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6月8日是世界海洋日，在海洋科學與產業(yè)領域，蔡司 X 射線顯微鏡（XRM）技術正通過高分辨高襯度三維成像能力，為全球海洋及水產生物科研事業(yè)提供新維度的微觀洞察。
XRM技術優(yōu)勢與應用價值
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：無需破壞樣品即可獲取內部結構，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力、環(huán)境變化下的行為
數(shù)據(jù)驅動創(chuàng)新：獲取的高分辨三維結果可轉換成極圖、熱圖，提供給有限元軟件分析、并可與機器學習等結合，實現(xiàn)從結構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)石鱉腹側帶隱藏的礦化鱗片結構。該設備以亞微米級分辨率三維重構出鱗片的疊瓦狀排列，其長度約 40 μm，由文石質針狀和方形晶體嵌入角質層構成，硬度與彈性模量比背側鱗片高 20%，展現(xiàn)優(yōu)異耐磨特性。文章結果發(fā)表在《Acta Biomaterialia》期刊上。
研究發(fā)現(xiàn)
分層掃描技術清晰呈現(xiàn)鱗片與角質層的高分辨率嵌合結構成像，揭示腹側鱗片通過規(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，證實腹側鱗片的力學性能優(yōu)勢，為仿生防護材料設計提供天然模板
拓展了生物礦化功能認知，其 “硬 - 軟復合結構" 啟發(fā)新型耐磨材料設計，如柔性防護裝備與仿生涂層。
▲石鱉腹側礦化鱗片的三維結構與功能解析
案例2：水產加工技術提升銀鯉魚肉糜品質
青島農業(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)絡的三維可視化重構。文章結果發(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%，其三維結構呈現(xiàn)更致密的交聯(lián)網(wǎng)絡
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)絡致密化的分子機制，為水產加工品質改良提供了直接的結構證據(jù)
▲銀鯉魚凝膠研究技術路線匯總圖
案例 3：深海視覺復眼結構的進化奇跡
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 的復眼三維結構。掃描顯示，其背側視覺區(qū)小眼密度比腹側高 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" 結構將探測距離提升至普通物種的 2.3 倍，為深海生物適應深海低光環(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。
▲通過XRM獲取的魚眼三維結構及基于此結構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 “視覺權衡" 理論提供形態(tài)學證據(jù)，揭示了生態(tài)壓力對生物結構演化的直接影響。文章結果發(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結果對比
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，利用重建結果精準測量表面面積、生物體積與方解石體積。研究結果為珊瑚礁生態(tài)快速監(jiān)測提供了革命性方法。文章結果發(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系（D、E）
蔡司X 射線顯微鏡正通過技術創(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。無論是水產加工中的品質控制，還是深海生物演化的微觀探秘，蔡司始終以精準成像技術賦能全球客戶，助力海洋領域的可持續(xù)發(fā)展。
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