自适应显微镜

像差问题一直困扰着光学领域的工作者。像差会使光波前发生形变，不仅降低成像的信噪比和分辨率，使得很多时候我们只能&ldquo 雾里看花&rdquo ，更甚者，产生赝像，或无法获得有意义的图像。像差问题对双光子成像的影响尤为严重，因为在那里，荧光信号对入射光强度的依赖是平方关系，一旦入射光波前形变，不仅聚焦强度大幅下降，成像分辨率也急剧恶化。因此，如何解决像差问题，实现活体，例如小鼠大脑皮层，深层区域的高质量成像成为光学成像发展中最具挑战性的问题之一。　　美国Howard Hughes Medical Institute (霍华德· 休斯医学研究所)在Janelia Farm Research Campus的吉娜博士小组与来自中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室的王琛博士最近成功将一种新的自适应光学的方法和双光子显微镜结合，研制出一种新的自适应光学双光子荧光显微镜。通过校正活体小鼠大脑的像差，在视觉皮层的不同深度处均获得了提高数倍的成像分辨率和信号强度，大大改进了成像质量，使得原来在活体鼠脑中不可见或者模糊的细节变得清晰可见，她们成功将该方法应用于老鼠视觉皮层第五层(约500µ m)的形貌结构成像和钙离子功能成像。这一新的自适应光学方法，首次使得在活体小鼠深层区域成像中获得近衍射极限的成像分辨率成为现实。这一成果以题Multiplexed aberration measurement for deep tissue imaging in vivo发表在最新一期的Nature Methods (自然· 方法)杂志上。　　在该自适应光学双光子荧光显微镜中，她们将空间光位相调制器光学共轭到显微物镜的后焦平面，通过位相调制器将入射光分成若干子区域，每一块子区域的波前都可以被独立控制。同时，她们用数字微阵列光处理器，以不同的频率同时调制其中一半子区域的入射光强度，以另一半子区域作为&ldquo 参考波前&rdquo 。来自所有子区域光束会在焦点处会聚干涉，通过监测焦点激发的双光子信号随时间的变化情况，并进行傅里叶变换分析，可以&ldquo 分解&rdquo 得到被调制的每一块子区域的&ldquo 光线&rdquo 的贡献信息，从而可以实现对一半子区域波前的并行测量。对另一半子区域重复这一测量过程，从而获得整个入射波前的信息并进行校正。该方法耗时很短，通常约1~3分钟左右即可完成像差的测量和校正，无需复杂的计算，适用于任何标记密度和标记类型的样品。更重要的是，得到的像差校正图案可以用于提高较大视场范围内的成像质量。该方法无疑为在体研究小鼠大脑皮层深层区域的生物、医学问题提供了可行性方案。

8月24日，清华大学公开招标购买1套单光子自适应高速三维显微成像系统，预算330万元，仅限国产。　　项目编号：清设招第2021172号　　项目名称：单光子自适应高速三维显微成像系统　　预算金额：330.0000000 万元(人民币)　　采购需求：包号名称数量是否允许进口产品投标采购预算（人民币）01单光子自适应高速三维显微成像系统1套否330万元　　设备用途介绍：实验需要对在体活细胞进行清晰地大范围亚细胞结构动力学过程观测，比如细胞器间的相互作用、胚胎发育过程、神经响应等等，必须能够高速获取大范围的三维荧光信号。　　单光子自适应高速三维显微成像系统的成像方式极大的提高了成像速度及有效的解决了系统及样品的像差问题，同时大大降低了激光对样品的损伤，能够实现更长时间的活体观察，其图片能观察细微的差别，分辨亚细胞水平动力学及结构，成像质量非常高。　　简要技术指标 ：　　1)基本配置：系统由以下主要模块组成　　倒置荧光显微镜 　　多波段激光器 　　数据采集系统 　　图像处理系统。　　2)技术要求：　　系统分辨率：XY小于250nm，Z小于400nm 　　图像采集系统：支持活体哺乳动物三维图像采集 　　图像处理系统：专业处理器i9 10920，内存不小于128GB，固态硬盘不小于10T，显卡Nvidia RTX2080TI。　　合同履行期限：交货时间：合同签订后5个月内　　本项目( 不接受 )联合体投标。 开标时间：2021年09月14日 09点00分(北京时间)

在国家自然科学基金的支持下，中国科学院光电技术研究所联合云南天文台成功研制国家重大科研仪器“一米新真空太阳望远镜多层共轭自适应光学系统”并投入使用，实现了大视场自适应光学技术从原理方法创新到实际仪器应用的跨越。 　　2月2日至3日，该仪器技术指标现场测试会在云南天文台抚仙湖太阳观测基地召开。测试专家组经现场技术指标测试后认为，该仪器各项技术指标达到了资助项目计划书的要求，可以对太阳目标长时间稳定闭环工作，在大气相干长度r0优于10cm@500nm情况下，可见光波段成像分辨力优于0.2″，校正视场大于1′。 　　“一米新真空太阳望远镜多层共轭自适应光学系统”是光电所联合云南天文台申请的国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目(自由申请)。该项目瞄准空间天气预报重大需求和太阳物理科学前沿研究，针对云南天文台一米新真空太阳望远镜(New Vacuum Solar Telescope，NVST)研制一套多层共轭自适应光学(Multi-Conjugate Adaptive Optics, MCAO)系统，对太阳大气进行大视场、高分辨成像和光谱观测。 　　该仪器基于研究提出的新型MCAO架构，采用3块变形镜、2个大视场多视线波前传感器以及2套波前实时处理机，实现了在角分量级视场内对大气湍流波前像差的有效补偿。目前，该仪器已与NVST后端科学仪器对接进行常规观测，为太阳风暴的预警预报和太阳物理科学研究持续提供高质量的光谱和成像数据。

人类的视力有极限吗？最近，科学家在实验中运用新技术，通过光学仪器矫正人的视力，有的被试者的视力甚至达到了2.0。　　新技术为“超视力”提供可能　　中国科学技术大学周逸峰小组与中科院成都光电所张雨东小组合作，创造性地将视知觉训练与人眼自适应光学技术结合起来。在实验中，他们对20岁左右的正常被试者测量视力等视功能后，让他们每天参加一小时的视觉训练。这种训练，即在自适应光学系统上，呈现一种高空间频率光波的黑白条纹图像，让被试者根据要求完成图像的检测任务。训练程序根据完成任务情况，自动调控图像参数，使之维持在一定的难度水平上。如此反复多次，坚持10—12天，每天1小时左右。　　周逸峰指出，“这项实验反映了在一定的条件下，经过学习，成年神经系统对图像识别的能力可大大提高。即便是发育成熟后，正常成年视觉神经系统仍具有相当程度的可塑性。不过，这些可塑性的发挥，受限于人眼的光学系统质量。”　　据专家介绍，人眼的光学系统，除了存在近视、远视等“低阶像差”外，还存在难以用普通手段测量和矫正的“高阶像差”。研究小组对被试者进行高阶像差的矫正，使之拥有较理想的人眼光学系统，在此基础上配合视知觉训练，让被试者的视力有了明显的提高，有的甚至达到了2.0及以上的视力。据介绍，他们的“超视力”在5个月后复测时仍可保持。该研究成果可用于探索新的治疗方法，来提高视力低下患者的视功能，也为达到“超视力”提供了可能。　　目前还处于临床阶段　　关于这项技术的最新应用情况，周逸峰在接受采访时介绍：“目前，我们与合作单位中科院光电技术研究所一起正在进行面向临床应用的产品开发和推广，已经研制出自适应光学视力治疗仪，7月份进入医院进行临床试验，在国家药监局审批注册后即可上市用于临床。”同时，周逸峰还指出：“这项技术还处于临床试验阶段，从之前测试的结果来看，效果比较显著，但由于临床试验受到各种因素的制约，不能保证每次试验都达到预期效果。”　　对此，焦永红指出，“自适应光学技术属于高科技，作为一种辅助的装置，它主要从两个层面推动眼科技术的发展。其一，让使用设备的医务人员可以更清楚地分析数据；其二，可以让病人接受的手术更加精准。目前，它仍属于前瞻性的研究。”　　关于视知觉训练，焦永红则认为：“视知觉训练主要通过锻炼肌肉的灵敏度，通过反复刺激的方法来训练人的能力。这项训练比较主观，而且需要坚持。因此，被试者的视力恢复水平可能因人而异。”　　不过，任何一项新技术的发展都是不断尝试、不断推新的过程。屈光手术自90年代初期试用以来，已经发展成熟，这一技术通过改变人眼的光学系统，使得人眼视力水平得到很大改善。焦永红认为：目前，自适应光学技术还处在临床适应阶段，从原理上说，这项技术可以辅助临床试验，让手术更加精准。　　是否具有“超视力”不重要　　那么视力的优劣该如何测定呢？2.0的视力是怎样的“超视力”呢？　　目前国内有两种视力表记录法：小数记录法、五分记录法。一般情况下，正常裸视力能达到1.0，也就是5.0。小数记录法的1.5，2.0分别相当于五分记录法的5.2，5.3。　　对于视力有限性的问题，北京同仁医院眼科中心眼肌科主任焦永红指出：“人的视力受限于最小视角，它是指视网膜视觉细胞能分辨的最近距离的两点对眼的最小夹角。”视力表是根据视角的原理制定的。正常人眼能看清最小物体的视角为1分视角，又称最小视角。　　焦永红认为，“人的视力是有极限的，单纯通过视力表的指标来衡量人的视力的优劣并不是目的。1.5的视力已经是正常视力，不同衡量体系得出的结论也不同。衡量视力水平，不能光看指数，还要看眼睛各个方面是否协调一致。关键在于眼睛的健康，无各种眼科疾病，这才是我们追求的目标。至于是否是2.0这样的"超视力"并不重要。”　　焦永红说：“视力检查是一种知觉检查，具有较强的主观性，一些其他的因素，也会影响到检查结果。”常见的影响视力检查准确性的因素有：光线，比如灯箱老旧、光源亮度不达标、面板刮花、检测地点周围光线昏暗等；环境，如周边环境吵闹、噪音大等；此外，如果在感冒、发烧或服药期间，视力也可能下降。　　中国人民解放军第二炮兵总医院眼科主任医师蔡春梅介绍说：“目前所测的视力主要为远视力，被试者离视力表5米。视力达到2.0，说明远视力很好，不排除有其他眼睛问题的可能，没有一个评论视力优劣的绝对指数，普通人达到1.0的视力就是正常视力。”　　通常情况下，人们认为成人的视力不具备可塑性。就此，蔡春梅认为：“如果一个成年人存在屈光不正的问题，如近视、远视、散光等问题，通过镜片、手术矫正的方法，才可以矫正视力。”自适应光学技术也正基于此，通过仪器调整人眼的光学系统，才能够有效的矫正视力。

区别于普通光源，激光具有相干性高、单色性纯和方向性好等优点。因此，自激光问世以来，科学家们一直致力于激光参数极致调控的研究，以推动科学研究和工业应用的发展。其中，光谱纯度是决定激光相干性的关键因素。激光运转过程中自发辐射对其强度和相位的影响、泵浦源的功率抖动、谐振腔的温度变化和振动以及发光增益介质的晶格缺陷等原因都会对激光器的线宽进行展宽，从而降低输出激光的相干性。基于稳频控制的腔外伺服电学反馈技术和基于光子寿命延长的固定外腔光反馈技术是当前实现窄线宽激光输出的常用手段。腔外伺服电学反馈技术的核心是引入高稳定度频率基准参考源，固定外腔光反馈技术实现线宽压缩的程度有限，且不能自动匹配主腔激光波长的变化。因此如何在常态条件下实现激光线宽深度压缩的同时，还能自适应波长的变化具有重要的科学意义和工业应用价值。重庆大学朱涛教授团队从源头出发，系统深入地研究了超窄线宽激光的波长自适应光谱纯化机制，提出通过外部微弱的分布扰动信号来有效抑制激光腔的自发辐射，从而在常态条件下实现激光光谱深度纯化的思想。在此基础上提出了一种主腔结合弱分布反馈外腔的激光新构型，这种构型对光纤激光器、半导体激光器等具有增益类型的激光器均适用，并且弱分布反馈的方式可以通过连续波导实现连续的弱分布反馈，也可采用干涉结构如WGM等实现离散的弱分布反馈，其中弱分布反馈的物理过程可以是瑞利散射，也可以是构建的分布弱反射等。他们在论文中展现了半导体DFB激光器结合弱分布反馈的超窄线宽激光器，在常态条件下实现了十赫兹量级的自适应输出（理论上该线宽可以低至赫兹以下）。分布弱反馈深度压缩激光线宽的核心首先是减缓了激光腔内运转过程中自发辐射的耦合速率，从而大幅减小了激光本底线宽；其次是较弱的分布反馈可对激光腔中光子相位在时空域上进行自适应连续修正，避免了固定外腔反馈形成的激光相位突变和多纵模振荡，保证激光单纵模持续运转的同时可实现激光线宽的极致压缩。这项工作为在常态条件下实现自适应超高光谱纯度激光提供了有力的理论和实验基础。图1 激光光谱纯化原理图图2 光谱纯化及自适应动态演化过程该研究团队提出的思路和激光构型为改进和获得各种增益类型的高相干激光光源打开了新的视野，对实现其它激光参数的极致调控也具有重要的参考意义。目前，研究团队下一步将在高相干的基础上进一步研究激光时频空参数的极致调控，并推动激光精密测量领域向着精度更高、速度更快、范围更广的方向发展。该工作以“Ultra-high spectral purity laser derived from weak external distributed perturbation”为题发表在Opto-Electronic Advances （光电进展）2023年第2期。

自适应光学波前传感的理想选择—sCMOS 相机牛津仪器 Andor sCMOS 相机作为自适应光学波前传感的优选设备，拥有高度并行的像素读出产生的高帧频，结合短曝光条件下的低噪声和高量子效率能够获得最佳信噪比图像。在本次技术说明中，我们比较了Andor sCMOS 系列中三款特别适合波前传感的相机： Marana 4.2B-6（具有CoaXpress接口） Zyla 4.2 PLUS（具有CameraLink接口） Balor 17F（具有CoaXpress接口）下表总结了每款相机的关键性能参数。表1 用于波前传感的三款 Andor sCMOS 相机的关键成像参数在第1部分中，我们将详细分析潜在的帧频性能，尤其是 ROI 模式下帧频的提升。在第2部分中，我们将比较三款相机相对“延迟”特性，这是自适应光学应用的一个重要考虑因素，因为它决定了图像在软件中的准备时间，以便作为闭环可变形镜像系统的一部分进行处理。Part 1 | sCMOS 帧频高速帧频性能对于波前传感至关重要，使用（ROI）子阵列能够实现每秒数百帧的图像采集。作为波前传感备选的成像探测器，表2显示了上述三款 sCMOS 相机在不同 ROI 阵列尺寸上的帧频。表 2 的关键成像参数（可用选项）： 卷帘快门曝光模式 重叠（100％占空比）模式 16位（全动态范围）模式 中心 ROI 成像 CoaXpress（CXP）接口（Marana 和 Balor） CameraLink（CL）接口（Zyla）表2 三款 Andor sCMOS 相机在不同 ROI 阵列尺寸上的帧频 请注意，在比较 Marana 和 Zyla（均为2048 x 2048阵列）时，尽管 Zyla 能够实现更快的帧频，但 Zyla 是使用前照式芯片，通过在每个像素上使用微透镜来实现高量子效率。Marana 使用背照式芯片，在没有微透镜的情况下可实现高达95％的量子效率。此外，如果 Zyla 的 ROI 没有在垂直方向上居中，帧频将会降低（降低到原来的2倍），而对于Marana 和 Balor，ROI 可在任何区域，帧频的降低可以忽略不计。Part 2 | “延迟”比较科学成像相机用作波前传感器的一个关键考虑因素是“延迟”。由于波前传感成像是 AO 配置闭环系统的一部分，因此软件必须快速采集图像以进行实时处理，以便它能够持续地通知变形镜系统如何在到达科学探测器的过程中对入射波前进行重塑和展平。比较波前传感器相机，我们需要清楚地了解曝光、传感器读出和任何图像传输耗时相关的相对时间。在成像的时序流程中，对于“延迟”的定义可能存在一些主观的变化。为了在当前的比较研究中实现标准化，我们将考虑从曝光开始到软件处理该曝光时间内的完整图像/ROI 的整个端到端时间。我们还将通过假设曝光时间为 10 毫秒（帧频达到100 fps）进行标准化。但是请注意，我们比较的三款相机，这 10 毫秒的曝光对应于不同的 ROI 阵列大小和相应的视野。图 1 和图 2 为 Zyla 4.2 PLUS 与 Marana 4.2B-6 进行比较的时序示意图。sCMOS 相机之间的“延迟”区别如下：Zyla 必须先将整个 ROI 阵列（10 毫秒）读出到组装图像的相机 FPGA，然后再通过 CameraLink 接口传输图像，这里又需要10 ms。由于这些过程是按序发生而不是同时进行的，因此整个端到端处理接近曝光（10 ms）+ 读出（10 ms）+ 通过 CameraLink 的数据传输（10 ms）= 30 ms。注意，Zyla图像必须首先在 FPGA上组装的原因是其复杂的传感器读出，这涉及到同时读出阵列的两半，从中间行开始，向外分别移动到顶部和底部行。Marana 具有更直接的传感器读出架构，这意味着无需将图像在相机 FPGA上组装后再传输到主机PC。相反，一旦读出像素行，它就会由 FPGA 处理并立即通过 CoaXpress（CXP）接口进行传输。这意味着图像传输与图像读出同时发生，而不是顺序发生，从而克服了“延迟”造成的影响。 Marana 的整个端到端过程近似于曝光（10 ms）+ 同时读出/数据传输（10 ms）= 20 ms。Marana 具有更直接的传感器读出架构，这意味着无需将图像在相机 FPGA上组装后再传输到主机 PC。相反，一旦读出像素行，它就会由 FPGA 处理并立即通过 CoaXpress（CXP）接口进行传输。这意味着图像传输与图像读出同时发生，而不是顺序发生，从而克服了“延迟”造成的影响。Marana 的整个端到端过程近似于曝光（10 ms）+ 同时读出/数据传输（10 ms）= 20 ms。Balor 未在所示的图中具体表示，但具有与 Marana 相似的单向传感器读出架构，区别在于 Balor 通过同时读取每组 4 行的数据来提高速度。因此，如果 Balor 定义了 ROI 阵列，其结果是曝光时间为 10 ms（相应的读数为10 ms），那么 Balor 的整个端到端过程也将近似于曝光时间（10 ms）+ 同时读出/数据传输（10 ms）= 20 ms。因此，相对于 Zyla 固有的“延迟”, Marana 和 Balor 的“延迟”减少了。然而，如第 1 节所示，Zyla 4.2 PLUS 相对于Marana 4.2B-6 可能具有更高的帧速。在为您的装置选择最合适的波前传感成像相机时，应在确切的实验要求范围内考虑这两个因素。图 1 和图 2 的关键成像参数（可用选项）： 曝光时间/读出时间 — 10毫秒（需要选择ROI） 卷帘快门曝光模式图1 Zyla4.2 PLUS：表示曝光、读出和图像传输（通过 CameraLink接口）的计时示意图图2 Marana 4.2B-6：表示曝光、同时读出/图像传输（通过Coaxress 接口）的计时示意图。Balor 的实验数据接近Marana 4.2B-6

p　　正如医生们使用超声波检查，CT和MRI扫描身体，天文学家利用太空望远镜，自适应光学器件和不同波长的光线进一步观察宇宙，神经科学家们也在寻求新的方法来观察大脑内部的结构。strong最近出现的三光子显微镜让他们比以往更深入地了解脑细胞。/strong现在，基于对该技术的实质性改进，麻省理工学院的科学家们已经开展了第一项研究：通过每个视觉皮层，特别是下面神秘的“亚平面”结构，观察活跃小鼠大脑的神经活动。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201901/uepic/c9fa18d7-98e2-4073-be2a-d7d4a6eb1847.jpg" title="2.png" alt="2.png"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(127, 127, 127) "图片来源：Murat Yildirim et. al./span/pp　　该研究发表在Nature Communications杂志上，研究小组表明，当老鼠受到视觉刺激时，他们可以测量所有六层视皮层和亚平面中神经元之间的活动模式，提供小鼠如何处理视觉信号的信息。此外，通过一系列仔细的实验，研究人员能够证明他们发出的光线，以及回收的光线，既没有损坏，也没有改变他们测量的细胞的特性。/pp　　总之，本文描述了一种strong新型三光子显微镜，该显微镜经过优化，能够提供快速，短，低功率的光脉冲，能够在不引起任何功能性干扰或物理损伤的情况下到达深部目标，然后检测由细胞发出的荧光。高效率地生成具有清晰分辨率和快速帧速率的图像/strong。/pp　　“我们有动力展示我们可以用三光子显微镜技术处理清醒状态下的动物，这样我们就可以提出神经科学的重要问题，”Yildirim说。 “你可以认为你拥有世界上最好的显微镜，但在你问这些问题之前，你不知道你会得到什么结果。”/p

