莫尔超晶格中的霍夫施塔特蝴蝶分形

当布洛赫电子在二维晶格中运动并受到强磁场作用时，晶格的周期性与磁通的周期性相互干扰，使得电子能带展现出复杂的分形结构。 1976 年，霍夫施塔特发现，当每个晶胞的磁通为磁通量子的有理倍数时，能带会形成一个精致的图案，被称为“霍夫施塔特蝴蝶”。

实验上通过调控载流子浓度和磁场强度，可以呈现出与理论相对应的美丽相图。它展示了能带如何随着磁通变化不断分裂，并具有自相似性质。这一现象不仅体现了量子系统的对称性，还在石墨烯莫尔超晶格等体系中得到实验验证，对理解量子霍尔效应和拓扑物态具有重要意义。

（西湖大学理学院 丁靖）

该扫描电镜图展示了世界上最小的生物“文身” ——水熊虫体表的圆形碳质图案（黄色为伪彩色）。我们开创性地采用“冰刻” 技术：在低温水熊虫表面沉积苯甲醚冰层后，用电子束精确曝光冰层，被辐照的区域即转化为常温稳定的文身图案。这项突破性成果首次实现了活体生物的原位微纳加工，该图片最终被评为Nature杂志的年度 “最佳科学图片”。该研究内容更被Science、Discover magazine、phys.org等40余家国际科学媒体广泛报道。

（西湖大学工学院 杨治蓉）

本作品以蝴蝶翅膀、变色龙皮肤等自然界结构色现象为灵感，基于光子晶体理论，通过多尺度压印技术在铝片表面构建周期性纳米结构。白光照射时，不同波长的光在结构中发生干涉与衍射，产生鲜艳的结构色。图案颜色来源于纳米结构对光的调控，而非颜料，体现了仿生设计与先进制造的融合。

（西湖大学工学院 王朗）

从舒适区到舒适区

模型简介： 固态电解质 Li₆P₈W₃O₂₉中锂离子的扩散路径。

图像与模型的对应关系：在固态电解质Li₆P₈W₃O₂₉中， 白球是低温时锂离子在晶格中的位置；黑球是间隙位，具有与白球相同的化学环境。这使得高温时，锂离子很容易地从白球扩散到黑球，形成美丽的二维扩散通道。
图像产生过程：本图像中的扩散路径是通过分子动力学模拟计算锂离子概率密度，绘制等值面得出。

（西湖大学工学院 张希哲） 

通过电子显微学分析，我们发现一个有趣的结果，在电子衍射花样中除了标准的衍射点外，还存在代表空位短程有序的漫散带。同时，伴随着材料中空位浓度的降低，衍射花样中漫散带的衬度开始减弱，并在漫散带的特定位置出现调制衍射点。每一个衍射点，如星指引，照亮科研征途，探寻未知之境！    

（西湖大学物质科学公共实验平台 林杨剑） 

在亏格为二的常高斯曲率曲面上，用全等七边形边对边铺砖，最少需要2块，最多需要12块。若用12块，我们证明七边形只能有三种情况。本作品展现的三个铺砖分别来自三种情况。图中圆盘表示双曲平面。将八边形阴影的边以适当的方式配对，即可得到亏格为二的曲面。

图片由OpenGL渲染语言生成。从任意一点出发，我们在边配对操作下得到八边形的八个顶点，再缩小周长保证其凸性。利用空间折叠技术，八边形内部的铺砖自动生成双曲平面上的铺砖。

（上海科技大学、浙江师范大学 陈浩、李春林、王二小、吴洁）

P1透射电子显微镜照片清晰地展示了纳米晶在未经二氧化硅包覆前整齐排布的照片。P2透射电子显微镜（TEM）照片展示了采用反向微乳液法成功制备的二氧化硅（SiO₂）包覆纳米晶微粒的结构特征。在图像中，可以观察到内核的纳米晶被一层厚度均匀、连续且致密的非晶态SiO₂壳层紧密包裹。这种独特的核壳结构是通过精心设计的反向微乳液体系实现的：纳米晶被限制在水核内，作为硅源水解和缩聚反应的模板。在表面活性剂形成的微反应腔限域空间中，SiO₂前体优先在纳米晶表面成核并聚合生长，最终形成了包覆完整、界面清晰的致密SiO₂壳层。该壳层不仅为内部敏感的纳米晶（如易氧化的金属纳米晶或易光漂白的量子点）提供了坚固的物理屏障，有效隔绝了外界化学环境（如氧气、水、离子等）的侵蚀，显著提升了其化学稳定性与长期保存性能。更重要的是，二氧化硅材料本身具有优异的生物相容性和极低的生物毒性，同时其表面富含的硅羟基（-SiOH）赋予材料良好的亲水性，使其能稳定分散在水性生物介质中。这些关键特性使得此类SiO₂包覆的纳米晶微粒成为极具前景的生物医学探针，特别适用于生物成像应用领域（如荧光成像、光声成像等），为活体水平的疾病诊断与研究提供了重要的纳米工具。

