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6月8日是世界海洋日,，在海洋科學與產(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)勢與應(yīng)用價值
多尺度成像能力：從 幾十 μm 到亞微米級分辨率,，覆蓋從宏觀整體到高清細節(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本和重復檢測使用
原位動態(tài)分析：支持拉伸,、流體等原位實驗,，準實時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,、并可與機器學習等結(jié)合，實現(xiàn)從結(jié)構(gòu)表征到功能預測的全鏈條研究
案例1：深海軟體動物 隱藏款防護盔甲發(fā)現(xiàn)
河海大學團隊借助蔡司 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)備以亞微米級分辨率三維重構(gòu)出鱗片的疊瓦狀排列，其長度約 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制
多模態(tài)聯(lián)用進行納米壓痕測試,，證實腹側(cè)鱗片的力學性能優(yōu)勢,，為仿生防護材料設(shè)計提供天然模板
拓展了生物礦化功能認知，其 “硬 - 軟復合結(jié)構(gòu)” 啟發(fā)新型耐磨材料設(shè)計,，如柔性防護裝備與仿生涂層,。
▲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)大學食品科學與工程學院團隊利用蔡司 X 射線顯微鏡，實現(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)
通過動態(tài)光散射與 CT 數(shù)據(jù)聯(lián)用,，團隊揭示了黃酮醇通過強化疏水作用與二硫鍵交聯(lián)，促進凝膠網(wǎng)絡(luò)致密化的分子機制,，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：深海視覺復眼結(jié)構(gòu)的進化奇跡
西澳大學利用蔡司 X 射線顯微鏡,，重建深海端足類動物 Hyperia galba 的復眼三維結(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 1.8:1，印證了深海生物通過擴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：軟體動物演化眼睛大小的生態(tài)驅(qū)動
布里斯托大學研究人員通過蔡司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)學證據(jù),，揭示了生態(tài)壓力對生物結(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)果對比
案例 5：珊瑚礁生態(tài)保護破解有孔蟲群落奧秘
荷蘭阿姆斯特丹大學科研團隊通過蔡司 X 射線顯微鏡,，對 7 種大型底棲有孔蟲進行三維重建，利用重建結(jié)果精準測量表面面積,、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)學評估實現(xiàn)精準匹配 —— 屬級相對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)測量關(guān)系,，通過對 193 個標本進行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,、方解石體積的對數(shù)關(guān)系（圖 A,、B）；通過這些數(shù)據(jù)進一步計算表面積與方解石體積的比值,，得到圖C,；通過對標本稱重，結(jié)合XRM測量的方解石體積數(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)新與跨學科合作,，推動海洋科研從 “觀察現(xiàn)象” 向 “解析機制” 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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