2017年10月20日，科技部重点研发计划-数字诊疗专项"双光子-受激发射损耗(STED)复合显微镜"项目(2017YFC0110200)实施交流研讨会在南京举行，鑫图总经理陈兵在会上作了关于"下一代sCMOS相机"的技术汇报。 该项目以研发及产业化双光子-受激发射损耗(STED)复合显微镜为主要目标，力图在"适用于双光子成像的自适应光学技术"、"基于中空贝塞尔淬灭光场调控的STED 成像技术" 等关键技术上有所突破。在长工作距离显微物镜、飞秒激光器和CMOS 相机等核心部件能自主研发，实现高端光学显微镜的技术创新与装备国产化。项目研发团队是由多名在光学显微成像领域有着丰富研究与产业化经验的资深人员组成，在双光子显微成像、STED超分辨成像及仪器化开发方面都有着深厚的基础。在双光子显微成像方面，项目负责人郑炜博士从2006 年起就开始双光子显微成像的相关研究，自主研发了世界首台双光子\谐波\光声三模态显微镜。在STED成像方面，项目核心成员席鹏教授是国内公认的STED技术领航人，是他首次在国内实现了STED超分辨显微成像，并将STED分辨极限推进到19nm的理论极限，刷新了STED在生物成像上的记录。在产业化方面，申报企业南京东利来公司是中国光学与光子学标准技术委员会的委员单位，是中国显微物镜、目镜标准的第一起草单位。福州鑫图光电有限公司依托其在科学相机产业化方面的优势有幸参与其中，承担该项目核心部件sCMOS相机的研制，助力核心部件国产化目标。

撰文：李一鸣水凝胶具有类似于生物组织的富水性和弹性，被广泛用于多种领域，如：化妆品中的面膜、退热贴，农业用薄膜，建筑中结露防止剂、调湿剂，医疗中的药物载体等等。然而，传统水凝胶在零下温度时将出现结冰及随之而来的弹性消失现象，大地限制了其在生物组织工程中的应用。长久以来，这个问题一直未得到有效解决。近，北京航空航天大学刘明杰教授领导的研究团队从自然界获取灵感，根据高纬度和高海拔地区的生物因细胞多脂而度耐寒的现象，成功制备出一种具有异质网络结构的二元油水凝胶。该凝胶除可在-78-80 ℃的宽温度范围内保持稳定弹性外，还具有优良的自适应（随溶剂性质不同而变化的）润湿性。那么它是如何制备出来的？又有哪些应用前景呢？让我们一起来看下面的介绍。材料制备团队首先以聚n,n-二甲基丙烯酰胺的亲水网络（hpn）为三维支架，然后对分散其中的甲基丙烯酸正丁酯进行原位聚合得到亲油网络（opn），由此实现水凝胶和油凝胶二元相互渗透的异质网络结构。性能介绍01溶胀性能图1. 具有不同网络结构溶胶的溶胀行为及透光性变化油水凝胶中两组分相反的溶剂（水性和油性），受亲和作用影响使其在水和油中均产生溶胀；当凝胶具有合适的opn/hpn质量比时，两组分在空间上的相互约束使其在水和油中的膨胀体积相近。此外，在水和油中，两组分的相对分布状态存在差异，导致水和油中溶胀样品的透光性不同。02自适应润湿性 图2.油水凝胶的自适应表面润湿性和结构重构特征。其中(b-d)为样品表面共聚焦raman成分图从宏观上看，该油水凝胶可产生随溶剂性质改变而变化的表面润湿行为，并与微观异质网络在不同溶剂中的结构重排有关：当凝胶在水下时，网络中的hpns溶胀并导致表面opns向内收缩，使凝胶转变为类水凝胶，从而产生超疏油性；当凝胶在油下时，opns向油中溶胀并导致网络中的hpns向内坍缩，使凝胶转变为类油凝胶，从而产生超疏水性。在实验中，团队使用horiba labram hr evolution型共聚焦拉曼光谱仪，并用labspec-6软件进行数据处理，得到不同环境下凝胶表面的共聚焦raman图像，从而在亚微米级精度表征了上述变化的化学结构改变。另外，该油水凝胶还具有快地（ 5 min）、高度可逆地润湿转变性能：在水和油中快速、多次交替浸没后，凝胶优良的自适应润湿性仍可保持。03抗冻和耐热性 图3.宽温度范围内的弹性稳定性对于热响应机械性能，异质网络结构的二元油水凝胶表现更为出众。它不会出现传统水凝胶在-10 ℃断裂和油凝胶在80 ℃瘫软的现象，因为它的的互补效应使该油水凝胶从更低的实验温度到80 ℃高温均保持稳定的弹性。以此观之，它具有强的抗冻和耐热能力。应用前景基于以上特性，团队相信，该油水凝胶在智能开关系统、抗冻、防蜡、防着色和异质催化等领域具有广阔的应用前景。据悉，利用其自适应润湿性，该团队在此研究中已对油水凝胶作为智能开关的油水分离系统进行了实验探索。另外，此研究中异质网络的概念，以及二元凝胶性能对水凝胶和油凝胶性能的桥接思路，将启发研究者开发出更多功能独特及优势互补的多元软性材料。此项研究工作得到了国家自然科学基金、国家重大科学研究计划、中国科学院重点部署项目、中央高校基本科研业务费专项资金和国家青年千人计划等的资金支持。相关研究成果已于近期发表在英国自然出版集团旗下的快讯类在线期刊《nature communications》上。本文参考文献： hainan gao, ziguang zhao, yudongcai, jiajia zhou, wendahua, lie chen, li wang, jianqi zhang, dong han, mingjie liu, lei jiang, “adaptive and freeze-tolerant heteronetworkorganohydrogels with enhanced mechanical stability over a wide temperature range”. nature communications 2017, 8, 15911horiba科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 jobin yvon 光学光谱技术，horiba scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天horiba 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

p　　3月19日上午, 中科院光电所副所长饶长辉研究员和中科院南美天文研究中心主任王仲研究员分别代表中科院自适应光学重点实验室和中科院南美天文研究中心签署了双方战略合作协议， 旨在进一步加强双方在天文观测大科学项目研究、天文观测科研仪器研发、天文台筹建工作等方面的合作，同时积极开拓各方发展契机，服务国家需求。/pp　　中科院南美天文研究中心是中科院在海外的独立研究机构，总部位于智利。该中心旨在通过与智利大学及智利国家科委的合作，搭建以智利为中心，辐射南美其他国家的长期、稳固、互利合作的天文科技平台，推动我国天文事业的长期发展。中心与自适应光学重点实验室将基于智利拥有的国际先进望远镜观测平台、大规模数值模拟研究以及光电天文仪器设备和技术方面的优势，合作开展最前沿的天文观测和天文技术方法研究，促进天文观测装置的发展，培养我国的天文研究人才。/pp style="text-align: center "　　img style="width: 450px height: 300px " title="" alt="" src="http://www.ioe.cas.cn/xwdt/ttxw/201803/W020180327618377930452.jpg" height="300" hspace="0" border="0" vspace="0" width="450"//ppbr//p

扫描探针显微镜（SPM）能够在样品表面的不同位置以及不同温度和磁场下关联材料的性质，如磁化、极化、开尔文电位、电导率和形貌等，是一种应用较为广泛的技术。原子力显微镜（AFM）为扫描探针显微镜家族的一员，具有纳米级的分辨能力，其操作容易简便，是目前研究纳米科技和材料分析的重要工具之一。基于此，attocube不断研发升级低温attoAFM I显微镜的各种功能，以得到不同模式下的多种重要表征数据。图1. 低温原子力显微镜的各种可选升级模式: MFM, PFM, ct-AFM, KPFM 本文将介绍attocube客户通过attoAFM I及其相关升级功能所获得的一些显著测量结果。结果将关联电极化（PFM）、定量开尔文势（KPFM）、定性开尔文电位（EFM）、电导率（ct -AFM）和形貌（topo）等。 KPFM, EFM, PFM & TOPO铁电半导体光电晶体管微光光电探测器（3LPD）在量子通信、自适应光学和空间成像等广泛应用中备受追捧。程志海教授（中国人民大学）和王振兴研究员（国家纳米科学中心）领导的团队制造并表征了具有固有高增益的低光级铁电半导体光电晶体管（FSP），其特点是光致铁电开关。通过将FSP设置为非易失性极化状态，实现极低的暗电流和高电阻状态(HRS)。为了解光电响应机制，作者采用了实空间成像与输运测量相结合的方法。在输运测量的基础上，在FSP器件上进行了原位EFM和KPFM测量，其中铁电半导体通道通过PFM识别。未载流状态下的KPFM测量证实了FSP的光致铁电转换，载流状态下的EFM验证了FSP的光响应性质。此外，原位的输运测量进一步验证了FSP的光响应性质。这些相关测量是通过attoDRY2100低温恒温器中的attoAFM I显微镜（升级了KPFM和PFM功能）实现的。由于其低工作电压、高性能和简单的结构，该FSP器件显示了新一代微光光电探测器的潜力。图2 ：左图为FPS器件的形貌图和未载流状态下的KPFM测量；右图为线扫形貌图和载流状态下的EFM测量数据参考文献：J. Yang et al., Adv. Funct. Mater. 2022, 2205468 (2022) ct-AFM, PFM & TOPO量子材料中的导电畴壁导电畴壁（DW）是准二维导电路径，可在原位创建、定位和移除，为可重写纳米电子器件提供了机会。导电畴壁通常出现在宽带隙铁电体中，通常是响应极性不连续处的电荷积累而形成。István Kézsmárki（德国奥格斯堡大学）表明，导电畴壁也可以存在于窄间隙莫特绝缘体中。在这种情况下，纳米级导电路径的形成是因为畴壁周围的应变梯度改变了带结构。该团队在attoLIQUID2000低温恒温器中使用了带有ct-AFM升级和PFM升级的attoAFM I显微镜，将材料（GaV4S8）冷却到Jahn-Teller转变（~43K）以下，直接对电导率、形貌和压电响应进行成像。由此，他们排除了极性不连续性模型作为原点，而是将DW周围电导率的增加与表面重建高度的平方相关联：这是Jahn-Teller跃迁中产生的体积应变的特征。这有效地显示了一种利用应变梯度诱导的带结构变化来创建纳米级传导路径的新机制。这为畴壁纳米电子学的许多新材料打开了全新的大门。图3： cAFM图像显示GaV4S8中的导电之字形畴壁，明亮的颜色显示导电性增加参考文献：L. Puntigam et al., Adv. Electron. Mater. 2022, 2200366 (2022)PFM & TOPO磁电相变对称性破缺的复合氧化物可以呈现出各种各样的、突现的相。这可以通过设计复杂氧化物的超晶格来实现。张金星教授（中国北京师范大学）团队通过交替堆叠Ruddlesden–Popper和钙钛矿氧化物构建了超晶格，这导致了人工设计的铁电和磁电（ME）相变。通过在attoDRY1000低温恒温器中使用具有PFM功能的attoAFM I显微镜进行测量，PFM实验数据验证了温度低于90K时铁电畴的存在。通过布里渊光散射验证了Dzyaloshinskii–Moriya相互作用（DMI）和净磁化的伴随存在。此外，外部磁场抑制了电极化，证实了直接ME效应的存在。这项研究表明，界面DMI工程是在具有关联电子的系统中生成奇异相和有序的一种很有前途的工具。图4： 超晶格在3.7K下的PFM图像，图中相对暗和亮对比表示向上和向下的铁电畴 参考文献：X. Liu et al., Nature Commun. 12, 5453 (2021) 低温强磁场原子力磁力显微镜attoAFM/MFM I主要技术特点：-温度范围：1.8K ..300 K-磁场范围：0...9T (取决于磁体, 可选12T，9T-3T矢量磁体等)-工作模式：AFM（接触式与非接触式）, MFM-样品定位范围：5×5×4.8 mm3-扫描范围: 50×50 μm2@300 K, 30×30 μm2@4 K -商业化探针-可升级PFM, ct-AFM, CFM，cryoRAMAN, atto3DR等功能图5. 低温强磁场原子力磁力显微镜以及attoDRY2100低温恒温器（点击查看详情）

p　　南京理工大学学生团队研制出新型无透镜全息显微镜，这种中国人自己的新一代显微镜打破国外在该领域的垄断，成本仅为同类产品的百分之一!br//pp　　据南京理工大学官微消息，在第五届“互联网+”大学生创新创业比赛获金奖的队伍中，一支来自南京理工大学电光学院的学生团队strong研/strongstrong制出的新一代无透镜全息显微镜 /strong。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 386px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/3524107b-4ffc-4b28-8fb9-e5101b28a382.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg" width="450" height="386" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/d4ba7539-616b-4805-8650-15fd7cc1ca01.jpg" title="2.jpg" alt="2.jpg" width="450" height="254" border="0" vspace="0" style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 254px "//pp style="text-align: left "span　　/span观察细胞通常需要染色标记，无法同时实现大视场、高分辨观测，体积庞大、成本高昂，是当今显微镜存在的三大痛点。/pp style="text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/14ee853c-da52-4067-98d2-5a3836d97902.jpg" title="3.jpg" alt="3.jpg" width="450" height="485" border="0" vspace="0" style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 485px "//pp　　该团队则突破痛点 ，创造出中国人自己的新一代显微镜。span style="text-align: center "　/spanspan style="text-align: center "　/span/pp　　新华社报道称，这种新一代无透镜全息显微镜打破国外在该领域的垄断，成本仅为同类产品的百分之一 。/pp　　strong中国人自己的新一代显微镜/strong/pp　　strong有多厉害?/strong/pp　　“CyteLive”是该团队研发出的新一代无透镜全息显微镜，不仅可以内置于培养箱，还是目前唯一 能够同时实现非染色、大视场、高分辨、长时间连续观察的显微镜产品，且售价远低于 进口产品。/pp　　“由于细胞是无色透明的，所以通常需要将细胞染色标记再观察。然而，这将损害甚至是杀死细胞，难以实现长时间连续观测。”团队负责人、电光学院博士研究生卢林芃说道。/pp　　团队利用定量相位成像技术，使CyteLive可以在无需对细胞进行任何染色标记的前提下，实现长达数天的连续观测，不仅细胞细节清晰可见，还能准确还原其三维影像，可谓“360度全方位无死角” 。/pp style="text-align: center "img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/1d944d2e-2443-4b71-ba19-7e2c61d0addb.jpg" title="4.jpg" alt="4.jpg" width="450" height="273" border="0" vspace="0" style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 273px "//pp style="text-align: center "　　span style="color: rgb(0, 176, 240) "卢林芃在全国三强争夺赛/span/pp　　卢林芃介绍，传统显微镜镜头受到“物镜比例法则”的制约，大视场和高分辨率不可兼得。“CyteLive”抛弃了传统显微镜的光学镜头，只保留光源和传感器，实现了小型化和轻量化，单手即可托起 。/pp　　“strong它的体积仅有传统显微镜的0.8% ，/strong可直接放在细胞培养箱里进行活细胞箱内观察。”/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 338px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/44074baf-fcc5-4c06-9933-d1a65b7cc0de.jpg" title="5.jpg" alt="5.jpg" width="450" height="338" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "　　span style="color: rgb(0, 176, 240) "卢林芃在全国三强争夺赛前一个人练习/span/pp　　CyteLive去除了复杂的机械调焦装置，通过先进的计算成像算法，把样品聚焦图像“算”出来，借助自适应超分辨成像技术，成像分辨率可突破至像素尺寸的三分之一，没有物镜却可以实现20倍物镜的成像水平。/pp　　strong无透镜成像技术造就了CyteLive超大的成像视场 ，单幅图像高达一亿像素，视场是传统显微镜的200倍 ，可同时观测10万个血细胞。/strong/pp style="text-align: center "img alt="" src="http://pic.rmb.bdstatic.com/5e074dcd0acc8950670a98d073aaf4109893.gif" width="600" height="427"//pp　　这是CyteLive观测到的海拉细胞(宫颈癌细胞)，单幅图像一亿像素，获得的视场是传统显微镜的200倍/pp　strong　据了解，目前，该型显微镜已经应用于江苏省人民医院、先声药业等机构。团队也与苏州飞时曼、江南永新等国内显微镜企业达成合作，实现商业化落地。/strong/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/8d0a923b-73bc-4212-b530-f6b45502acea.jpg" title="7.jpg" alt="7.jpg"//pp　　对未来市场的进一步探索，团队满怀信心：“我们坚信，通过我们的不懈努力，不远的将来，中国制造的高科技显微镜也能在全世界大放异彩! ”br//p