（西湖大学工学院 崇凱恩） 

本图展示了一种空间蛋白质组学研究方法，基于组织膨胀原理，通过嵌入水凝胶将组织等比例膨胀，提高抗体和酶的可及性和空间分辨率。图像中，肝细胞膜蛋白ASGR1的荧光信号清晰勾勒出细胞边界，DAPI染色显示细胞核位置，体现了膨胀后的结构完整性。图像来自小鼠肝脏FFPE切片，采用实验室开发的FAXP（Filter-Aided Expansion Proteomics）技术，经膨胀和免疫染色后在共聚焦显微镜下采集图像。该方法融合组织形态与蛋白定位信息，为实现亚细胞尺度的空间蛋白质组学研究提供了有效手段。

（西湖实验室 董振） 

载流子掺杂分布图

“扫描电容原子力显微镜(SCM)”本质上是一种纳米原子力显微成像技术。它利用微波射频(RF)信号来探测样品的局部电学特性，通过记录样品与金属探针之间的局部电容变化来表征样品表面，同时含有交流和直流偏压组分的调制载波器，可以探测到针尖和样品间的电容变化。放大器被用于检测高信噪比的电容传感器输出。且该输出信号dC/dV的量级是载流子和掺杂浓度的函数。dC/ dV 振幅（较亮的区域表示低掺杂，而较深的区域表示高掺杂dC/dV相位（蓝色表示p型掺杂，红色表示n型掺杂）。

（西湖大学实验室与科研设施部 何占儿） 

微观之泪：小鼠卵母细胞的显微结构视图

本作品“微观之泪”呈现了小鼠未成熟卵母细胞在显微镜下的结构。图像中心两个显著的圆形结构为细胞核，储存了全套遗传物质。环绕在细胞核周围、形似“泪滴”的众多明亮球体是脂滴，作为卵细胞内重要的能量储备库，为卵子成熟、受精及早期胚胎发育提供能量。该图像直观地诠释了卵母细胞生物学的核心模型：其独特的结构（巨大的细胞核、丰富的脂滴）是其完成配子发生、受精并启动胚胎发育这一核心生物学功能的基础。图片中拟人化的“面孔”源于对这些关键细胞结构（细胞核如眼，脂滴如泪）的巧妙观察，但本质上清晰地展示了生殖细胞精妙的构造设计。

从小鼠卵巢分离 GV 期卵母细胞，经光学显微镜观察时，细胞核因高密度呈深色圆形，细胞间互相接触，意外呈现“泪眼-垂泪-唇形”的拟人化影像，体现了微观结构中潜藏的巧合。

（西湖大学医学院 李庆） 

因受限于有限的导向性、π平面的空间效应以及极弱的作用力（低于10 kJmol^-1）， π-共轭体系通常形成一维和二维超结构，无法形成三维超结构。在此，我们设计了卟啉分子，在三维方向上实现 π-相互作用的精准导向，驱动分级组装最终实现金刚石超结构的构建。图片展示的为卟啉仅通过 π 相互作用组装成四面体二聚体后，三维拓展形成钻石状晶体π-Diamond，这一策略为三维超结构的组装和新型有机 π-共轭材料的开发提供新思路。其中包含晶体堆积超结构（X射线衍射），扫描电镜图（SEM）。

（西湖大学理学院 梁克江） 

作品为高分辨透射电镜得到的图像，其结构是以(111)晶面为主，表面充满晶界的铜纳米线（Cu_gb (111)），对应的模型也在附件。其作为电催化剂用于辅酶（NADH）的电化学再生反应中，该反应的速控步为活性氢的形成。晶界处表面能高，催化活性高，在电化学条件下可以促进水的解离形成活性氢，从而促进底物分子（NAD⁺）的高效加氢，最终在这个催化剂上实现了领域内最高的NADH再生活性，文章发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 16630−16641）。

（西湖大学理学院 孙硕） 

一种由纯有机成分构成的晶态二维蜂窝网络层状机械互锁聚合物，其由周期性的[c2]雏菊链单元组成，是通过先结晶预组织，后利用硫醚-烯烃点击反应交联互锁而成的。这种聚合物网络可以被剥离成比原始晶态块体材料杨氏模量高出 47 倍的纳米片。    

