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oe1(光电查) - 科学论文

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  • X射线叠层衍射成像揭示植物木质素含量与结构稳健性之间的关联

    摘要： 木质素是一种异质芳香族聚合物，负责细胞壁的刚度并抵御病原体侵袭。然而，由于木质素与天然细胞壁抵抗糖分释放（用于发酵或进一步加工）的特性相关，其顽固性成为生物质降解的瓶颈。本研究采用遗传学和分子生物学的生物学方法来破坏木质素合成途径并减少木质素沉积。通过同步辐射冷冻叠层成像技术，我们对野生型和C4H木质素突变型拟南芥植物叶柄的三维片段进行了成像。三维图像揭示了导管、薄壁组织和纤维细胞壁形态的异质性，突出了木质素沉积异常与导管内爆（细胞塌陷和水流阻塞）之间的关系。我们引入了一个新参数来准确定义植物细胞内爆条件，并展示了冷冻叠层X射线计算机断层扫描（冷冻-PXCT）如何为三维植物成像提供新见解以理解生理过程。

    关键词： 木质素、结构坚固性、X射线叠层成像、冷冻叠层相位对比断层扫描、植物、拟南芥

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 冷冻水合绿藻的关联三维X射线荧光与叠层成像断层扫描

    摘要： 准确掌握生物体内元素的分布情况对于理解其细胞功能至关重要。将这种认知与三维（3D）整体细胞结构相结合，能深化我们对细胞化学的理解。以完整的冷冻含水莱茵衣藻细胞为例，我们通过同步低温X射线叠层衍射成像与X射线荧光显微镜联用技术，报道了三维关联显微技术的发展。利用新近开发的名为"广义傅里叶迭代重建算法（GENFIRE）"的断层重建算法，我们获得了未标记藻类细胞超微结构及细胞内元素分布的高质量三维图谱。实验证明GENFIRE算法性能优于传统断层算法，且通过优化实验预设的断层扫描角度可进一步提升重建质量。随着相干光源亮度提升和数据处理效率提高，这种三维X射线荧光与叠层衍射关联断层成像技术，将成为探究从细菌、藻类、寄生虫等小型原核生物到哺乳动物细胞等大型真核生物等各类冷冻含水生物样本的有力工具，其应用包括理解细胞对环境刺激的响应及细胞间相互作用等。

    关键词： GENFIRE、X射线荧光显微镜、冷冻含水生物样品、三维关联显微技术、X射线叠层成像

    更新于2025-09-10 09:29:36

  • [IEEE 2018纽约科学数据峰会（NYSDS）- 美国纽约（2018.8.6-2018.8.8）] 2018纽约科学数据峰会（NYSDS）- 分布式GPU上的高性能多模式叠层成像重建

    摘要： 叠层成像是一种新兴的成像技术，能够为具有大横向尺寸的样品提供波长极限的空间分辨率。作为扫描显微方法，典型的二维图像需要多组数据??；作为基于衍射的成像技术，实空间图像必须通过迭代重建算法还原。由于这两个固有特性，叠层重建通常计算密集且耗时，限制了该方法的通量。我们报道了一种利用多分布式GPU加速的多模差分图算法用于叠层重建。该方法利用Python中的科学计算包（包括mpi4py和PyCUDA），核心计算功能由CUDA C实现。有趣的是，即使存在MPI集体通信，GPU节点数量的弱扩展仍能基本保持恒定。最重要的是，对于实际衍射测量，根据数据量不同我们观察到10至103倍的加速效果，这将重建时间从数小时显著缩短至约1分钟，因而对实时数据处理与可视化至关重要。

    关键词： MPI、Python、CUDA、GPU、X射线叠层成像

    更新于2025-09-10 09:29:36