2021年伊始，显微镜技术也迎来新的跨越。光物理学家开发出一种新方法，利用现有显微镜技术，无需添加染色剂或荧光染料，就能更详细地观察活细胞内部。这是一种荧光寿命显微镜技术，能够使用频率梳而不是机械部件来观察动态生物现象。其中一项研究的领导者、日本东京大学光子科学与技术研究所副教授Takuro Ideguchi表示，“我认为无标签技术将是一个重要的研究方向。特别是以无标签的方式对细胞内外病毒和外来体等小颗粒进行测量的技术将是未来成像设备的一个趋势。”更大范围 更小相位变化由于单个细胞几乎是半透明的，因此显微镜照相机必须能探测到穿过部分细胞的光线的极其细微的差异。这些差异被称为光的相位。相机图像传感器则受到它们能检测到的光相位差的限制，即动态范围。“为了使用同一图像传感器看到更详细的信息，我们必须扩大动态范围，这样就可以探测到更小的光相位变化。”Ideguchi说，“更大的动态范围允许我们测量小型和大型的相位图像。例如，如果测量一个细胞，细胞的主干会产生大的相位变化，而细胞内的小颗粒/分子会产生小的相位变化。为了使两者可视化，我们必须扩大测量的动态范围。”该研究小组开发了一种技术，通过两次曝光分别测量光相位的大小变化，然后将它们无缝连接起来，制造出详细的最终图像。他们将这种方法命名为自适应动态范围偏移定量相位成像（ADRIFT-QPI）。相关论文近日发表于《光：科学与应用》。一直以来，定量相位成像是观察单个细胞的有力工具，它允许研究人员进行详细的测量，比如根据光波的位移跟踪细胞的生长速度。然而，由于图像传感器的饱和容量较低，该方法无法跟踪细胞内及周围的纳米颗粒。而新方法克服了定量相位成像的动态范围限制。在ADRIFT-QPI中，相机需要两次曝光，并产生一个最终图像，其灵敏度是传统定量相显微镜的7倍。两次曝光 告别光毒第一次曝光是用常规的定量相位成像产生的——平的光脉冲指向样品，并在它通过样品后测量光的相移。计算机图像分析程序基于第一次曝光的图像，快速设计一个反射样品图像。然后，研究人员用一个叫做波前整形装置的独立组件，用更高强度的光产生一种“光雕塑”，以获得更强的照明，并向样品发出脉冲，进行第二次曝光。如果第一次曝光产生的图像是样品的完美代表，第二次曝光的雕刻光波将以不同的相位进入并穿过样品，最终只能看到一个黑暗的图像。“有趣的是，我们在某种程度上抹去了样本的图像。实际上，我们几乎什么都不想看到。我们去掉了大的结构，这样就能看到小的细节。”Ideguchi解释道，由于第一次测量中存在较大的相位对象，受动态范围的限制，无法对较小的相位对象进行可视化，研究人员称之为“洗掉”。他们需要第二次测量观察动态范围移位的小相位物体的细节。此外，该方法不需要特殊的激光、显微镜或图像传感器，研究人员可以使用活细胞，而且不需要任何染色或荧光，出现光毒性的可能性很小。光毒性是指用光杀死细胞，这也是其他成像技术如荧光成像面临的一个问题。另一篇论文的通讯作者、日本德岛大学Post-LED光子学研究所教授Takeshi Yasui指出，在传统的激光扫描共焦显微镜中，强激发光聚焦在一个焦点上，并对焦点进行二维机械扫描，使光毒性的影响较强。 Yasui等人的荧光成像新方法中，激发光被聚焦为一个二维焦点，因此每个焦点的光强度变得非常弱。“光毒性高度依赖于入射光的强度，我们的方法也可以显著降低。”改造荧光成像荧光显微镜广泛用于生物化学和生命科学，因为它允许科学家直接观察细胞及其内部和周围的某些化合物。荧光分子能吸收特定波长范围内的光，然后在较长的波长范围内重新发射。然而，传统荧光显微技术的主要局限性是其结果难以定量评价，而且荧光强度受实验条件和荧光物质浓度的显著影响。现在，一项新研究将彻底改变荧光显微镜领域。当荧光物质被一束短脉冲光照射时，产生的荧光不会立即消失，而是随着时间的推移“衰减”。但荧光衰减非常快，普通相机无法捕捉到它。虽然可以使用单点光电探测器，但必须在整个样本区域进行扫描，才能从每个测量点重建出完整的二维图像。这个过程涉及到机械部件的运动，这极大限制了图像捕捉的速度。在最近发表于《科学进展》的一项研究中，科学家开发了一种不需要机械扫描就能获得荧光寿命图像的新方法。领导这项研究的日本德岛大学Post-LED光子学研究所教授Takeshi Yasui说，“我们能在2D空间上同时映射44400个‘光秒表’来测量荧光寿命——所有这些都在一次拍摄中，不需要扫描。”“到目前为止，光频率梳被广泛地用作测量光频率的标尺，但我们一直在考虑其他的用途。”Yasui讲到，“我们意识到，如果将光学频率梳视为具有超离散多光谱结构的光，通过维数转换将被测物理量叠加在光谱上，可以从双梳光谱获得的模式分辨光谱中共同获得被测物理量。”研究人员使用光学频率梳作为样品的激发光。一个光学频率梳本质上是一个光信号，它们之间的间隔是恒定的。研究人员将一对激发频率梳信号分解为具有不同强度调制频率的单个光拍信号（双梳光拍），每个光拍携带单个调制频率，辐照到目标样品上。而且，每束光束都在一个不同的空间位置击中样本，在样本二维表面的每个点和双梳光拍的每个调制频率之间形成一一对应的关系。研究人员用数学方法将测量信号转换为频域信号，根据调制频率处的激发信号与测量信号之间存在的相位延迟，计算出每个像素处的荧光寿命。Yasui表示，这将有助于动态观察活细胞，还可以用于多个样本的同时成像和抗原检测——这种方法已经被用于新冠肺炎的诊断。该技术还有助于开发出新的顽固性疾病疗法，提高预期寿命。同样，Ideguchi也提到，ADRIFT-QPI能够在整个活细胞的背景下看到微小颗粒，而不需要任何标签或染色。“该技术可以检测到来自纳米级粒子的细小信号，比如病毒或在细胞内外移动的粒子，这样就可以同时观察它们的行为和细胞的状态。”相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41377-020-00435-zhttps://doi.org/10.1126/sciadv.abd2102

光学显微镜已有三百多年的历史，从观察细胞的初代显微镜发展到如今打破分辨率极限的超分辨显微镜。近年来，为了满足蓬勃发展的生命科学领域不断产生的新的需求，光学显微镜在成像速度、成像深度、克服光毒性等许多方面也不断发展出新的技术。仪器信息网特别关注高端光学显微镜的技术发展和在生命科学领域的应用进展，并广泛向国内外高端光学显微镜企业约稿（投稿邮箱：lizk@instrument.com.cn），帮助广大用户了解相关技术与应用进展。本篇为牛津仪器ANDOR供稿，这家从实验室成功转化的企业已取得系列亮眼成绩，如2000年推出EMCCD相机，在生命科学等领域被广泛应用；2009年，联合推出sCMOS相机，被广泛应用于生命科学、材料科学、物理科学、工业等领域；2015年，ANDOR推出高速共聚焦显微成像系统Dragonfly，并在市场上取得巨大的成功；近日，ANDOR又推出了BC43台式共聚焦显微镜新产品，操作简便可帮助用户提高工作效率。跟随本文，全面了解这家成立32年的公司，其“一步一个脚印”的发展历程、他们对当前光学显微镜技术和应用现状的解读以及技术未来发展趋势的展望。仪器信息网：请回顾一下贵公司光学显微镜技术的发展历程。1989年的一个下午，爱尔兰岛东北部的贝尔法斯特女王大学物理系的Donal Denvir发现当时任何一款相机都无法满足实验检测的需求，他下定决心开始研制一台全真空密封的相机来支持自己的研究应用。新研制的相机经过Andor创始团队不断精心改进，成功应用于各种成像与光谱研究。Andor对显微镜技术的重大贡献是2002年推出了第一台EMCCD（电子倍增电荷耦合器件）相机iXon，这种超灵敏的相机带来了新的契机，能够检测在显微镜下观察的样品中的单分子荧光信号。2005年，ANDOR推出的Revolution活细胞成像系统，iXon与转盘技术的强大组合，大大改善了转盘共聚焦在高对比度活细胞显微成像中的效用，以及对活体样品进行三维成像的能力，赢得了行业用户的广泛关注。2012年，ANDOR将EMCCD现有帧率提升3倍，显著提高了产品性能，并帮助研究人员更多地了解生物样本的快速动态事件。2009年，ANDOR推出sCMOS相机Neo， 此后sCMOS成为使用最广泛的科学相机技术，并且广泛应用于显微镜领域。sCMOS提供了比之前更高的分辨率和更快的帧速率，因此促进了对细胞，特别是细胞内动态和细节的更深入了解。 这种sCMOS技术与EMCCD技术相辅相成，同一台显微镜下可以兼顾灵敏度或者分辨率和速度。同年，ANDOR在显微系列产品组合中增加了两个光刺激模块Mosaic和MicroPoint。Mosaic基于DMD方法，可以在亚细胞或更高分辨率下实现多个照明区域的精确定义。这个工具被用来对显微镜下观察的样品进行光活化、转换或漂白。 这些方法是进行亚细胞实验和了解蛋白质、亚细胞分隔和细胞器的时空行为的有力方法，或者在更大的范围内跟踪大群体中的单个细胞。 该技术发明之前，显微镜只是一种被动观察的工具，但现在可以在显微镜下主动研究细胞和系统生物学。 最近有研究显示，Mosaic与光遗传学相结合，可以成为一种特别有用的工具，这种方法可以促进信号和其他通路的特定光控制。 MicroPoint具有类似的优势，但可用于：(a) 炎症、伤口和愈合与发育的消融研究；(b) DNA损伤，创造DNA断裂的模型，这是细胞可能成为癌症的早期触发因素。这个模型被用来理解DNA修复如何在治疗中发挥作用。2010年，ANDOR收购了Bitplane，将高端三维图像可视化和分析软件Imaris纳入显微产品组合。 Imaris提供广泛的工具来分析一些研究领域的三维图像数据，包括细胞和发育生物学、神经科学、癌症研究和组织分析。2016年，ANDOR推出 Dragonfly，这是为研究人员提供的完整的显微成像解决方案。荣获行业大奖的Dragonfly 500通过转盘设计的改进（详见下文），并结合（a）TIRF（全内反射荧光显微镜），这是一种专门用于细胞膜成像的强大技术（如受体周转和囊泡对接）；（b）基于激光的宽视场显微镜，用于微弱光的荧光成像；（c）用于超分辨率成像的光学器件（包含3D成像）。 Dragonfly使研究人员有能力在一台显微镜上对细胞进行比以往更详细的研究。Dragonfly在以下几个方面对现有的转盘技术进行了重大改进：（1）引入Borealis专利照明技术，在基于微透镜的转盘共聚焦显微镜中提供交叉视野照明。这使研究人员在更准确的图像分析、更高质量的大面积和样品拼接的蒙太奇成像中受益。（2）更好的信噪比，实现更高的对比度成像：使用价格较低的低功率激光器，或为dSTORM和DNA-PAINT超分辨率成像或基于图像的单细胞原位转录组学等技术提供更多功率。（3）更稳定的照明源，维护费用低。• 实时样品体积渲染，用户能够快速了解他们的实验进展，并对修改方案做出早期决定和结论。• 更低的仪器本底噪音使研究者能检测到更弱的荧光信号，观察到更细致的生物学现象。• 独特的转盘设计，在保持高速采集速度的同时，可以对样品进行更深入的成像（从数百微米到毫米尺度）。这也意味着转盘技术可以对大型固定样品进行成像，因此为组织成像以及斑马鱼和果蝇等大型模式生物的成像提供了一个高产的解决方案。2017年，ANDOR推出了SRRF-Stream+ ，这是一种超分辨率技术，可以轻松地添加到现有的相机中，或与Dragonfly等显微成像解决方案一起使用。这项技术打破了光学显微镜系统的自然分辨率限制，从200纳米下降到50纳米。现在，研究人员可以观察到他们以前看不到的结构，可以从图像中了解更多信息。 此外，SRRF-Stream+ 无需专门的光学设备或方法来执行，并且可以与几种不同的成像技术一起使用，因此，它可以为更多研究团体所用。2021年，岁末当下，ANDOR推出了BC43台式共聚焦显微镜。一个完整的转盘共聚焦解决方案被整合在如此一个不透光的小设备里。BC43操作非常直观和简单，即便是显微镜新手也能轻松掌握。BC43可以放在普通的实验台上，成为高效实验室工作流程的一部分。简单的操作流程和较少的维护需求使这款设备能够给用户带来非常高的工作效率。此外，BC43内含Dragonfly中的Borealis照明和一些新技术包括内置的一个新激光引擎以实现更小的占地面积。仪器信息网：当前贵公司主推的产品和技术有哪些。贵公司在高端光学显微镜方面有哪些独具优势的技术？我们公司目前推广和之前描述的显微成像产品是• 用于显微镜的灵敏科学相机EMCCD 和 sCMOS• Dragonfly系统• BC43台式转盘共聚焦显微镜• 激光耦合器• 用于显微镜的光刺激设备Mosaic和MicroPoint• 显微镜用的光谱仪和显微制冷机• 三维可视化分析软件Imaris• 超分辨技术SRRF-Stream+ （技术优势参考上述内容）仪器信息网：贵公司高端光学显微镜在生命科学研究中有哪些应用？目前Andor的转盘共聚焦显微镜灵敏度高、成像速度快、分辨率好，可进行3D+动态立体信息探索，在细胞生物学、发育生物学、肿瘤生物学、疾病与免疫学、微生物学、神经生物学、生物物理学等不同领域均表现卓越。细胞生物学家们借助Dragonfly探究细胞内精细的亚细胞结构如线粒体成像、细胞膜动态、细胞周期与分裂、微管动力学、胞内运输、囊泡运动。同时，作为研究发育和厚组织的利器，Dragonfly可以观测受精卵及早期胚胎发育、肢体形成、模式生物如（果蝇、线虫、斑马鱼）的完整生物体成像、类器官发育分化、血管及血流变化；在神经生物学和植物学等方向，借助高速特点可以进行单分子和钙成像，对于透明脑、体外培养的活组织及切片，三维成像和活体培养极为关键；肿瘤或疾病免疫方向的固定的大组织切片、石蜡切片、透明化组织、病原宿主的互作、受体循环与定位等；以及蛋白互作、单分子运动、内吞外排、膨胀显微镜、空间转录组多维成像等。仪器信息网：从整个行业的角度，对于目前的高端光学显微技术，您比较看好哪些？还有哪些问题亟待解决？未来光学显微镜的技术发展趋势如何？我们相信，任何有利于更快、更深、高对比度成像的技术都是可以看到需求继续增长的关键领域。 因此，共聚焦和光片显微镜将继续成为受欢迎的显微技术基石。我们将看到越来越多的研究会引入光操纵，从而更好地了解细胞内信号通路，以及细胞群体间（如神经细胞）如何相互沟通。Andor有几十年丰富的基础生物学研究，现在正是将这些知识转化为未来临床和社会经济相关问题解决方案的基础，包括植物生物学和动物生物学。这需要进行重大调整，将细胞层面的基础研究纳入多细胞、器官和整个生物体的范畴。未来显微镜在光学能力和提高生产力方面都需要扩大规模。为了支持对样品进行更深入的成像，特别是自从透明化组织的技术出现后，存在着补偿由于折射率不匹配而产生的光学畸变的挑战，以及其他来自样品的光学限制。这方面的潜在解决方案之一是使用自适应光学技术。目前有一些想法已经发表，但还有很多东西需要开发，并使之成为一个光学上高效和紧凑的解决方案，以获得良好的商业解决方案。此外，显微镜需要从 "专家 "技术转变为科学界更广泛、普适的技术。它可以为特定主题（如癌症）完整研究的一部分提供强大的支持。我们看到，对于越来越多的研究人员而言显微镜的使用是其工作流程和发表论文的关键环节。基于对此理解，我们历时达五年之久设计了一键成像的台式共聚焦BC43，将3D+成像融入到普通实验室的日常工作，减除了复杂操作和仪器放置的种种烦扰和顾虑。我们认为应该对图像采集和分析协同结合有所期待，分析可以用来帮助复杂的显微实验的自动化，使显微镜操作步骤实时适应正在研究的样品中发生的情况。通过Dragonfly及BC43结合Fusion和Imaris可以实现从样品图像采集到分析的无缝衔接，这种捕捉-分析相结合的工作流程将促进易用性，使更多的研究人员能够运用高级的显微成像方法。未来如果对一些典型的生物医药应用案例的参数进行提取优化，结合人机交互和机器学习的先进算法，帮助研究者进行实时获取批量数据特征，在观测过程中及时优化调整。疫情以来，越来越多的研究工作者采用线上办公形式，此外，设备过度占用日常科研本就繁忙用户或管理员的时间，亟需各种长时程高频使用的设备包括显微成像及分析趋向于在线自动化远程监测、控制。智能化的人机交互及不同端口多界面控制、物联网设备的稳定运转及报告反馈的联网尤为重要。利用AR、VR及远程全息投影等方式，也可针对设备使用、培训、考核进行更多方案的优化。Dragonfly作为某些平台中心和课题组的成像利器，常年全日无休稳定运转，也给了我们信心未来可以在无人值守及远程控制上进一步探索。如今，随着采集大量图像数据能力的提高，所有研究机构和公司，都面临的一个至关重要的问题：采集的数据在进行转移、存储和分析方面均存在瓶颈，耗费过多的金钱、时间、人力成本。此外，确保分析软件包能加载导入数据并进行有效地分析是一个需要持续关注的问题，需要开发团队对大数据有深层的理解并不懈改善算法和架构。对于大数据分析而言，存储和算力的高要求，不断优化系统配置可能难以覆盖爆炸式的增长，业内伙伴和用户的共同努力，有望能建立云端强大的数据转移、存储、分析体系，以分配更适合终端需求的相应资源，安全、高效、灵活的解决不同需求。在此过程中，如何更好的促进共享、保护隐私值得关注和讨论。仪器信息网：从整个行业的角度，您如何评价目前高端光学显微镜的应用情况？应用过程中还有哪些亟待解决的问题？未来光学显微镜应用将会如何发展？基于对学术设计及对概念验证的大力投入，高端光学显微技术目前发展迅速，挑战在于如何将其精炼成易于商业化的、强大易用的解决方案，从而有助于探索一系列的科学问题和不同应用。这些解决方案的范围包括现有技术的持续进步，如用于体外实验用到的共聚焦和光片，也有越来越多的人需要使用当下这些技术和其他尚未建立的光学技术，以进一步提升对体内或在体实验模型的成像，后者是药物发现和其他疾病治疗转化医学领域的重要环节，需要实验设计和成像设备选型上在NIRⅠ、Ⅱ区的标记、照明、检测上有更多适配。应用方面，先进的科学研究机构、CRO公司和医学院基于平台和服务商的稳定支持，能够基于现有技术对系统进行改造，可以支撑更复杂的需求，如微流控装置或一些电磁场刺激及重力场变化。未来我们相信，更多涉及人类幸福健康的行业团队包括生命科学、医学、化学、材料学、半导体、农业、太空科学将利用光镜发现、验证自己的理论，并结合先进的技术如精细力学控制、3D打印等对目标物进行观测、改造。仪器信息网：您如何看待国产光学显微镜生产商和进口品牌厂商的差距？国产光学显微镜在中低端显微镜市场占领份额较多，如江西凤凰、麦克奥迪、永新光学等品牌，或作为高端品牌的元器件代工厂，厚积薄发，未来一定为国内光镜行业的发展奠定基础。目前主流的高端光镜主要依赖进口，欧美日品牌进入市场较早，占市场主导，国内高端显微镜目前在蓬勃发展，很多高等研究机构如清北、中科院生物物理所、苏州医工所、西安交大等和初创企业（多集中在粤港澳和江浙地区）都在进行研究及转化的突破创新，组建的成像系统多处于实验室技术打磨阶段或迈入市场不久，fMOST、LBS、 HiS-SIM已经开始被市场逐步接受，但其零部件还是进口为主，国产替代之路尚需长期努力和紧密合作。Andor也期望和国内外业内伙伴有更多合作，不论是元器件模块、显微成像系统、数据分析软件都可以多方协作，作为整体解决方案应对市场需求。对于商业化的显微镜而言，稳定、易用的高性能体验及使用场景的匹配是整个行业要不断精益求精的重要方向，自然会有市场越来越多的认可。仪器信息网：您认为，未来几年高端光学显微镜的热点市场需求有哪些？在未来几年，我们认为对高端光学显微镜的最热需求将集中在多维活细胞高速动态成像、超分辨成像、类器官研究、大型组织成像（透明化组织、活体组织体外培养）、单细胞原位空间转录组学领域、动物活体深层成像。基于应用的定制化显微成像系统开发将为学术研究、产业、商业提供绝佳的资源并富有成效进行循环利用。这些需求基于多维时空动态成像，联合先进的流式分析分选、高内涵、质谱成像和单细胞及转录组测序技术对物质代谢、基因和蛋白等的时空表达变化图谱进行同步解析，能够给研究工作带来前所未有的海量信息，透过更多跨领域合作和大数据共享分析，打破认知边界和信息壁垒，服务生命健康。不论是高端光学显微成像或其他高精度检测设备都需要合适的高速高灵敏度的CCD/sCMOS检测器，牛津仪器Andor作为科学相机厂家，已经在生命科学、物理科学的深耕多年，未来一定能够帮助更多的客户及合作伙伴们在光学显微及其他先进成像应用提供高质量的产品和全方位的服务。