（西湖大学理学院 汤政斌） 

作品基于二维钙钛矿wullf-shaped横向外延生长技术，使不同组分钙钛矿在横向方向有序外延，形成超晶格结构。光学图像b直观呈现二维钙钛矿横向外延超晶格的周期性条纹结构，条纹不同颜色差异对应不同组分钙钛矿区域，例如在图c中红色代表Sn基钙钛矿，而黄色代表Pb基钙钛矿横向有序排列、晶格匹配生长的特征完全吻合。PL发射与光学图像的高一致性表明，每个域具有明确的空间分布，且这些以Sn为中心的多元异质结构内部存在锐利的界面。该结构可精准调控光电性能，为高效光电器件研发提供支撑。

（西湖大学工学院 夏明） 

本作品基于单晶X射线衍射（SC-XRD）理论，用于解析晶体材料的微观结构。X射线穿透样品，与晶体原子发生衍射，经探测器记录后通过软件解析得到结构模型。该技术路径包括样品制备、数据采集、结构解析与可视化。此图像展示了参赛人所合成的MOF单晶的三维空间晶格排列，体现了MOF单晶材料的高度结晶性、有序性和可设计性，为功能材料研究提供精准结构信息。

（西湖大学理学院 王颖超） 

《星空》

免疫学前沿研究表明，肿瘤引流淋巴结在抗肿瘤免疫应答中起核心作用，是肿瘤抗原特异性免疫细胞活化和扩增的关键场所。图中通过免疫荧光共聚焦显微成像展示了癌症患者肿瘤引流淋巴结的组织切片。其中， B 细胞（黄色荧光）与 T 细胞（蓝色荧光）高度有序地交织在一起，形态酷似梵高的《星空》。该图像直观揭示了肿瘤免疫应答的基础，即引流淋巴结中免疫细胞亚群的组成及其复杂的三维解剖结构。

《力的足迹》

树突状细胞凭借其强大的迁移能力，成为器官间信息交流的桥梁。在抗肿瘤免疫反应中，它作为免疫系统的“情报员”，负责将肿瘤抗原信息传递至引流淋巴结，从而激活 T 细胞发起攻击。 超分辨成像技术捕捉到了树突状细胞变形移动的瞬间，图像中每个亮点代表增强的肌球蛋白活性，其分布清晰显示推动力主要来自细胞移动方向的后端，助力其向前迁移。

（西湖大学医学院 韦宗仿） 

蒲公英的约定

该图是小鼠骨髓来源的巨噬细胞遭到大肠杆菌侵袭后的透射电镜图。骨髓来源的巨噬细胞在遭到细菌侵袭时会伸出很多伪足包围细菌将其吞噬，形状似一株绽放的蒲公英。蒲公英的约定象征着对未来的美好期望，希望大家都有一个美好的未来。

（西湖大学生命科学学院 熊珊珊） 

果蝇的外骨骼中的几丁质和多种蛋白在紫外或蓝光下具有自发荧光特性，在不同部位上的自发荧光多数时候只表现出强度的区别，但通过时间分辨光技术，即可从荧光寿命层面，可视化的分析其不同部位之间的差异，从而区分不同部位外骨骼成分和结构的不同。

使用激光共聚焦荧光寿命成像显微镜，用 440nm 脉冲激光（重频 20MHz）对未染色的果蝇样品进行荧光寿命成像。首先使用了 10 倍物镜对果蝇的头胸部进行 Z-stack 层扫成像，将得到的荧光寿命信息进行投影叠加，得到了一张 1.55*1.55mm 的图像。随后使用 63 倍油浸物镜对复眼部位进行 Z-stack 层扫成像，并进行了三维重构。所得图片为荧光强度与荧光寿命叠加得到，用彩虹色表示荧光寿命从短到长。

（西湖大学分子科学公共实验平台 肖凌宇） 

这是一张通过种子介导液相合成方法制备的单手性金纳米颗粒的扫描电镜图。 纳米颗粒外形近似螺旋桨，展现出独特的本征结构手性，同时具备光学手性。在合成过程中，手性分子的引入实现了分子手性向纳米晶体手性的传递，体现了纳米合成中的精准调控能力。    

（西湖大学理学院 黄礼平） 

氧化硅纳米颗粒在高均匀度条件下，通过缓慢干燥过程能够在碳膜表面形成超晶格排列。这种规则的堆积虽然包含着不可消除的缺陷，提醒我们没有完美的晶体存在。然而，正是这些缺陷赋予了材料新的性能，使其在应用中展现出独特的优势。通过观察这些纳米颗粒的排列方式，我们不仅能够欣赏其微观结构之美，还能深入理解晶格缺陷对材料性能的影响。    

