像的設想之後,做了大量理論分析,認為此事可行,但是他並沒有找到將其理論計算轉化為一台顯微鏡的方法。隨後,一名叫做陳壁彰的年輕學者改變了這一切。陳壁彰博士於2011年加入Eric的實驗室做博士後工作,據他說「老闆當時已有電腦的理論計算的結果,只是如何將這理論的東西變成一個顯微鏡,甚至是生物的顯微鏡,都是未知的。一開始的確是遇到極大困難,我們試了很多種方法,也曾想放棄,後來給了自己最後兩個月的時間,若做不出來就要放棄了。」最終,陳博士和他的同事共同完成了Optical lattice microscope的設計和製造工作。Eric教授看到他們的工作欣喜異常,告知他們現在應該於世界各地的生物學家聯繫,對各種不同的生物樣本進行成像,以檢驗這種全新的顯微技術的能力。於是,經歷了一年的實驗之後,陳博士將他們的工作整理成文章,發表在了2014年10月24日的《Science》上。
陳博士的Optical lattice microscope是在傳統的Light-sheet microscope的基礎上,採用全新的Optical lattice進行照明,同時改進了照明物鏡和探測物鏡的擺放方式,使用斜掃描的方式對生物樣本進行成像。如下圖所示。
激發物鏡和探測物鏡正交的擺放方式
Optical lattice掃描樣本時的樣子
照明光線經過激發物鏡後形成了Optical lattice
使用Optical lattice技術,陳博士製造出了一個非常薄層的光,因為光層非常薄,所以能採到很高的軸向解析度,取得的三維圖像也愈接近真實的生物體。同時因為光不是一直照射在樣品上,所以對生物樣品有低光損害,因此可以長時間觀察這些活體生物,也就是四維的影像。有了這台功能強大的顯微鏡,Eric教授的研究小組通過與30組生物研究團隊的合作,看見了許多前所未見的高清影像——例如,一個蛋白質在細胞內的三維動態,中性粒細胞在三維基質中動態「擠動」的細節,T細胞和靶細胞的「親密接觸」,還有線蟲和果蠅胚胎髮育過程中各種細胞的遷移和變化。
以上是我所知道的關於Optical lattice的一些顯微光學成像方面的應用。
ETH Esslinger組, Bonn Kohl組,做量子模擬
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