近日，中国科学院大连化学物理研究所公开招标，预算869万元采购1台高分辨三维重构X射线显微镜。招标项目详情如下：项目编号：OITC-G240270123项目名称：中国科学院大连化学物理研究所高分辨三维重构X射线显微镜采购项目预算金额：869万元（人民币）最高限价（如有）：869万元（人民币）采购需求：高分辨三维重构X射线显微镜 1 台/套 （允许进口产品）技术要求：1 分辨率及成像架构 ★1.1 最高空间分辨率：最佳三维空间分辨率≤0.5μm1.2 当 X 射线源距样品旋转轴 50mm 时的最佳空间分辨率≤1.0μm 1.3 最小可实现的体素（最大放大倍率下样品的体素大小）≤ 40 nm ★1.4 系统必须采用几何+光学两级放大的架构，以满足我单位对大样品进行局部高分辨率的成像需求。2 三维组织表征、重构及成像2.1 无损伤地对样品进行三维组织表征，可获得样品的三维组织形貌及不同角度、不同位置的虚拟二维切片组织形貌信息。不需制样或只需简单制备，不需真空观察环境，不会引入人为缺陷。 ★2.2 利用吸收衬度原理和相位传播衬度原理，可以对包括高原子序数和低原子序数在内的各种材料都能获得高衬度图像。 2.3 2000 张2k×2k投影重构图像数据（重构972 张Slice 图像）时间≤2.2分钟。2.4 支持纵向拼接技术，通过纵向拼接扫描结果获得更高视野的数据2.5 具备定位放大扫描功能2.6 具备样品移动自适应矫正、温度移动矫正、图像比对位移参照矫正等功能2.7 具备吸收衬度成像和基于边缘折射传播的相位衬度成像功能2.8 应具备硬件+软件的自动防撞机制, 可通过可见光扫描快速获取样品形状和实际轮廓，根据样品形状和轮廓，自动对源、探测器位置进行限位，以保证硬件和样品安全 。3 光源与滤波片★3.1 高能量微聚焦闭管透射式X射线源3.2 最高电压≥160kV，最低电压≤30kV，电压在最低和最高之间连续可调3.3 最大功率不小于25W3.4 Z轴可移动范围不小于190 mm 3.5 X射线泄露≤1μSv/hr（距离设备外壳25mm以上处）★3.6 带有单过滤波片支架，12个适用于不同能量段扫描的滤波片4 探测器4.1 能够实现二级放大的16 bit噪声抑制闪烁体耦合探测器, 探测器能够实现2048×2048以上的像素成像和三维重构★4.2 包含0.4X物镜探测器，实现2048×2048像素成像和三维重构4.3 包含高对比度，低分辨率的4X物镜探测器4.4 包含高对比度、高分辨率的20X物镜探测器4.5 探测器可移动范围不小于280mm★4.6 包含高分辨率40X物镜探测器5 样品台及样品室★5.1 全电脑控制高精度4轴马达样品台，具备超高的样品移动精度★5.2样品台X轴运动范围50mm；Y轴运动范围100mm；Z轴运动范围50mm 5.3 样品台旋转运动范围：360度旋转5.4 样品台最大承重范围：25kg5.5 样品台可承受样品尺寸范围：300mm★5.6 为了防止X 射线辐射泄漏、保护仪器操作人员，设备须采用全封闭式铅房设计，不能留有观察玻璃窗。样品室内配备可见光相机，确保操作人员无需通过观察玻璃窗即可监控和操作样品。5.7 配置原位台接口，可后期升级原位台。5.8 系统应具备智能防撞系统，可根据样品尺寸设定源和样品的范围，保障在实际成像过程中不会发生样品和源、探测器的碰撞损坏设备或样品。6 仪器控制与数据采集、重构、可视化及分析系统6.1 全数字化仪器控制，计算机控制工作站★6.2 具备三维数据采集及控制软件, 并提供1次免费升级服务。6.3 支持原始数据查看，图像标准特征显示（如亮度、对比度、放大等）、注释、测量6.4 可以进行基本图像测量，如图像计算、滤波等6.5具备快速三维数据重构软件6.6 具备三维数据可视化软件，展示三维重构结果，包括虚拟断层，着色、渲染、透视等，并实现基本分析功能和注释（3D Viewer）★6.7 专业的三维数据分析软件（一套）：可进行高级三维重构后视图展示与三维高级数据处理与分析包括定量分析与统计分布、切片配准与图像滤波、三维图像数据分割与特征提取、多模态融合与分析、三维模型生成与导出，几何特征计算等（如可以实现三维数据处理，对样品三维数据结果进行相分割，孔隙率计算，裂纹及孔的尺寸统计与空间分布）并且可与其它三维软件兼容, 厂家自带软件全部功能开放7 三维X射线显微镜控制主机（须内附三维X射线显微镜控制单元）Microsoft Windows10操作系统、符合或优于Dual Eight Core CPU 、 CUDA-enabled 3D GPU，12TB（3×4 TB）硬盘容量、32GB内存、RAID-5可刻录式光驱、24寸液晶显示器；额外再配置一台数据处理工作站，要求不低于以下配置：Microsoft Windows 10及以上正版操作系统、双10核CPU、Nvidia RTX A6000GPU、6TB硬盘容量、512GB内存、RAID-5可刻录式光驱、24寸显示屏。8 样品座及标样8.1 配备对中和分辨率测试标样1套，配备针钳式样品座、夹钳式样品座、夹持式样品座、高铝基座样品座、高精度针钳式样品座。9 可拓展功能★9.1 可与双束系统、场发射电镜的数据相关关联，可将CT所获得的数据文件格式如CZI, ZVI, TIFF, MRC等格式的二维图像和TXM 3D X-ray volumes体量数据，导入到电镜或者双束系统的软件中，实现亚微米级到纳米级的数据关联以及数据处理。10 其他硬件10.1 人体工学操作台，大移动范围、高精度花岗岩工作台，四门式防辐射安全屏蔽罩，配备辐射安全连锁装置和“X-ray on”指示器 潜在投标人需于2024年06月11日至2024年06月18日，上午9:00至11:00，下午13:00至17:00（北京时间，法定节假日除外），登录东方招标平台www.oitccas.com注册并购买招标文件，并于2024年07月02日09点30分（北京时间）提交投标文件。联系方式：1. 采购人信息名称：中国科学院大连化学物理研究所地址：辽宁省大连市中山路457号联系方式：王老师，0411-843797072. 采购代理机构信息名称：东方国际招标有限责任公司地址：北京市海淀区丹棱街1号互联网金融中心20层联系方式：窦志超、王琪 010-682905233. 项目联系方式项目联系人：窦志超、王琪电话：010-68290523附件：采购需求.pdf

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所精密光学制造与检测中心在基于监督学习的超精密光学曲面自适应工艺决策方面取得重要进展。研究团队首次提出了一种傅里叶卷积-并联神经网络框架，攻克了光学加工领域小样本训练条件下高维度输出的瓶颈难题，综合训练正确率优于90%，实现了数字化子孔径制造多维度参数组合加工智能化决策，对光学制造的智能化发展具有重要指导意义。相关研究成果以“Fourier convolution-parallel neural network framework with library matching for multi-tool processing decision-making in optical fabrication”为题发表在Optics Letters上。现代光学系统如光刻系统、大型望远镜和高功率激光等对各类超精密光学元件数量和表面质量提出了更高的需求，而现有工艺决策很大程度上仍然依赖经验丰富的技术专家，受专业人员的稀缺性以及人工决策的不稳定性影响，决策过程智能化是光学制造精度和效率进一步提升面临的关键问题。近年来，数据驱动的机器学习网络发展为解决这一瓶颈问题提供了可能；但在光学加工领域，训练样本获取难而决策维度高，如何实现小样本条件下的有效训练来满足高特征维度输出要求，是数据驱动智能化光学加工发展面临的首要难题。图1 结合去除函数库匹配的傅里叶卷积-并联神经网络框架针对以上问题，研究团队首次提出了一种结合去除函数库匹配的傅里叶卷积-并联神经网络框架，实现了数据驱动下工具种类、尺寸、磨料类型和体去除率等关键参数的联合自主决策，决策范围涵盖了自研磨/粗抛到修形/光顺等大部分工艺流程，也是首次证明了光学制造通过数据驱动神经网络解决的可行性。实验结果表明，仅在网络模型的指导下，260mm260mm的离轴非球面镜的面形精度（PV）可由初始的15.153λ收敛至0.42λ（λ=632.8nm），RMS由初始的2.944λ收敛至0.064λ，总加工时间仅为25.34个小时，收敛率优于97%，已达到专业技术人员决策水平。该研究成果对超精密光学元件的高效制造具有重要价值，并有可能将光学制造的智能化水平推向新的高度。图2 网络模型指导下离轴非球面镜的加工结果