（西湖大学理学院 黄洁） 

散射之眼： 头发丝的 X 射线二维广角散射微结构解析

头发丝的主要结构由 α-角蛋白的螺旋纤维（ α-helix）及半结晶区组成，其微结构特征（如结晶度、取向分布）可通过本人开发的基于单晶 X 射线衍射仪的 X 射线二维广角散射方法（ 2D-WAXS）来解析（专利 ZL202110253554.2）。散射图中的弧形衍射斑对应角蛋白的分子排列和结构信息（如0.50 nm的α-螺旋周期），而环的分布与头发取向度直接相关，各向异性散射图案可量化头发丝的宏观螺旋形貌机制。  

衍射之蝶： 立方晶系单晶在 h01方向上的衍射斑分布

单晶 X 射线衍射（ XRD）是解析晶体原子排列的核心技术之一。其原理基于布拉格定律（2dsinθ=nλ），当单晶样品受到单色X射线照射时，会在特定角度产生衍射斑点，形成规则的二维点阵（如图像中的正方形矩阵）。 对于立方晶系，由于其高对称性（如简单立方、体心立方或面心立方），衍射斑在倒易空间中呈现高度有序的分布，尤其是 h01方向的衍射斑矩阵，能够直观反映晶体的对称性和晶胞参数。

（西湖大学分子科学公共实验平台 缪晓和） 

本作品是由Zeiss LSM 900荧光共聚焦显微镜拍摄的3D最大化投影图像。此图像中的球体是通过乳液转移法生成的具有脂双层结构的巨型单层囊泡，绿色的纹路来源于在巨型单层囊泡（GUV）内通过无细胞蛋白表达系统（CFES）从头表达的细胞骨架蛋白 MreB，该蛋白使用绿色荧光蛋白msfGFP进行标记。MreB在合成后通过其N 端膜结合结构域（MTS与脂质膜结合，并在膜上聚合形成复杂的网状聚合物，如同星球内富含生命力的地脉。    

本作品是由Zeiss LSM 900荧光共聚焦显微镜拍摄的3D最大化投影图像。 此图像中的球体是通过乳液转移法生成的具有脂双层结构的巨型单层囊泡，绿色的纹路来源于在巨型单层囊泡（GUV）内通过无细胞蛋白表达系统（CFES）从头表达的细胞分裂蛋白 FtsZ，该蛋白使用绿色荧光蛋白 mVenus 进行融合标记，在大肠杆菌细胞中通过聚合成多聚物介导细胞分裂。红色荧光信号来自于细胞分裂位点调控蛋白 MinC， 该蛋白用红色荧光蛋白mCherry融合标记。MinC蛋白通过共表达的MinDE蛋白在 GUV内进行周期性的极对极振荡，从而维持两极高，赤道低的 MinC 浓度，进而调控 FtsZ环（Z 环能够被 MinC 水解解聚）的空间位置。该模型在体外人造细胞中模拟了大肠杆菌的分裂机制。

（西湖大学生命科学学院 彭毅） 

本作品呈现了经由磁控溅射与快速热处理制备的双尺度复合WO₃纳米结构TEM图。微观的纳米结构与吴冠中笔下的《白桦林》写意遥相呼应。

科学意象于此融入艺术视觉：当施加电压，阳离子游移于纳米颗粒与柱体表面，激发出双波段局域表面等离子共振，仿佛林间倏忽流转的光影：“离子嵌入”，如晨光渗入密林； “离子脱出”，则似暮色隐去层次——电致变色过程，巧妙转译为一幅离子与材料共舞的动态画卷。材有美，画有意，静谧中见灵动，规制中得自由。

（西湖大学芯片数字化生产技术研究中心 宋春燕）

经典形核过程中，如水凝结成雪花，获得的晶体一般为分子重排择优取向后的颗粒。本图展示了借助微波制备的Ru@RuO₂核壳纳米结构，该结构在形核过程中发生明显相分离。可能的解释包括微波导致系统局部不稳定，发生类似固溶体中的spinodal分解，即溶液成分位于自由能曲线拐点连线内的自发分解过程。前驱体中的Ru³⁺自发形成Ru⁰和RuO₂。

图像由蒋齐可老师使用球差校正透射电子显微镜拍摄；催化剂由RuCl₃+NaCl溶液微波反应得到。

（西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心 宋玉祥）

海底森林

本图片是固体材料的三维重构模型，蓝色、绿色和红色分别代表材料中的碘、氧和磷，该模型展示了三种元素在材料内部的分布。蓝色分布均匀，绿色呈柱状，整体犹如海底绿色森林，顶部有红色花朵，地面有花瓣洒落。

图片由飞行时间-二次离子质谱（TOF-SIMS）的深度剖析数据重构而成。TOF-SIMS可以对材料进行多组分的质谱分析和2D成像，当溅射枪和分析枪交替工作对样品进行深度剖析时，TOF-SIMS可探测材料中的不同组分在纵向上的分布并进行3D重构。

（西湖大学分子科学公共实验平台 陈银娟）