什么是扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope--SPM)? SPM是一个大的种类，目前，SPM家族中已经产生了二三十种显微镜，如扫描隧道显微镜STM）、原子 （力显微镜（AFM）、磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜（EFM）、近场光学显微镜（SNOM）等等。 SPM的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性，通过原子线度的极细探针在被研 究物质的表 面上方扫描时检测探针&mdash 样品两者之间的相互作用,以得到被研究物质的表面特性，不同类型的SPM之间 的主要区别在于它们的针尖特性及其相应的针尖----样品相互作用方式的不同。 　 扫描隧道显微镜模块： 　 STM（Scanning Tunneling Microscope的简称）的工作原理来源于量子力学中的隧道效应原理。 当金属探针在与导电样品非常接近时（小于1nm），控制探针在样品表面进行逐行扫描，检测探针与样 品间隧道电流的变化来获取样品表面形貌、I-Z、I-V曲线等其它特性。 由于要在探针和样品间产生并传输隧道电流，所以只能检测导电 样品。 　 什么是原子力显微镜（Atomic Force Microscope -- AFM）? AFM是SPM最重要的发展。它控制一个微悬臂探针在样品表面进行逐行扫描，当探针在与样品非 常接近时（小于1nm），由于两者间原子的相互作用力，使对微弱力极敏感的微悬臂发生偏转，再 通过光杠杆作用将微小偏转放大，用四象限光电探测器检测，以获取样品表面形貌和其它物理、化 学特性。AFM按照其成像模式和检测信号的不同，有多种不同的工作模式，适用于不同性质的材料. 样品。 由于AFM对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛，弥补了STM只能观察导电样品的不足。 　 原子力显微镜基础模块： 　 该模块包含原子力显微镜接触模式和横向力模式。 模式 接触模式：微悬臂探针紧压样品表面，扫描过程中与样品保持接触。该 时探 模式分辨率较高，但成像针对样品作用力较大，容易对样品表面形 测表 成划痕，或将样品碎片吸附在针尖上，适合 检测强度较高、结构 稳定的样品。 横向力模式：是接触模式的扩展技术，针尖压在样品表面扫描时，与起 伏力方向垂直的横向力使微悬臂探针左右扭曲，通过检测这种扭 曲，获得样品纳米尺度局域上探针的横向作用力分布图。 原子力显微镜专业模块： 　 该模块包含原子力显微镜轻敲模式和相移模式。 轻敲模式：在扫描过程中微悬臂被压电驱动器激发到共振振荡状态，样 品表面的起伏使微悬臂探 针的振幅产生相应变化，从而得到样品 的表面形貌。 由于该模式下，针尖随着悬臂的振荡，极其短暂地对样品进行&ldquo 敲 击&rdquo ，因此横向力引起的对样品的破坏几乎完全消失，适合检测粉体颗 粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率接触模式低。 相移模式：是轻敲模式的扩展技术，通过检测微悬臂实际 振动与其驱动信 号源的相位差的变化来成像。引起相移的因素很多，如样品的组分、 硬度、粘弹性、环境阻尼等。因此利用相移模式，可以在纳米尺度上 获得样品表面局域性质的丰富信息。 液相模式：（选配）配有液体池，工作时探针和样品都在液体环境中， 适用于生物样品 摩擦力显微镜模块： 　 原子力显微镜基础模块中的横向力模式可以获得样品与探针的横向作用力分布图。由于影响 横向力的因素很多，主要包括样品移动方向与针尖悬臂角度、样品晶格排列角度、摩擦力、台阶扭动、 粘弹性等，因此，如果能够基本确定其它因素，利用横向力模式可以对样品纳米级摩擦系数进行间接测 量，进行表面裂缝及粘弹性分析等。 摩擦力显微镜是用于定量评价极轻载荷下（10^-7&mdash 10^-9N）薄膜材料的摩擦学特性，通过对针 悬臂 尖及悬臂的力学特性准确标定，能够获取微观摩擦系数，为纳米摩擦学研究提供依据。利用我们独创的 对分模式扫描，可以准确标定针尖悬臂与扫描方向的90度角，以消除针尖放置角度的不准确和扫描器 误安装位置的差；通过设定正压力的变化范围，可以连续改变正压力， 几分钟内就可完成几小时才能 完成的测量过程，而且系统状态变化很小， 使得测量更准确；由于有4通道同步采集，在所有的力测量过程中，我们 可以同时采集到样品的起伏、针尖所受到的起伏力、横向力，可以准确 分析针尖的状态，为精确分析摩擦力提供了更为详实的数据。 　 磁力/静电力显微镜模块： 　 抬起模式：该工作模式分两个阶段,第一阶段与普通原子力显微镜形貌成像一样，在探针与样品间 距1nm以内成像，然后，将探针抬起并一直保持相同距离，进行第二次扫描，该扫描过程可以对一些 相对微弱但作用程较长的作用力进行检测，如磁力或静电力。 磁力显微镜（Magnetic Force Microscope -- MFM）：控制磁性 探针在磁性样品表面进行逐行扫描,利用抬起模式进行二次成像，获得样 品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 静电力显微镜（Electrostatic Force Microscope -- EFM）： 控制导电探针在样品表面进行逐行扫描，利用抬起模式二次成像，获得 样品纳米尺度局域上静电场分布图。 　 扫描探针声学显微镜模块： 扫描探针声学显微镜（SPAM，Scanning Probe Acoustic Microscope）是将原子力显微镜与电声成 像技术相结合，采用声学成像模式，借用声波记录下物质的内部模样，建立了低频（30kHz）高分 辨率（~10nm）扫描探针声学显微成像技术。其特点是能够获得反映材料亚表面纳米尺度结构的声 学像和性能的原位检测，克服了现有SPM只能获得材料表面结构和性质的不足。迄今为止，反映材 料亚表面纳米尺度结构及有关物性的声学功能模式的SPM在国内外报道甚少。 　 样品定位辅助模块： 　 该模块包含高分辨CCD光学显微系统和高精度电控样品移动平台。 高分辨CCD光学显微系统：在计算机上成像，用于观察探针和样 品，放大80&mdash 600倍。 高精度电控样品移动平台：计算机自动控制，配合 光学显微系统 进行精确样品移动和定位的装置。移动范围5mm*5mm，单步移动步长最小 85nm。 　 纳米加工模块： 　 SPM的纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一，常用的加工方法包括机械刻蚀、电致/场致刻 润笔 蚀、浸润笔(Dip-Pen Nano-lithography,DNP)等。其基本原理是利用SPM针尖在样品表面准确移动， 与样 同时控制针尖-样品间的相互作用，就可完成所需的加工过程。 常用的移动方法包括矢量和点阵。矢量法通过矢量产生插件建立矢量数据文件，然后进行刻蚀。 使用这种方法，线条连续，刻蚀速度快，但矢量编辑较为麻烦。点阵法通过插件自动分析需要刻蚀的图 象，在样品上边扫描边刻蚀。这种方法不用编辑矢量，与原图像几乎不失真，但刻蚀速度慢，线条不连 续。可以根据需要选择不同的方法。 　 SPM通用平台开放式开发系统模块： 　 SPM通用平台开放式开发系统是一套完整的SPM模块化开发平台，简称&ldquo 开发系统&rdquo 。包括软件 板和 开发模硬件开发套件。如果您需要在已有的SPM功能上开发特殊要求的功能模块，就需要购买开发系 统。目前，离线软件开发模板我们都免费赠送，鼓励用户亲自开发，或者提出详细要求和算法，委托我 们为SPM定制1-2个特殊功能的处理插件，这都是免费的服务。 软硬件结合的特殊功能的SPM开发就要使用&ldquo 开发系统&rdquo 了。这套系统具体包括软件开发模板、硬件 扩展接口测试箱(硬件扩展实验板组)、硬件接口插件模板、开发手册。该系统的设计充分考虑了用户级 二次开发的方便性、可行性和可靠性。当然，您也可以购&ldquo 开发系统&rdquo ，然后提出IDEA，由我们来帮您 合作完成。 在您了解了各个功能模块后，您可以选型了，我们为了您搭建了四种机型，它们的外形都基本 一样，那是因为这样便于您今后无障碍模块化升级。 模块/型号 ZL STM-II 型 扫描隧道显微镜 ZLAFM-II型 原子力显微镜 ZLAFM-III型 扫描探针显微镜 ZL3000型扫 描探针显微镜 扫描隧道 显微镜模块 　 　 　 　 原子力显微镜 基础模块 　 　 　 　 原子力 显微镜 专业模块 　 　 　 　 摩擦力 显微镜模块 　 　 可选配　 　 磁力/静电力 显微镜模块 　 　 　 　 样品定位 铺助模块 　 可选配 　 　 纳米 加工 模块 　 可选配 可选配 可选配 SPM通用平台 开发系统 　 　 可选配 可选配 扫描探针 声学模块 　 　 可选配 可选配 各功能模块介绍摘要： 1．扫描隧道显微镜只能检测 导电样品，因其有样品的局限性，所以通常作为教学仪器。 2．原子力显微镜对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛。AFM基础模块包括接触模式和横 向模式；AFM专业模块包括轻巧和相移模式。 3．接触模式AFM适合检测表面强度较高、结构稳定的样品。 4．横向力模式AFM可以获得样品纳米尺度局限上探针的横向作用力分布图。 5．轻敲模式AFM适合检测粉体颗粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率比接 触模式较低。 6．相移模式AFM对不同组分材料的组分变化比较敏感。 7．磁力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 8．静电力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上静电场分布图。 9．样品定位辅助模块用于实现样品在毫米量级范围内以纳米精度搜寻定位。 10．纳米加工模块用于实现矢量刻蚀和图形刻蚀方法的纳米加工。 11．如需开发特殊功能SPM，需要购买SPM通用平台开放式开发系统。 配置/型号 ZL STM-II ZL AFM-I ZL AFM-II ZL AFM-III ZL 3000 主机 可扩展式电子学控制机箱 多模式扫描探针显微镜组合式探头 扫描隧道显微镜 原子力显微镜 接触/横向力 模式 原子力显微镜 轻敲/相移 模式 摩擦力显微镜 磁力/静电力显微镜 针尖粗调/自动趋近机构 扫描器(单一多量程自适应扫描器不更换技术) 针尖架 扫描隧道模式针尖架 原子力基础模式针尖架 原子力专业模式针尖架 磁力模式针尖架 静电力模式针尖架 组合式纳米级减振系统 1个 包含 包含 包含 包含 包含 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 1套 6&mu m 6&mu m 50&mu m 50&mu m 100&mu m 1个 2个 3个 5个 1个 　 　 　 1套 软件 系统 　 在线控制软件 1套 离线图像处理/分析软件 离线软件开发模板 摩擦力分析软件 　 　 　 　 网络实验室远程控制软件 　 　 　 培训课件/实验教材/科普教材/说明书光盘 　 附件 标准样品 1套 样品载片 5片 5片 10片 10片 15片 STM探针 Pt-Ir 20 20cm 　 20cm AFM接触/横向力/摩擦力模式探针（进口） 　 10枚 AFM轻敲/相移模式探针（进口） 　 　 　 10枚 MFM磁力探针（进口） 　 　 　 　 5枚 EFM导电探针（进口） 5枚 专用工具（镊子、针尖剪刀、玻璃皿 等） 1套 样品 定位 模块 高分辨CCD光学显微系统 可选配 高精度电控样品移动平台 　 　 纳米加工模块 SPM通用平台开放式开发系统 　 　 　 什么是扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope--SPM)? SPM是一个大的种类，目前，SPM家族中已经产生了二三十种显微镜，如扫描隧道显微镜STM）、原子 （力显微镜（AFM）、磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜（EFM）、近场光学显微镜（SNOM）等等。 SPM的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性，通过原子线度的极细探针在被研 究物质的表 面上方扫描时检测探针&mdash 样品两者之间的相互作用,以得到被研究物质的表面特性，不同类型的SPM之间 的主要区别在于它们的针尖特性及其相应的针尖----样品相互作用方式的不同。 　 扫描隧道显微镜模块： 　 STM（Scanning Tunneling Microscope的简称）的工作原理来源于量子力学中的隧道效应原理。 当金属探针在与导电样品非常接近时（小于1nm），控制探针在样品表面进行逐行扫描，检测探针与样 品间隧道电流的变化来获取样品表面形貌、I-Z、I-V曲线等其它特性。 由于要在探针和样品间产生并传输隧道电流，所以只能检测导电 样品。 　 什么是原子力显微镜（Atomic Force Microscope -- AFM）? AFM是SPM最重要的发展。它控制一个微悬臂探针在样品表面进行逐行扫描，当探针在与样品非 常接近时（小于1nm），由于两者间原子的相互作用力，使对微弱力极敏感的微悬臂发生偏转，再 通过光杠杆作用将微小偏转放大，用四象限光电探测器检测，以获取样品表面形貌和其它物理、化 学特性。AFM按照其成像模式和检测信号的不同，有多种不同的工作模式，适用于不同性质的材料. 样品。 由于AFM对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛，弥补了STM只能观察导电样品的不足。 　 原子力显微镜基础模块： 　 该模块包含原子力显微镜接触模式和横向力模式。 模式 接触模式：微悬臂探针紧压样品表面，扫描过程中与样品保持接触。该 时探 模式分辨率较高，但成像针对样品作用力较大，容易对样品表面形 测表 成划痕，或将样品碎片吸附在针尖上，适合 检测强度较高、结构 稳定的样品。 横向力模式：是接触模式的扩展技术，针尖压在样品表面扫描时，与起 伏力方向垂直的横向力使微悬臂探针左右扭曲，通过检测这种扭 曲，获得样品纳米尺度局域上探针的横向作用力分布图。 原子力显微镜专业模块： 　 该模块包含原子力显微镜轻敲模式和相移模式。 轻敲模式：在扫描过程中微悬臂被压电驱动器激发到共振振荡状态，样 品表面的起伏使微悬臂探 针的振幅产生相应变化，从而得到样品 的表面形貌。 由于该模式下，针尖随着悬臂的振荡，极其短暂地对样品进行&ldquo 敲 击&rdquo ，因此横向力引起的对样品的破坏几乎完全消失，适合检测粉体颗 粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率接触模式低。 相移模式：是轻敲模式的扩展技术，通过检测微悬臂实际 振动与其驱动信 号源的相位差的变化来成像。引起相移的因素很多，如样品的组分、 硬度、粘弹性、环境阻尼等。因此利用相移模式，可以在纳米尺度上 获得样品表面局域性质的丰富信息。 液相模式：（选配）配有液体池，工作时探针和样品都在液体环境中， 适用于生物样品 摩擦力显微镜模块： 　 原子力显微镜基础模块中的横向力模式可以获得样品与探针的横向作用力分布图。由于影响 横向力的因素很多，主要包括样品移动方向与针尖悬臂角度、样品晶格排列角度、摩擦力、台阶扭动、 粘弹性等，因此，如果能够基本确定其它因素，利用横向力模式可以对样品纳米级摩擦系数进行间接测 量，进行表面裂缝及粘弹性分析等。 摩擦力显微镜是用于定量评价极轻载荷下（10^-7&mdash 10^-9N）薄膜材料的摩擦学特性，通过对针 悬臂 尖及悬臂的力学特性准确标定，能够获取微观摩擦系数，为纳米摩擦学研究提供依据。利用我们独创的 对分模式扫描，可以准确标定针尖悬臂与扫描方向的90度角，以消除针尖放置角度的不准确和扫描器 误安装位置的差；通过设定正压力的变化范围，可以连续改变正压力， 几分钟内就可完成几小时才能 完成的测量过程，而且系统状态变化很小， 使得测量更准确；由于有4通道同步采集，在所有的力测量过程中，我们 可以同时采集到样品的起伏、针尖所受到的起伏力、横向力，可以准确 分析针尖的状态，为精确分析摩擦力提供了更为详实的数据。 　 磁力/静电力显微镜模块： 　 抬起模式：该工作模式分两个阶段,第一阶段与普通原子力显微镜形貌成像一样，在探针与样品间 距1nm以内成像，然后，将探针抬起并一直保持相同距离，进行第二次扫描，该扫描过程可以对一些 相对微弱但作用程较长的作用力进行检测，如磁力或静电力。 磁力显微镜（Magnetic Force Microscope -- MFM）：控制磁性 探针在磁性样品表面进行逐行扫描,利用抬起模式进行二次成像，获得样 品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 静电力显微镜（Electrostatic Force Microscope -- EFM）： 控制导电探针在样品表面进行逐行扫描，利用抬起模式二次成像，获得 样品纳米尺度局域上静电场分布图。 　 扫描探针声学显微镜模块： 扫描探针声学显微镜（SPAM，Scanning Probe Acoustic Microscope）是将原子力显微镜与电声成 像技术相结合，采用声学成像模式，借用声波记录下物质的内部模样，建立了低频（30kHz）高分 辨率（~10nm）扫描探针声学显微成像技术。其特点是能够获得反映材料亚表面纳米尺度结构的声 学像和性能的原位检测，克服了现有SPM只能获得材料表面结构和性质的不足。迄今为止，反映材 料亚表面纳米尺度结构及有关物性的声学功能模式的SPM在国内外报道甚少。 　 样品定位辅助模块： 　 该模块包含高分辨CCD光学显微系统和高精度电控样品移动平台。 高分辨CCD光学显微系统：在计算机上成像，用于观察探针和样 品，放大80&mdash 600倍。 高精度电控样品移动平台：计算机自动控制，配合 光学显微系统 进行精确样品移动和定位的装置。移动范围5mm*5mm，单步移动步长最小 85nm。 　 纳米加工模块： 　 SPM的纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一，常用的加工方法包括机械刻蚀、电致/场致刻 润笔 蚀、浸润笔(Dip-Pen Nano-lithography,DNP)等。其基本原理是利用SPM针尖在样品表面准确移动， 与样 同时控制针尖-样品间的相互作用，就可完成所需的加工过程。 常用的移动方法包括矢量和点阵。矢量法通过矢量产生插件建立矢量数据文件，然后进行刻蚀。 使用这种方法，线条连续，刻蚀速度快，但矢量编辑较为麻烦。点阵法通过插件自动分析需要刻蚀的图 象，在样品上边扫描边刻蚀。这种方法不用编辑矢量，与原图像几乎不失真，但刻蚀速度慢，线条不连 续。可以根据需要选择不同的方法。 　 SPM通用平台开放式开发系统模块： 　 SPM通用平台开放式开发系统是一套完整的SPM模块化开发平台，简称&ldquo 开发系统&rdquo 。包括软件 板和 开发模硬件开发套件。如果您需要在已有的SPM功能上开发特殊要求的功能模块，就需要购买开发系 统。目前，离线软件开发模板我们都免费赠送，鼓励用户亲自开发，或者提出详细要求和算法，委托我 们为SPM定制1-2个特殊功能的处理插件，这都是免费的服务。 软硬件结合的特殊功能的SPM开发就要使用&ldquo 开发系统&rdquo 了。这套系统具体包括软件开发模板、硬件 扩展接口测试箱(硬件扩展实验板组)、硬件接口插件模板、开发手册。该系统的设计充分考虑了用户级 二次开发的方便性、可行性和可靠性。当然，您也可以购&ldquo 开发系统&rdquo ，然后提出IDEA，由我们来帮您 合作完成。 在您了解了各个功能模块后，您可以选型了，我们为了您搭建了四种机型，它们的外形都基本 一样，那是因为这样便于您今后无障碍模块化升级。 模块/型号 ZL STM-II 型 扫描隧道显微镜 ZLAFM-II型 原子力显微镜 ZLAFM-III型 扫描探针显微镜 ZL3000型扫 描探针显微镜 扫描隧道 显微镜模块 　 　 　 　 原子力显微镜 基础模块 　 　 　 　 原子力 显微镜 专业模块 　 　 　 　 摩擦力 显微镜模块 　 　 可选配　 　 磁力/静电力 显微镜模块 　 　 　 　 样品定位 铺助模块 　 可选配 　 　 纳米 加工 模块 　 可选配 可选配 可选配 SPM通用平台 开发系统 　 　 可选配 可选配 扫描探针 声学模块 　 　 可选配 可选配 各功能模块介绍摘要： 1．扫描隧道显微镜只能检测 导电样品，因其有样品的局限性，所以通常作为教学仪器。 2．原子力显微镜对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛。AFM基础模块包括接触模式和横 向模式；AFM专业模块包括轻巧和相移模式。 3．接触模式AFM适合检测表面强度较高、结构稳定的样品。 4．横向力模式AFM可以获得样品纳米尺度局限上探针的横向作用力分布图。 5．轻敲模式AFM适合检测粉体颗粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率比接 触模式较低。 6．相移模式AFM对不同组分材料的组分变化比较敏感。 7．磁力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 8．静电力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上静电场分布图。 9．样品定位辅助模块用于实现样品在毫米量级范围内以纳米精度搜寻定位。 10．纳米加工模块用于实现矢量刻蚀和图形刻蚀方法的纳米加工。 11．如需开发特殊功能SPM，需要购买SPM通用平台开放式开发系统。 配置/型号 ZL STM-II ZL AFM-I ZL AFM-II ZL AFM-III ZL 3000 主机 可扩展式电子学控制机箱 多模式扫描探针显微镜组合式探头 扫描隧道显微镜 原子力显微镜 接触/横向力 模式 原子力显微镜 轻敲/相移 模式 摩擦力显微镜 磁力/静电力显微镜 针尖粗调/自动趋近机构 扫描器(单一多量程自适应扫描器不更换技术) 针尖架 扫描隧道模式针尖架 原子力基础模式针尖架 原子力专业模式针尖架 磁力模式针尖架 静电力模式针尖架 组合式纳米级减振系统 1个 包含 包含 包含 包含 包含 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 1套 6&mu m 6&mu m 50&mu m 50&mu m 100&mu m 1个 2个 3个 5个 1个 　 　 　 1套 软件 系统 　 在线控制软件 1套 离线图像处理/分析软件 离线软件开发模板 摩擦力分析软件 　 　 　 　 网络实验室远程控制软件 　 　 　 培训课件/实验教材/科普教材/说明书光盘 　 附件 标准样品 1套 样品载片 5片 5片 10片 10片 15片 STM探针 Pt-Ir 20 20cm 　 20cm AFM接触/横向力/摩擦力模式探针（进口） 　 10枚 AFM轻敲/相移模式探针（进口） 　 　 　 10枚 MFM磁力探针（进口） 　 　 　 　 5枚 EFM导电探针（进口） 5枚 专用工具（镊子、针尖剪刀、玻璃皿 等） 1套 样品 定位 模块 高分辨CCD光学显微系统 可选配 高精度电控样品移动平台 　 　 纳米加工模块 SPM通用平台开放式开发系统

2022年的春节已接近尾声，科研的小伙伴已经开始忙碌起来了，对于新学期是不是也有新的计划，发一篇sci的文章顺利毕业，脱单flag，头发多一点点，细胞养好，科研项目进展顺利，老师能给买台心仪已久的显微镜；你想知道选择什么种类的显微镜，正置还是倒置，宽场显微镜、超高分辨率显微镜、激光共焦显微镜等等，小本本备好，我们开始了。1不同成像原理，不同分辨率的显微镜如何选择显微镜作为生命科学领域研究的必须工具，其结构复杂，配置繁多，根据不同的配置和结构，相应的价格有很大的差异。那很多用户在实际采购过程中，看到长串的配置不知如何去选择，怎么用合理的价格去买到一个完全能够满足自己实验需求的显微镜呢？从今天这期推文开始，将会着重介绍选择显微镜的几个关键核心问题，目的是让用户能够在自己的预算范围内选择出符合自己实验需求的显微镜。首先要知道显微镜从开始诞生发展到现在，主要通过分辨率来划分，分为宽场显微镜、超高分辨率显微镜、激光共焦显微镜以及电镜。这一系列显微镜的分辨率从光镜的200纳米到超高与共聚焦的100多到几十纳米再到电镜的0.2纳米。并不是说显微镜的分辨率越高，就越适合我们的研究。分辨率越高，意味着其价格和操作的难度系数是逐级增长的。那我们如何去选择一个适合我们的显微镜呢？要根据老师和用户自己样品的大小去选择。2不同机型的选择我们在根据样品的大小和观察的实验需求，确定了某一类型的显微镜之后。我们需要根据实验样品去选择相对应的合适机型。显微镜的主要机型，根据其光路设计的不同，主要分为体视显微镜、正置显微镜和倒置显微镜。体视显微镜：体视显微镜，是一种具有正像立体感的显微镜，被广泛应用于材料宏观表面观察、失效分析、断口分析等工业领域。以及生物学、医学、农林、工业及海洋生物各部门。因为体视显微镜的光路设计，符合人体眼睛夹角的偏角，所以通过体视显微镜观察物体时，类似于我们眼睛的成像光路，这样会让我们看到立体的图像呈现。正是由于此设计，体视显微镜的分辨率要远低于传统的正置或倒置显微镜。体视显微镜更多的是观察小物体的宏观表象，而不是更为精细的细节。正置显微镜：正置显微镜作为最早诞生的机型它更多的是要配合玻片来对样品实现显微观察。如何来定义正置显微镜呢？显微镜物镜朝下，观察的样品在物镜的下方，这样的显微镜我们称之为正置显微镜。一般适用于的观察样品为：透明样品、薄的样片、生物切片、涂片等。但由于正置显微镜的机械设计，样品位于载物台与物镜中间。低倍物镜齐焦时，与载物台之间的距离大约为三厘米左右。像无法切割的厚样品，类似矿石、零件或者是在孔板、培养皿、培养瓶中培养的细胞，就无法在正置显微镜下进行观察，那由此人们设计了倒置显微镜。倒置显微镜：顾名思义，倒置显微镜与正置显微镜正好相反，那么定义也是相反的，物镜朝上，要观察的样品在物镜的上方，此类显微镜我们称之为倒置显微镜。我们可以看到倒置显微镜，物镜和载物台之间不再放观察的样品，样品是放于载物台的上面，所以样品的厚度就不会受到载物台与物镜之间距离的限制。因此倒置显微镜主要用于微生物、细胞、细菌、组织培养、悬浮体、沉淀物等的观察。介绍了三种不同形式的显微镜，相信我们的老师和用户对自己的样品适用于什么类型的显微镜已经有了一个大体的判断。当我们更多的去观察样品的立体结构，对细节和分辨率没有更高追求的时候，我们通常会选择体视显微镜。当我们的样品无法制成玻片或者不能放在玻片上时，我们就去选择倒置显微镜。如果能制成玻片就选择正置。为什么说能制成玻片就去选择正置呢？因为对于倒置显微镜来说，正置显微镜的高倍数观察更方便，比如60X和100X的油镜。同时，因为它的光路要比倒置更短，搭配高分辨率聚光器后分辨率更高，对比度更好。通过我们这期推文的介绍，老师对于选择哪种分辨率水平的显微镜，以及什么类型的显微镜会有一个较为清楚的了解。这些只是我们采购或选择显微镜的第一步，就是我们确定显微镜的类型。针对不同的观察样品，又会有其更为适应的观察方式，又有不同的光源，不同品质的物镜，供我们去选择。欲知后事如何，且听下回分解。｜申请试用｜ECHO 显微镜可以申请试用哦！关注“深蓝云生物科技”公众号，点击“云活动”→“试用中心”即可。

Recently, a collaborative research team from Information Materials and Intelligent Sensing Laboratory of Anhui Province, Key Laboratory of Opto-Electronic Information Acquisition and Manipulation of Ministry of Education, and Shandong Normal University published a research paper titled Optimized adaptive Savitzky-Golay filtering algorithm based on deeplearning network for absorption spectroscopy.近日，来自安徽大学、山东师范大学联合研究团队发表了一篇题为Optimized adaptive Savitzky-Golay filtering algorithm based on deeplearning network for absorption spectroscopy的研究论文。研究背景 Research BackgroundNitrogen oxide (NO2) is a major pollutant in the atmosphere,resulting from natural lighting, exhaust, and industrial emissions. Short- and long-term exposure to NO2 is linked with an increased risk of respiratory problems. Secondary pollutants produced by NO2 in the atmosphere can cause photochemical smog and acid rain. Laser spectroscopy such as absorption spectroscopy, fluorescence spectrum, and Raman spectrum play progressively essential roles in physics, chemistry, biology, and material science. It offers a powerful platform for tracing gas analysis with extremely high sensitivity, selectivity, and fast response. Laser absorption spectroscopy has been used for quantitative analysis of NO2. However, the measured gas absorption spectra data are usually contaminated by various noise, such as random and coherent noises, which can warp the valid absorption spectrum and affect the detection sensitivity.氮氧化物（NO2）是大气中的主要污染物，源自自然光照、排放和工业排放。长时间暴露于NO2与呼吸问题的风险增加有关。NO2在大气中产生的二次污染物可能导致光化学烟雾和酸雨。激光光谱学，如吸收光谱、荧光光谱和拉曼光谱，在物理学、化学、生物学和材料科学中发挥着日益重要的作用。它为追踪具有极高灵敏度、选择性和快速响应的气体分析提供了强大的平台。激光吸收光谱已被用于NO2的定量分析。然而，测得的气体吸收光谱数据通常受到各种噪声的污染，如随机和相干噪声，这可能扭曲有效吸收光谱并影响检测灵敏度。The Savitzky–Golay (S–G) filtering algorithm has recently attracted attention for spectral filtering because it has fewer parameters, faster operating speed, and preserves the height and shape of spectra. Moreover, the derivatives and smoothed spectra can be calculated in a simple step. Rivolo and Nagel developed an adaptive S–G smoothing algorithm that point wise selects the best filter parameters. With simple multivariate thresholding methods, the S–G filter can remove all types of noises in continuous glucose monitoring (CGM) signal and further process for detecting hypo/hyperglycemic events. The S–G smoothing filter is widely used to smooth the spectrum of the Fourier transform infrared spectrum that can eliminate random seismic noise, remote sensing image merging, and process pulse wave.最近，Savitzky-Golay（S-G）滤波算法因其参数较少、操作速度较快且保留了光谱的高度和形状而受到关注。此外，可以在一个简单的步骤中计算导数和平滑的光谱。Rivolo和Nagel开发了一种自适应S-G平滑算法，逐点选择最佳滤波参数。通过简单的多变量阈值方法，S-G滤波器可以去除连续葡萄糖监测（CGM）信号中的所有类型噪声，并进一步用于检测低血糖/高血糖事件。S-G平滑滤波器广泛用于平滑傅立叶变换红外光谱的光谱，可消除随机地震噪声、遥感图像融合和脉动波的处理。The performance of S–G smoothing filter depends on the proper compromise of the polynomial order and window size. However,the noise sources and absorption spectra are unknown in a real application. Obtaining the optimal filtering effect with fixed window size and polynomial degree is difficult. To address this issue,we proposed an optimized adaptive S–G algorithm that combined the deep learning (DL) network with traditional S–G filtering to improve the measurement system performance. S–G 平滑滤波器的性能取决于多项式阶数和窗口大小的适当折中。然而，在实际应用中，噪声源和吸收光谱是未知的。在固定的窗口大小和多项式阶数下获得最佳的滤波效果是困难的。为解决这个问题，我们提出了一种优化的自适应S-G算法，将深度学习（DL）网络与传统的S-G滤波结合起来，以提高测量系统的性能。实验设置Experimental setupFig. 1 presents the experimental setup, which consists of anoptical source, a multi-pass cell with a gas pressure controller, a series of mirrors, a detector, and a computer. The laser source is a thermoelectrically cooled continuous-wave room-temperature quantum cascade laser (QC-Qube&trade , HealthyPhoton Co., Ltd.),which works with a maximum peak output power of 30 mW controlled by temperature controllers and operates at ~6.2 mm driven by current controllers. The radiation of QCL passes through theCaF2 mirror is co-aligned with the trace laser (visible red light at632.8 nm) using a zinc selenide (ZnSe) beam splitter. The beams go into the multipass cell with an effective optical path length of2 m, the pressure in multipass cell is controlled using the flow controller (Alicat Scientific, Inc, KM3100) and diaphragm pump (Pfeiffer Vacuum, MVP 010–3 DC) in the inlet and outlet of gas cell,respectively. A triangular wave at a typical frequency of 100 Hzis used as a scanning signal. The wave number is tuned from1630.1 to 1630.42 cm 1 at a temperature of 296 K. The signal is detected using a thermoelectric cooled mercury cadmium telluride detector (Vigo, VI-4TE-5), which uses a 75-mm focal-length planoconvex lens. A DAQ card detector (National Instruments, USB-6259) is placed next to detector to transmit the data to the computer, and the data is analyzed by the LabVIEW program in real time.图1展示了实验设置，包括光源、带有气体压力控制器的多通道吸收池、一系列镜子、探测器和计算机。Fig. 1. Experimental device diagram.宁波海尔欣光电科技有限公司为此项目提供了量子级联激光器（型号：QC-Qube&trade 全功能迷你量子级联激光发射头）。激光器由温度控制器控制，最大峰值输出功率为30 mW，由电流控制器控制，工作在~6.2 mm，通过钙氟化物（CaF2）镜子的辐射与追踪激光（可见红光，波长632.8 nm）共线，使用氧化锌硒（ZnSe）分束器。光束进入具有2 m有效光程的多通道池，通过流量控制器和气体池入口和出口的隔膜泵控制池中的压力。典型频率为100 Hz的三角波用作扫描信号。在296 K的温度下，波数从1630.1调至1630.42 cm-1。使用热电冷却的汞镉镓探测器进行信号检测，该探测器使用75 mm焦距的平凸透镜。DAQ卡探测器放置在探测器旁边，将数据传输到计算机，数据由LabVIEW程序进行实时分析。QC-Qube&trade , HealthyPhoton Co., Ltd.Fig. 2. Simulation of the NO2 gas absorption spectra of the ASGF and MAF algorithms (under the background of Gaussian noise), and the filtered results and the SNRs of different filtering methods.Fig. 3. Simulation of the NO2 gas absorption spectra of the two filtering algorithms (under the background of Non-Gaussian noise), and the filtered results of different filtering methods.结论ConclusionAn improved Savitzky–Golay (S–G) filtering algorithm was developed to denoise the absorption spectroscopy of nitrogen oxide (NO2). A deep learning (DL) network was introduced to the traditional S–G filtering algorithm to adjust the window size and polynomial order in real time. The self-adjusting and follow-up actions of DL network can effectively solve the blindness of selecting the input filter parameters in digital signal processing. The developed adaptive S–G filter algorithm is compared with the multisignal averaging filtering (MAF) algorithm to demonstrate its performance. The optimized S–G filtering algorithm is used to detect NO2 in a mid-quantum-cascade-laser (QCL) based gas sensor system. A sensitivity enhancement factor of 5 is obtained, indicating that the newly developed algorithm can generate a high-quality gas absorption spectrum for applications such as atmospheric environmental monitoring and exhaled breath detection.在这项研究中，我们开发了一种改进的Savitzky-Golay（S-G）滤波算法，用于去噪氮氧化物（NO2）的吸收光谱。我们引入了深度学习（DL）网络到传统的S-G滤波算法中，以实时调整窗口大小和多项式阶数。DL网络的自适应和跟踪反馈能够有效解决数字信号处理中选择输入滤波器参数的盲目性。我们将优化后的自适应S-G滤波算法与多信号平均滤波（MAF）算法进行比较，以展示其性能。优化后的S-G滤波算法被用于检测氮氧化物在基于中量子级联激光器（QCL）的气体传感器系统中的应用。实验结果表明，该算法获得了5倍的灵敏度增强，表明新开发的算法可以生成高质量的气体吸收光谱，适用于大气环境监测和呼吸气检测等应用。reference参考来源：Optimized adaptive Savitzky-Golay filtering algorithm based on deeplearning network for absorption spectroscopy,Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 263 (2021) 120187

2000亿贴息贷款政策点燃了整个十月的仪器采购市场，数十个高校发布了采购意向，预算动辄过亿。本文汇总了本轮采购潮中光学显微镜的情况，供相关从业者参考。据不完全统计，本轮高校仪器采购意向，共有255项光学显微镜采购及相关项目，涉及30所高校，累计金额约15.3亿元（含少数整体采购项目中的其他仪器）。技术难度高、单台货值高的高端光学显微镜在本轮采购中成为“常见”需求货物。对255项采购意向进行梳理分析发现，共聚焦显微镜63台/套，预算约3亿元，其中双光子显微镜13台/套；超分辨显微镜27台/套，占比约1/10，预算约1.5亿，上述类别显微镜统计有重叠。光片显微镜13台/套，预算约8000万。以光学显微镜意向采购数量将29所高校排序，中山大学以70台/套居首，前五分别是中山大学（预算2亿元）、浙江大学（25台/套，预算1.17亿）、华南理工大学（22台/套，预算1.13亿元）、南京农业大学（20台/套，预算4976万）、清华大学（18台/套，预算7286万）。附表：各高校光学显微镜采购详情列表采购单位项目名称预算金额(万元)预计采购时间查看北京大学双光子扫描光遗传学显微镜500Nov-22意向原文北京大学多功能共聚焦显微拉曼成像系统300Dec-22意向原文北京大学多功能共聚焦显微拉曼成像系统298Dec-22意向原文北京理工大学压电力显微镜180Nov-22意向原文北京理工大学激光共聚焦荧光显微镜200Nov-22意向原文北京理工大学分析测试中心原位微区气氛系统采购项目290Dec-22意向原文北京理工大学分析测试中心冷冻传输系统和冷冻传输样品杆采购项目320Dec-22意向原文北京理工大学多功能超高分辨荧光分析与激光共聚焦系统970Nov-22意向原文北京师范大学珠海校区高分辨共聚焦拉曼成像系统采购项目476.93Dec-22意向原文北京师范大学正置荧光显微镜采购项目105Nov-22意向原文北京师范大学光片荧光显微镜采购项目580Nov-22意向原文复旦大学转盘式激光共聚焦显微镜675Dec-22意向原文复旦大学原位催化型XPS互联高空间分辨表征系统540Dec-22意向原文复旦大学复杂结构解析及电热功能原位分析高通量-高分辨表征平台580Dec-22意向原文复旦大学超高分辨率活细胞三维长时程成像系统877.5Dec-22意向原文复旦大学材料加工-原位加热-结构表征双束多功能综合平台360Dec-22意向原文广东农工商职业技术学院广东农工商职业技术学院化学品智能安全管理与实验教学中心设备建设项目372.9Nov-22意向原文哈尔滨工程大学全通道激光共聚焦显微镜800Dec-22意向原文哈尔滨工程大学傅里叶红外光谱/红外显微镜400Nov-22意向原文哈尔滨工程大学单光子计数共聚焦显微镜1500Nov-22意向原文哈尔滨工业大学离子/电子双束系统1400Nov-22意向原文哈尔滨工业大学多场耦合原位微纳米力学可视化测试系统1350Nov-22意向原文华北电力大学新能源高效转换与特性研究4400Dec-22意向原文华北电力大学新能源发电国家工程研究中心平台建设与设备更新4000Dec-22意向原文华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室仪器设备升级更新项目7241.55Dec-22意向原文华北电力大学水利工程学科科学研究706.6Dec-22意向原文华北电力大学清洁高效燃煤发电关键技术与装备集成攻关大平台4272.25Dec-22意向原文华北电力大学氢能科学与工程学科及高水平科研平台建设5036.5Dec-22意向原文华北电力大学国家储能技术产教融合创新平台5000Dec-22意向原文华北电力大学电能转换与智慧用电教育部工程研究中心实验平台建设1889.4Dec-22意向原文华北电力大学材料科学与工程教学实验室规划、改造与建设630Nov-22意向原文华北电力大学（保定）光伏制储氢发电一体化技术研究平台340Nov-22意向原文华北电力大学（保定）多元多相燃料高效清洁混燃研究平台建设665Dec-22意向原文华南理工大学自旋科技研究院购置激光共聚焦荧光显微镜设备项目380Nov-22意向原文华南理工大学研究级倒置显微镜系统100Nov-22意向原文华南理工大学橡胶类冷冻扫描分析系统520Nov-22意向原文华南理工大学微纳米尺度红外光谱成像系统725Nov-22意向原文华南理工大学微纳光学成像工作站557Nov-22意向原文华南理工大学双转盘激光共聚焦高内涵系统550Nov-22意向原文华南理工大学双光子激光微纳加工系统480Nov-22意向原文华南理工大学双光子激光共聚焦显微镜1000Nov-22意向原文华南理工大学双光子激光共聚焦显微镜1000Nov-22意向原文华南理工大学生物医学科学与工程学院-扫描探针及激光共聚焦成像系统600Nov-22意向原文华南理工大学生物医学科学与工程学院-超高分辨率倒置荧光显微镜320Nov-22意向原文华南理工大学扫描隧道显微镜185Nov-22意向原文华南理工大学冷冻切片传输微加工系统585Nov-22意向原文华南理工大学冷冻切片传输微加工系统585Nov-22意向原文华南理工大学多势阱光镊操控系统190Nov-22意向原文华南理工大学电子增益探测正置光学显微系统160Nov-22意向原文华南理工大学单分子成像和捕获系统530Nov-22意向原文华南理工大学超快激子扩散四维成像显微镜1050Nov-22意向原文华南理工大学超高分辨率原位动态显微成像系统575Nov-22意向原文华南理工大学STED超分辨成像系统620Nov-22意向原文华南理工大学CSU转盘式扫描高速共聚焦成像380Nov-22意向原文华南理工大学3D单分子定位显微镜260Nov-22意向原文华中科技大学转盘共聚焦显微镜450Nov-22意向原文华中科技大学智能超灵敏活细胞超分辨显微镜450Nov-22意向原文华中科技大学近红外上转化共聚焦显微镜440Nov-22意向原文华中科技大学超高分辨激光共聚焦显微镜420Nov-22意向原文华中农业大学水生动物疫病专业实验室建设项目734.62Jan-23意向原文吉林大学双束拉曼一体化显微镜联用分析系统647.85Dec-22意向原文吉林大学全自动数字玻片扫描系统280Nov-22意向原文吉林大学激光差动共焦显微镜120Nov-22意向原文吉林大学活细胞工作站320Nov-22意向原文吉林大学多功能高分辨磁光克尔显微成像系统109Dec-22意向原文吉林大学倒置荧光显微成像及显微操作系统200Nov-22意向原文吉林大学超高分辨率激光共聚焦显微镜360Nov-22意向原文吉林大学超高分辨激光共聚焦显微镜315Nov-22意向原文吉林大学超分辨共聚焦扫描显微镜368Nov-22意向原文暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院科研设备121.5Dec-22意向原文暨南大学暨南大学番禺校区药学院实验教学示范中心改善教学条件填平补缺建设项目200Dec-22意向原文暨南大学基础医学与公共卫生学院科研设备429Dec-22意向原文暨南大学光子技术研究院科研设备987.7Dec-22意向原文江南大学显微镜操作平台250Dec-22意向原文江南大学全自动3D全息无标记活细胞成像系统200Nov-22意向原文江南大学tirf全内返荧光显微镜180Jun-23意向原文兰州大学医学实验中心十人共览显微镜采购项目28Nov-22意向原文兰州大学生态学院研究级正置显微镜设备采购项目35Nov-22意向原文兰州大学生态学院基因编辑与显微注射平台设备采购项目38.6Nov-22意向原文兰州大学生态学院共聚焦扫描成像显微镜采购项目130Nov-22意向原文兰州大学生态学院倒置荧光显微镜设备采购项目22Nov-22意向原文兰州大学生命科学学院细胞、免疫及显微技术科教一体化平台-荧光相差显微成像系统采购项目126Nov-22意向原文兰州大学生命科学学院生物学野外实习科教一体化平台-农作物生长箱等设备采购项目85Nov-22意向原文兰州大学兰州大学中长期贷款项目投资估算表-拔尖创新人才培养平台60Nov-22意向原文兰州大学兰州大学生命科学学院红外相机等采购19.48Nov-22意向原文兰州大学兰州大学草地农业科技学院显微数码互动系统采购108Nov-22意向原文兰州大学基础医学院显微数码互动教学实验室采购项目192Nov-22意向原文兰州大学基础医学院显微数码互动教学实验室采购项目144Nov-22意向原文兰州大学基础医学院双光子激光共聚焦成像系统设备采购项目500Nov-22意向原文兰州大学核科学与技术学院+核材料制备装置120Dec-22意向原文兰州大学草业科学国家级实验教学示范中心一流草学人才培养平台建设项目43Nov-22意向原文南京大学高倍显微镜260Nov-22意向原文南京大学多功能可控环境扫描探针显微镜300Nov-22意向原文南京农业大学植物保护学院教学中心仪器设备采购项目680Nov-22意向原文南京农业大学荧光倒置显微镜48Nov-22意向原文南京农业大学眼科手术显微镜20Nov-22意向原文南京农业大学显微镜5Nov-22意向原文南京农业大学体视显微镜26Nov-22意向原文南京农业大学双光子激光共聚焦显微镜680Nov-22意向原文南京农业大学受激发射损耗显微镜620Nov-22意向原文南京农业大学生命科学学院植物生理实训平台采购项目45Nov-22意向原文南京农业大学人文与社会发展学院生物显微镜100Dec-22意向原文南京农业大学人文与社会发展学院金相显微镜100Dec-22意向原文南京农业大学全内反射荧光显微镜175Nov-22意向原文南京农业大学免疫荧光显微系统60Nov-22意向原文南京农业大学教务处、国家级实验教学中心显微互动系统采购项目383.7Nov-22意向原文南京农业大学激光片层扫描显微系统410Nov-22意向原文南京农业大学光电联用激光共聚焦显微镜400Nov-22意向原文南京农业大学高级正置显微镜（含成像系统）5Nov-22意向原文南京农业大学高光谱显微镜--显微平台220Nov-22意向原文南京农业大学动物科技学院显微镜等仪器采购项目248.9Nov-22意向原文南京农业大学动物科技学院显微操作系统等仪器采购项目249.66Nov-22意向原文南京农业大学Spinning disk激光共聚焦荧光显微镜500Nov-22意向原文南开大学激光共聚焦显微镜210Dec-22意向原文南开大学超分辨共聚焦显微镜468Dec-22意向原文清华大学智能超灵敏活细胞超分辨显微镜480Nov-22意向原文清华大学正置全样品双超分共振快速成像系统350Nov-22意向原文清华大学原位冷冻超分辨激光共聚焦系统400Nov-22意向原文清华大学连续光谱激光共聚焦显微镜650Nov-22意向原文清华大学快速超高分辨激光共聚焦显微镜450Nov-22意向原文清华大学激光共聚焦显微镜（更正）490Nov-22意向原文清华大学基于高通量成像筛选设备150Nov-22意向原文清华大学活细胞晶格激光片层扫描显微镜830Nov-22意向原文清华大学高通量切片扫描成像系统206Nov-22意向原文清华大学高通量快速转盘共聚焦成像分析系统350Nov-22意向原文清华大学高速双光子显微镜220Nov-22意向原文清华大学高分辨在体双光子激光扫描共聚焦成像系统680Nov-22意向原文清华大学高分辨率激光片层扫描显微成像系统490Nov-22意向原文清华大学高分辨率光片系统470Nov-22意向原文清华大学大组织样本激光片层扫描显微镜430Nov-22意向原文清华大学材料特征微区原位拉伸形貌分析仪150Nov-22意向原文清华大学白激光共聚焦显微镜490Nov-22意向原文山东大学自动活细胞成像系统180Nov-22意向原文山东大学显微高速摄像系统190Dec-22意向原文山东大学显微操作系统、倒置显微镜160Nov-22意向原文山东大学微流场测试系统190Dec-22意向原文山东大学激光扫描共聚焦显微镜195Dec-22意向原文山东大学光片显微成像系统580Nov-22意向原文山东大学单细胞荧光扫描显微镜120Dec-22意向原文山东大学表面共振显微镜400Nov-22意向原文山东大学FRET显微镜测定分析系统155Nov-22意向原文武汉大学显微成像光谱系统150Dec-22意向原文西安电子科技大学白激光共聚焦系统410Nov-22意向原文西北农林科技大学未来农业研究院平台建设项目1815Nov-22意向原文西北农林科技大学家畜生物学国家重点实验室培育建设项目2097.76Nov-22意向原文西南交通大学西南交通大学轨道结构材料响应细微观表征分析平台采购120Nov-22意向原文西南交通大学西南交通大学复杂环境路面材料耐久性能测试系统采购177Nov-22意向原文西南交通大学西南交通大学分析测试中心测试能力提升建设项目采购120Oct-22意向原文浙江大学自适应照明STED超高分辨显微镜1150Nov-22意向原文浙江大学智能超灵敏活细胞超分辨显微镜430Nov-22意向原文浙江大学线扫描激光共聚焦显微镜450Nov-22意向原文浙江大学微结构加工与成像系统138Oct-22意向原文浙江大学四轴光片显微成像系统480Nov-22意向原文浙江大学双光子显微镜系统300Nov-22意向原文浙江大学双光子显微镜530Nov-22意向原文浙江大学数码生物显微镜185.6Nov-22意向原文浙江大学全自动数字切片扫描仪220Dec-22意向原文浙江大学全光谱高分辨激光共聚焦成像系统500Nov-22意向原文浙江大学全功能扫描光电化学显微镜210Nov-22意向原文浙江大学全玻片高分辨数字扫描系统280Nov-22意向原文浙江大学晶格光片显微成像系统780Nov-22意向原文浙江大学激光共聚焦显微镜350Dec-22意向原文浙江大学活细胞转盘式共聚焦显微镜660Nov-22意向原文浙江大学共聚焦激光扫描显微镜315Nov-22意向原文浙江大学共聚焦激光扫描显微镜520Nov-22意向原文浙江大学高分辨全视野三维组织成像系统150Nov-22意向原文浙江大学高分辨激光共聚焦显微镜280Nov-22意向原文浙江大学多维度单分子超分辨表征系统600Nov-22意向原文浙江大学多维度单分子超分辨表征系统1214.65Nov-22意向原文浙江大学多功能化学成像系统1050Nov-22意向原文浙江大学单分子时间分辨共聚焦荧光显微系统（已有显微镜光谱系统更新）150Nov-22意向原文浙江大学超高分辨激光共聚焦显微镜520Dec-22意向原文浙江大学表面等离子体共振显微镜300Nov-22意向原文中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心高通量脑切片成像系统230Nov-22意向原文中国科学院宁波材料技术与工程研究所多光子共聚焦显微镜350Dec-22意向原文中国农业科学院蔬菜花卉研究所中国农业科学院蔬菜花卉研究所国家蔬菜种质资源中期库建设项目122Nov-22意向原文中国药科大学中国药科大学光片显微成像系统项目600Nov-22意向原文中国药科大学中国药科大学共聚焦显微镜项目500Nov-22意向原文中国药科大学中国药科大学超高分辨率激光共聚焦项目560Nov-22意向原文中国医学科学院病原生物学研究所开办费实验室设备购置第二包322.18Nov-22意向原文中华人民共和国济南机场海关口岸检疫查验能力提升项目20.5Nov-22意向原文中南大学中南大学医学精准诊断实验平台、高端医学影像实验平台、医学智能计算实验平台建设采购项目3000Nov-22意向原文中南大学中南大学湘雅医学院形态学平台科研设备采购项目18053Nov-22意向原文中南大学中南大学高水平公共卫生学院建设采购项目6600Nov-22意向原文中山大学自动换液成像培养设备680Dec-22意向原文中山大学中山医学院转盘共聚焦显微镜（倒置型）采购495Nov-22意向原文中山大学中山医学院在体双光子显微成像系统采购600Nov-22意向原文中山大学中山医学院荧光显微镜采购150Nov-22意向原文中山大学中山医学院荧光显微镜(3台）采购105Nov-22意向原文中山大学中山医学院荧光显微镜（2台)采购150Nov-22意向原文中山大学中山医学院数字化组织原位多组学分析系统采购450Nov-22意向原文中山大学中山医学院数控剪切流活细胞自动分析系统采购240Nov-22意向原文中山大学中山医学院实时无标记电阻细胞分析仪采购250Nov-22意向原文中山大学中山医学院全自动玻片扫描系统采购250Nov-22意向原文中山大学中山医学院晶格层光显微成像系统采购800Nov-22意向原文中山大学中山医学院激光共聚焦显微镜（正置型）采购320Nov-22意向原文中山大学中山医学院激光共聚焦显微镜（正置型）采购420Nov-22意向原文中山大学中山医学院激光共聚焦显微镜（全光谱）采购415Nov-22意向原文中山大学中山医学院高通量活细胞功能分析系统采购200Nov-22意向原文中山大学中山医学院高通量共聚焦活细胞成像系统采购490Nov-22意向原文中山大学中山医学院高分辨率荧光成像系统（正置型）采购120Nov-22意向原文中山大学中山医学院高分辨率荧光成像系统（倒置型）采购120Nov-22意向原文中山大学中山医学院高分辨率激光共聚焦显微镜（正置型)采购480Nov-22意向原文中山大学中山医学院高分辨率激光共聚焦显微镜（倒置型)采购480Nov-22意向原文中山大学中山医学院多维活细胞灌流成像系统采购120Nov-22意向原文中山大学中山医学院多光谱组织成像分析系统采购400Nov-22意向原文中山大学中山医学院倒置显微镜（2台）采购100Nov-22意向原文中山大学中山医学院大组织样本光片显微镜采购435Nov-22意向原文中山大学中山医学院超分辨率显微镜采购720Nov-22意向原文中山大学中山大学科研设备更新改造专项-切片扫描系统采购168Jun-23意向原文中山大学中山大学科研设备更新改造专项-活细胞功能分析系统采购190Jun-23意向原文中山大学中山大学科研设备更新改造专项-化学发光成像系统采购40Jun-23意向原文中山大学荧光斑点分析仪ELISPOT85Dec-22意向原文中山大学一体化荧光显微成像系统270Dec-22意向原文中山大学液体闪烁计数器90Dec-22意向原文中山大学药学院激光共聚焦显微镜233.7Nov-22意向原文中山大学显微注射系统55Dec-22意向原文中山大学显微注射系统85Jun-23意向原文中山大学先进能源学院荧光显微镜采购项目120Nov-22意向原文中山大学先进能源学院 扫描电化学显微镜130Nov-22意向原文中山大学细胞荧光成像系统90Jun-23意向原文中山大学细胞无损实时监测系统100Dec-22意向原文中山大学生物医学工程学院激光共聚焦显微镜（正置型)采购项目275Nov-22意向原文中山大学生命科学学院全自动数字玻片扫描系统采购项目210Nov-22意向原文中山大学生命科学学院晶格层光显微镜采购项目980Nov-22意向原文中山大学全自动细胞荧光显微成像90Dec-22意向原文中山大学全自动外泌体提取纯化系统60Dec-22意向原文中山大学全自动活细胞荧光成像系统75Dec-22意向原文中山大学全自动高分辨快速成像系统采购152Nov-22意向原文中山大学全光谱成像及组织微环境定量分析系统440Jun-23意向原文中山大学脑片膜片钳系统（含钙成像）195Jun-23意向原文中山大学膜蛋白结晶工作站150Dec-22意向原文中山大学明场玻片扫描系统50Jun-23意向原文中山大学理学院聚焦离子束-电子束系统采购项目925Nov-22意向原文中山大学昆虫自动监测系统采购120Nov-22意向原文中山大学集成电路学院金相显微镜采购80Nov-22意向原文中山大学集成电路学院高精度光学显微镜采购84Nov-22意向原文中山大学集成电路学院操作显微镜采购12Nov-22意向原文中山大学激光共聚焦显微镜采购260Nov-22意向原文中山大学激光共聚焦显微镜260Dec-22意向原文中山大学激光共聚焦显微镜700Nov-22意向原文中山大学化学学院压电力显微镜采购项目300Mar-23意向原文中山大学化学学院形状测量激光显微系统采购项目120Feb-23意向原文中山大学化学学院扫描俄歇纳米探针采购项目750Nov-22意向原文中山大学化学学院多功能显微发光光谱测试系统采购项目150Dec-22意向原文中山大学共聚焦显微镜采购182Nov-22意向原文中山大学高内涵成像分析系统400Dec-22意向原文中山大学高分辨率激光共聚焦显微镜580Dec-22意向原文中山大学多功能激光成像仪220Dec-22意向原文中山大学超声波扫描显微镜采购项目141Nov-22意向原文中山大学超景深视频显微镜70Dec-22意向原文中山大学超高分辨率激光共聚焦显微镜500Nov-22意向原文中山大学超分辨率显微镜650Dec-22意向原文中山大学测试中心显微微区荧光寿命成像系统采购项目98Nov-22意向原文

自然界中一些最基本的过程发生在微观尺度上，远远超出了我们肉眼所能看到的极限，这推动了技术的发展，使我们能够超越这个极限。早在公元4世纪，人们发现了光学透镜的基本概念，并在13世纪，人们已经在使用玻璃镜片，以提高他们的视力和放大植物和昆虫等对象以便更好地了解他们。随着时间的推移，这些简单的放大镜发展成为先进的光学系统，被称为光学显微镜，使我们能够看到和理解超越我们感知极限的微观世界。今天，光学显微镜是许多科学和技术领域的核心技术，包括生命科学、生物学、材料科学、纳米技术、工业检测、法医学等等。在这篇文章中，我们将首先探讨光学显微镜的基本工作原理。在此基础上，我们将讨论当今常用的一些更高级的光学显微镜形式，并比较它们在不同应用中的优缺点。　　　　什么是光学显微镜?　　光学显微镜用于通过提供它们如何与可见光相互作用(例如，它们的吸收、反射和散射)的放大图像来使小结构样品可见。这有助于了解样品的外观和组成，但也使我们能够看到微观世界的过程，例如物质如何跨细胞膜扩散。　　显微镜的部件以及光学显微镜的工作原理　　从根本上说，显微镜包括两个子系统：一个用于照亮样品的照明系统和一个成像系统，该系统产生与样品相互作用的光的放大图像，然后可以通过眼睛或使用相机系统进行观察。　　早期的显微镜使用包含阳光的照明系统，阳光通过镜子收集并反射到样品上。今天，大多数显微镜使用人造光源，如灯泡、发光二极管(LED)或激光器来制造更可靠和可控的照明系统，可以根据给定的应用进行定制。在这些系统中，通常使用聚光透镜收集来自光源的光，然后在聚焦到样品上之前对其进行整形和光学过滤。塑造光线对于实现高分辨率和对比度至关重要，通常包括控制被照亮的样品区域和光线照射到它的角度。照明光的光学过滤，使用修改其光谱和偏振的光学过滤器，可用于突出样品的某些特征。图1：复合显微镜的基本构造：来自光源的光使用镜子和聚光镜聚焦到样品(物体)上。来自样品的光被物镜收集，形成中间图像，该图像由目镜再次成像并传递到眼睛，眼睛看到样品的放大图像。　　成像系统收集与样品相互作用的照明光，并产生可以查看的放大图像(如上图1)。这是使用两组主要的光学元件来实现的：首先，物镜从样品中收集尽可能多的光，其次，目镜将收集的光中传递到观察者的眼睛或相机系统。成像系统还可包括诸如选择来自样品的光的某些部分的孔和滤光器之类的元件，例如仅看到已从样品散射的光，或仅看到特定颜色或波长的光。与照明系统的情况一样，这种类型的过滤对于挑出某些感兴趣的特征非常有用，这些特征在对来自样本的所有光进行成像时会保持隐藏。　　总的来说，照明和成像系统在光学显微镜的性能方面起着关键作用。为了在您的应用中充分利用光学显微镜，必须充分了解基本光学显微镜的工作原理以及当今存在的变化。　　简单复合显微镜　　单个镜头可以用作放大镜，当它靠近镜头时，它会增加物体的外观尺寸。透过放大镜看物体，我们看到物体的放大和虚像。这种效果用于简单的显微镜，它由单个镜头组成，该镜头对夹在框架中并从下方照明的样品进行成像，如下图2所示。这种类型的显微镜通常可以实现2-6倍的放大倍率，这足以研究相对较大的样本。然而，实现更高的放大倍率和更好的图像质量需要使用更多的光学元件，这导致了复合显微镜的发展(如下图3)。图2：通过创建靠近它的物体的放大虚拟图像，将单个镜头用作放大镜。图3：左：简单显微镜。右：复合显微镜。　　在复合显微镜中，从底部照射样品以观察透射光，或从顶部照射样品以观察反射光。来自样品的光由一个由两个主要透镜组组成的光学系统收集：物镜和目镜，它们各自的功率倍增，以实现比简单显微镜更高的放大倍率。物镜收集来自样品的光，通常放大倍数为40-100倍。一些复合显微镜在称为“换镜转盘(nose piece)”的旋转转台上配备多个物镜，允许用户在不同的放大倍数之间进行选择。来自物镜的图像被目镜拾取，它再次放大图像并将其传递给用户的眼睛，典型的目镜放大率为10倍。　　可以用标准光学显微镜观察到的最小特征尺寸由所使用的光学波长(λ)和显微镜物镜的分辨率决定，由其孔径数值(NA)定义，最大值为NA =1空中目标。定义可区分的最小特征尺寸(r)的分辨率极限由瑞利准则给出：　　r=0.61×(λ/NA)　　例如，使用波长为550nm的绿光和典型NA为0.7的物镜，标准光学显微镜可以分辨低至0.61×(550nm)/0.7≈480nm的特征，这足以观察细胞(通常为10µm大小)，但不足以观察较小生物的细节，例如病毒(通常为250-400nm)。要对更小的特征成像，可以使用具有更高NA和更短波长的更先进和更昂贵的物镜，但这可能不适用于所有应用。　　在标准复合显微镜(如下图4a)中，样品(通常在载玻片上)被固定在一个可以手动或电子移动以获得更高精度的载物台上，照明系统位于显微镜的下部，而成像系统高于样本。然而，显微镜主体通常也可以适应特定用途。例如，立体显微镜(如下图4b)的特点是两个目镜相互成一个小角度，让用户可以看到一个略有立体感的图像。在许多生物学应用中，使用倒置显微镜设计(如下图4c)，其中照明系统和成像光学器件都在样品台下方，以便于将细胞培养容器等放置在样品台上。最后，比较显微镜(如下图4d)常用于法医。图4：复合显微镜。a)标准直立显微镜指示(1)目镜，(2)物镜转台、左轮手枪或旋转鼻镜(用于固定多个物镜)，(3)物镜、调焦旋钮(用于移动载物台)(4)粗调，(5)微调，(6)载物台(固定样品)，(7)光源(灯或镜子)，(8)光阑和聚光镜，(9)机械载物台。b)立体显微镜。c)倒置显微镜。　　光学显微镜的类型　　下面，我们将介绍一些当今可用的不同类型的光学显微镜技术，讨论它们的主要操作原理以及每种技术的优缺点。　　亮视野显微镜　　亮视野显微镜(Brightfield microscopy，BFM)是最简单的光学显微镜形式，从上方或下方照射样品，收集透射或反射的光以形成可以查看的图像。图像中的对比度和颜色是因为吸收和反射在样品区域内变化而形成的。BFM是第一种开发的光学显微镜，它使用相对简单的光学装置，使早期科学家能够研究传输中的微生物和细胞。今天，它对于相同的目的仍然非常有用，并且还广泛用于研究其他部分透明的样品，例如透射模式下的薄材料(如下图5)，或反射模式下的微电子和其他小结构。图5：亮视野显微镜。左图：透射模式-在显微镜下看到的石墨(深灰色)和石墨烯(最浅灰色)薄片。在这里，图像上看到的亮度差异与石墨层的厚度成正比。右图：反射模式-SiO2表面上的石墨烯和石墨薄片，小的表面污染物也是可见的。　　暗视野显微镜　　暗视野显微镜是一种仅收集被样品散射的光的技术。这是通过添加阻挡照明光直接成像的孔来实现的，这样只能看到被样品散射的照明光。通过这种方式，暗场显微镜突出显示散射光的小结构(如下图6)，并且对于揭示BFM中不可见的特征非常有用，而无需以任何方式修改样品。然而，由于在最终图像中看到的唯一光是被散射的光，因此暗场图像可能非常暗并且需要高照明功率，这可能会损坏样品。　　图6：亮视野和暗视野成像。a)亮视野照明下的聚合物微结构。b)与a)中结构相同的暗视野图像，突出显示边缘散射和表面污染。c)与a)和b)相似的结构，被直径为100-300nm的纳米晶体覆盖。仅观察到纳米晶体散射的光，而背景光被强烈抑制。　　相差显微镜　　相差显微技术(Brightfield microscopy，PCM)是一种可视化由样品光路长度变化引起的光学相位变化的技术.这可以对在BFM中产生很少或没有对比度的透明样品进行成像，例如细胞(如下图7)。由于肉眼不易观察到光学相移，因此相差显微镜需要额外的光学组件，将样品引起的相移转换为最终图像中可见的亮度变化。这需要使用孔径和滤光片来操纵照明系统和成像系统。这些形状和选择性地相移来自样品的光(携带感兴趣的相位信息)和照明光，以便它们建设性地干涉眼睛或检测器以创建可见图像。图7：人类胚胎干细胞群落的相差显微图像。　　微分干涉显微镜　　与PCM类似，微分干涉显微镜(differential interference contrast microscopy，DICM)通过将由于样品光路长度变化引起的光学相位转换为可见对比度，从而使透明样品(例如活的未染色细胞)可视化。然而，与PCM相比，DICM可以实现更高分辨率的图像，并且减少了由PCM所需的光学器件引入的清晰度和图像伪影。在DICM ，照明光束被线性偏振器偏振，其偏振旋转，使其分裂成两个偏振光束，它们具有垂直偏振和小(通常低于1µm)间隔。穿过样品后，两束光束重新组合，从而相互干扰。这将创建一个对比度与图像成正比的图像差在两个偏振光束之间的光相位，因此命名为“差”干涉显微镜。DICM产生的图像出现与采样光束之间的位移方向相关的三维图像，这导致样品边缘具有亮区或暗区，具体取决于两者之间的光学相位差的符号(如下图8)。图8：微分干涉对比显微镜。左：DICM的原理图。右图：通过DICM成像的活体成年秀丽隐杆线虫(C.elegans)。　　偏光显微镜　　在偏振光显微镜中，样品用偏振光照射，光的检测也对偏振敏感。为了实现这一点，偏振器用于控制照明光偏振并将成像系统检测到的偏振限制为仅一种特定的偏振。通常，照明和检测偏振设置为垂直，以便强烈抑制不与样品相互作用的不需要的背景照明光。这种配置需要一个双折射样品，它引入了照明光偏振角的旋转，以便它可以被成像系统检测到，例如，观察晶体的双折射以及它们的厚度和折射率的变化(如下图9)。图9：偏光显微镜。橄榄石堆积物的显微照片，由具有不同双折射的晶体堆积而成。整个样品的厚度和折射率的变化会导致不同的颜色。　　荧光显微镜　　荧光显微镜用于对发出荧光的样品进行成像，也就是说，当用较短波长的光照射时，它们会发出长波长的光。示例包括固有荧光或已用荧光标记物标记的生物样品，以及单分子和其他纳米级荧光团。该技术采用了滤光片的组合，可阻挡短波长照明光，但让较长波长的样品荧光通过，因此最终图像仅显示样品的荧光部分(如下图10)。这允许从由许多其他非荧光颗粒组成的样品中挑出和可视化荧光颗粒或已被染料染色的感兴趣细胞的分布。同时，荧光显微镜还可以通过标记小于此限制的粒子来克服传统光学显微镜的分辨率限制。例如，可以用荧光标记标记病毒以显示其位置在生物样品的情况下，可以表达荧光蛋白，例如绿色荧光蛋白。结合各种新颖形式的样品照明，荧光显微镜的这一优势实现了“超分辨率”显微镜技术，打破了传统光学显微镜的分辨率限制。荧光显微镜的主要限制之一是光漂白，其中标记物或颗粒停止发出荧光，因为吸收照明光的过程最终会改变它们的结构，使它们不再发光。图10：荧光显微镜。左：工作原理-照明光由短通激发滤光片过滤，并由二向色镜反射到样品。来自样品的荧光通过二向色镜，并被发射滤光片额外过滤以去除图像中残留的激发光。右图：有机晶体中分子的荧光图像(晶体轮廓显示为黄色虚线)。由于来自其他分子和晶体材料的荧光，背景并不完全黑暗。　　免疫荧光显微镜　　免疫荧光显微镜是主要用于在微生物的细胞内的生物分子可视化的位置荧光显微镜的具体变化。在这里，用荧光标记物标记或固有荧光的抗体与感兴趣的生物分子结合，揭示它们的位置。(如下图11)图11：免疫荧光显微镜。肌动蛋白丝(紫色)、微管(黄色)和细胞核(绿色)的免疫荧光标记的两个间期细胞。　　共聚焦显微镜　　共聚焦显微镜是一种显微镜技术，它可以逐点成像来自样品的散射或荧光。不是一次对整个样品进行照明和成像，而是在样品区域上扫描源自点状光源的照明点，敏感检测器仅检测来自该点的光，从而产生2D图像。这种方法允许以高分辨率对弱信号样本进行成像，因为来自采样点之外的不需要的背景信号被有效抑制。在这里，所使用的波长和物镜在所有三个维度上都限制了成像光斑的大小。这允许通过将物镜移动到距样品不同的距离，在样品内的不同深度处制作2D图像。然后可以组合这些2D图像“切片”以创建样本的3D图像，这是所讨论的其他宽视场显微镜技术无法实现的，并且还允许以3D方式测量样品尺寸。这些优势的代价是无法一次性拍摄图像，而是必须逐点构建图像，这可能非常耗时并阻碍样本的实时成像(如下图12)。图12：单分子荧光的共聚焦荧光图像。小点对应于单个分子的荧光，而较大的点对应于分子簇。此处的荧光背景比简单的荧光显微镜图像弱得多，如亮点之间的暗区所见。　　双光子显微镜　　双光子显微镜(Two-photonmicroscopy，TPM)是荧光显微镜的一种变体，它使用双光子吸收来激发荧光，而不是单光子激发。在这里，通过吸收两个光子的组合来激发荧光，其能量大约是单个光子激发所需能量的一半。例如，在该方案中，通常由单个蓝色光子激发的荧光团可以被两个近红外光子激发。在TPM中，图像是逐点建立的，就像在共聚焦显微镜中一样，也就是说，双光子激发点在样品上扫描，样品荧光由灵敏的检测器检测。与传统荧光显微镜相比，激发和荧光能量的巨大差异导致了多重优势：首先，它允许使用更长的激发波长，在样品内散射较少，因此穿透更深，以允许在其表面下方对样品进行成像并创建3D样品图像。同时，由于激发能量低得多，光漂白大大减少，这对易碎样品很有用。激发点周围的荧光背景也大大减少，因为有效的双光子吸收仅发生在激发光束的焦点处，因此可以观察到来自样品小部分的荧光(如下图13)。　　TPM的一个缺点是双光子吸收的概率远低于单光子吸收，因此需要高强度照明，如脉冲激光，才能达到实用的荧光信号强度。图13：双光子显微镜。花粉的薄光学切片，显示荧光主要来自外层。　　光片显微镜　　光片显微技术是荧光显微术的一种形式，其中样品被垂直于观察方向的薄“片”光照射，从而仅对样品的薄切片(通常为几微米)进行成像。通过在样品在光片中旋转的同时拍摄一系列图像，可以形成3D图像。这要求样品大部分是透明的，这就是为什么这种技术通常用于形成小型透明生物结构的3D图像，例如细胞、胚胎和生物体。(如下图14)图14：光片显微镜。左：工作原理。右：通过荧光成像用光片显微镜拍摄的小鼠大脑的荧光图像。　　全内反射荧光显微镜　　全内反射荧光(Totalinternal reflection fluorescence microscopy ，TIRF)是一种荧光显微技术，可通过极薄(约100nm厚)的样品切片制作2D荧光图像。这是通过照明光的渐逝场激发样品的荧光来实现的，当它在两种不同折射率(n)的材料之间的边界处经历全内反射时就会发生这种情况。消逝场具有与照明光相同的波长，但与界面紧密结合。在TIRF显微镜中，激发光通常在载玻片(n=1.52)和样品分散的水介质(n=1.35)之间的界面处发生全内反射。渐逝场的强度随距离呈指数下降来自界面，这样在最终图像中只能观察到靠近界面的荧光团。这也导致来自切片外区域的荧光背景的强烈抑制，这允许拾取微弱的荧光信号，例如在定位单个分子时。这使得TIRF非常适用于观察参与细胞间相互作用的荧光蛋白(如下图15)的微弱信号，但也需要将样品分散在水性介质中，这可能会限制可以测量的样品类型。图15：TIRF图像显示培养的视网膜色素上皮细胞中的蛋白质荧光。每个像素对应67nm。　　膨胀显微镜　　膨胀显微镜背后的基本概念是增加通常需要高分辨率显微镜的样品尺寸，以便可以使用标准显微镜技术(尤其是荧光显微镜)对其进行成像。这适用于保存的标本，例如生物分子、细胞、细菌和组织切片，可以使用下图16中所示的化学过程在所有维度(各向同性)均匀扩展多达50倍。扩展样本可以隔离感兴趣的个别特征通常是隐藏的，可以使它们透明，从而可以对它们的内部进行成像。图16：膨胀显微镜的样品制备。细胞首先被染色，然后连接到聚合物凝胶基质上。然后细胞结构本身被溶解(消化)，使染色的部分随着凝胶各向同性地膨胀，从而使染色的结构更详细地成像。　　光学显微镜中的卷积　　除了使光学系统适应特定用例之外，现代光学显微镜还利用了数字图像处理，例如图像去卷积。该技术通过补偿光学系统本身固有的模糊，可以提高空间分辨率以及光学显微镜拍摄图像的定位精度。这种模糊可以在校准步骤中测量，然后可以用于对图像进行去卷积，从而减少模糊。通过将高性能光学元件与先进的图像处理相结合，数字显微镜可以突破分辨率的极限，以更深入地观察微观世界。(如下图17)图17：图像解卷积。左：原始荧光图像。右：解卷积后的图像，显示细节增加。　　光学显微镜与电子显微镜　　光学显微术通常使用可见光谱中的光波长，由于瑞利准则，其空间分辨率固有地限制为所用波长的大约一半(最多约为200nm)。然而，即使使用具有高NA和高级图像处理的物镜，也无法克服这一基本限制。相反，观察较小的结构需要使用较短波长的电磁辐射。这是电子显微镜的基本原理，其中使用电子而不是可见光照亮样品。电子具有比可见光短得多的相关波长，因此可以实现高达10000000倍的放大倍数，甚至可以分辨单个原子。(如下图18)　　图18：同心聚合物结构中纳米晶体放大15000倍的扫描电子显微镜图像，即使是细微的细节，例如基材的孔隙，也能分辨出来。　　总结与结论　　光学显微镜是一种强大的工具，可用于检查各种应用中的小样本。通过调整用于特定用例的照明和成像技术，可以获得高分辨率图像，从而深入了解样品中的微观结构和过程。文中，我们讨论了各种光学显微镜技术的特点、优势和劣势，这些技术在光线照射和收集方式上有所不同。显微镜种类优点技术限制典型应用亮视野显微镜结构相对简单，光学元件很少低对比度、完全透明的物体不能直接成像，可能需要染色对彩色或染色样品和部分透明材料进行成像暗视野显微镜显示小结构和表面粗糙度，允许对未染色样品进行成像所需的高照明功率会损坏样品，只能看到散射图像特征细胞内颗粒成像，表面检测相差显微镜实现透明样品的成像复杂的光学设置，需要的高照明功率会损坏样品，通常图像较暗跟踪细胞运动，成像幼虫微分干涉对比显微镜比PCM更高的分辨率复杂的光学设置，需要的高照明功率会损坏样品，通常图像较暗活的、未染色的细胞和纳米颗粒的高分辨率成像偏光显微镜来自样品非双折射区域的强背景抑制，允许测量样品厚度和双折射需要双折射样品成像胶原蛋白，揭示晶体中的晶界荧光显微镜允许挑出样品中的单个荧光团和特定的感兴趣区域，可以克服分辨率限制需要荧光样品和灵敏的检测器，光漂白会减弱信号成像细胞成分、单分子、蛋白质免疫荧光显微镜使用抗体靶向可视化特定的生物分子大量样品制备，需要荧光样品，光漂白识别和跟踪细胞和蛋白质共聚焦显微镜低背景信号，可以创建3D图像成像速度慢，需要复杂的光学系统3D细胞成像，荧光信号较弱的成像样品，表面分析双光子显微镜样品穿透深度、背景信号低、光漂白少成像速度慢，需要复杂的光学系统和大功率照明神经科学，深层组织成像光片显微镜图像仅样品的极薄切片，可通过旋转样品创建3D图像成像速度慢，需要复杂的光学系统细胞和生物体的3D成像全内反射荧光显微镜强大的背景抑制，极精细的垂直切片成像仅限于样品的薄区域，需要复杂的光学系统，样品需要在水介质中单分子成像，成像分子运输膨胀显微镜提高标准荧光显微镜的有效分辨率需要对样品进行化学处理，不适用于活体样品生物样品的高分辨率成像　　参考：　　1. Rochow TG, Tucker PA. A Brief History of Microscopy. In: Introduction to Microscopy by Means of Light, Electrons, X Rays, or Acoustics. Springer US 1994:1-21. doi:10.1007/978-1-4899-1513-9_1　　2. Smith WJ. Modern Optical Engineering: The Design of Optical Systems. McGraw-Hill 1990. ISBN: 0070591741　　3. Shribak M, Inoué S. Orientation-independent differential interference contrast microscopy. Collected Works of Shinya Inoue: Microscopes, Living Cells, and Dynamic Molecules. 2008 (Dic):953-962. doi:10.1142/9789812790866_0074　　4. Gao G, Jiang YW, Sun W, Wu FG. Fluorescent quantum dots for microbial imaging. Chinese Chem Lett. 2018 29(10):1475-1485. doi:10.1016/j.cclet.2018.07.004　　5. Chalfie M, Tu Y, Euskirchen G, Ward W, Prasher D. Green fluorescent protein as a marker for gene expression. Science. 1994 263(5148):802-805. doi:10.1126/science.8303295　　6. Baranov M V., Olea RA, van den Bogaart G. Chasing Uptake: Super-Resolution Microscopy in Endocytosis and Phagocytosis. 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首先介绍一下医用光学显微镜，它在很多的校园里用于教学科学研究，它的结构非常的匀称，显微镜的即体非常的稳定和刚性，整体上下是一体化结构，在电压方面，可以自我适应110伏特-220伏特的电压，无限远无应力物镜，提供像质更好，它能够提供给使用者非常清晰非常美观的微观世界。而且它的偏光载物台是专业的金属设置，转动、操作舒适，可以任意旋转，使用是非常方便的。　　显微镜的光学系统主要包括物镜、目镜、反光镜和聚光器四个部件。广义的说也包括照明光源、滤光器、盖玻片和载玻片等。　　（一）、物镜　　物镜是决定显微镜性能的zui重要部件，安装在物镜转换器上，接近被观察的物体，故叫做物镜或接物镜。　　1、物镜的分类　　物镜根据使用条件的不同可分为干燥物镜和浸液物镜；其中浸液物镜又可分为水浸物镜和油浸物镜（常用放大倍数为90—100倍）。　　根据放大倍数的不同可分为 低倍物镜（10倍以下）、中倍物镜（20倍左右）高倍物镜（40—65倍）。　　根据像差矫正情况，分为消色差物镜（常用，能矫正光谱中两种色光的色差的物镜）和复色差物镜（能矫正光谱中三种色光的色差的物镜，价格贵，使用少）。（所谓象差是指所成的像与原物在形状上的差别；色差是指所成的像与原物在颜色上的差别）　　（消除色差（当不同波长的光线通过透镜的时候，它们折射的方向略有不同，这导致了成像质量的下降）　　2、物镜的主要参数：　　物镜主要参数包括：放大倍数、数值孔径和工作距离。　　①、放大倍数是指眼睛看到像的大小与对应标本大小的比值。它指的是长度的比值而不是面积的比值。例：放大倍数为100×，指的是长度是1μm的标本，放大后像的长度是100μm，要是以面积计算，则放大了10,000倍。　　显微镜的总放大倍数等于物镜和目镜放大倍数的乘积。　　②、数值孔径也叫镜口率，简写N• A 或A，是物镜和聚光器的主要参数，与显微镜的分辨力成正比。干燥物镜的数值孔径为0.05-0.95，油浸物镜（香柏油）的数值孔径为1.25。　　③、工作距离是指当所观察的标本zui清楚时物镜的前端透镜下面到标本的盖玻片上面的距离。物镜的工作距离与物镜的焦距有关，物镜的焦距越长，放大倍数越低，其工作距离越长。例：10倍物镜上标有10/0.25和160/0.17，其中10为物镜的放大倍数；0.25为数值孔径；160为镜筒长度（单位mm）；0.17为盖玻片的标准厚度（单位 mm）。10倍物镜有效工作距离为6.5mm，40倍物镜有效工作距离为0.48mm 。　　3、物镜的作用是将标本作*次放大，它是决定显微镜性能的zui重要的部件——分辨力的高低。　　分辨力也叫分辨率或分辨本领。分辨力的大小是用分辨距离（所能分辨开的两个物点间的zui小距离）的数值来表示的。在明视距离（25cm）之处，正常人眼所能看清相距0.073mm的两个物点，这个0.073mm的数值，即为正常人眼的分辨距离。显微镜的分辨距离越小，即表示它的分辨力越高，也就是表示它的性能越好。　　显微镜的分辨力的大小由物镜的分辨力来决定的，而物镜的分辨力又是由它的数值孔径和照明光线的波长决定的。　　那么医用光学显微镜到底在哪些领域有所应用呢？适合电子、地质、矿产、冶金、化工和仪器仪表等行业，在这些行业领域中，用于观察透明、半透明或不透明的物资,例如金属陶瓷、集成块、印刷电路板、液晶板、薄膜、纤维、镀涂层以及其它非鑫属材料，除此之外，也适合医药、农林、*、学校、科研部门作观察分析用。透反射式矿相显微镜不仅能实时观察动态图像，还能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。透反射式矿相显微镜广泛应用于生物学、细胞学、组织学、药物化学等研究工作。如果医用光学显微镜物象不在视野中心，可移动玻片，将所要观察的部位调到视野范围内。（注意移动玻片的方向与视野物象移动的方向是相反的）。如果视野内的亮度不合适，可通过调整光圈的大小来调节，如果在调节焦距时，镜台下降已超过工作距离（5.40mm）而未见到物象，说明此次操作失败，则应重新操作，切不可心急而盲目地上升镜台。

这里是TESCAN电镜学堂第四期，将继续为大家连载《扫描电子显微镜及微区分析技术》(本书简介请至文末查看)，帮助广大电镜工作者深入了解电镜相关技术的原理、结构以及最新发展状况，将电镜在材料研究中发挥出更加优秀的性能！扫描电子显微镜主要由电子光学系统、信号收集处理系统、真空系统、图像处理显示和记录系统、样品室样品台、电源系统和计算机控制系统等组成。第一节 电子光学系统电子光学系统主要是给扫描电镜提供一定能量可控的并且有足够强度的，束斑大小可调节的，扫描范围可根据需要选择的，形状完美对称的，并且稳定的电子束。电子光学系统主要由电子枪、电磁聚光镜、光阑、扫描系统、消像散器、物镜和各类对中线圈组成，如图3-1。图3-1 SEM的电子光学系统§1. 电子枪（Electron Gun）电子枪是产生具有确定能量电子束的部件，是由阴极（灯丝）、栅极和阳极组成。灯丝主要有钨灯丝、LaB6和场发射三类。① 钨灯丝电子枪：如图3-2，灯丝是钨丝，在加热到2100K左右，电子能克服大约平均4.5eV的逸出功而逃离，钨灯丝是利用热效应来发射电子。不过钨灯丝发射电子效率比较低，要达到实用的电流密度，需要较大的钨丝发射面积，一般钨丝电子源直径为几十微米。这样大的电子源直径很难进一步提高分辨率。还有，钨灯丝亮度差、电流密度低、单色性也不好，所以钨灯丝目前最高只能达到3nm的分辨率，实际使用的放大倍数均在十万倍以下。不过由于钨灯丝价格便宜，所以钨灯丝电镜得到了广泛的应用。图3-2 钨灯丝电子枪② LaB6电子枪：要提高扫描电镜的分辨率，就要提高电子枪的亮度。而一些金属氧化物或者硼化物在加热到高温之后（1500～2000K），也能克服平均逸出功2.4eV而发射热电子，比如LaB6，曲率半径为几微米。LaB6灯丝亮度能比钨灯丝提高数倍。因此LaB6灯丝电镜有比钨灯丝更好的分辨率。除了LaB6外，类似的还有CeB6等材料。不过目前在扫描电镜领域，LaB6灯丝价格并不便宜，性能相对钨灯丝提升有限，另外就是场发射的流行，使得LaB6灯丝的使用并不多见。图3-3 LaB6电子枪② 场发射电子枪：1972年，拥有更高亮度、更小电子束直径的场发射扫描电镜（FE-SEM）实现商品化，将扫描电镜的分辨率推向了新的高度。场发射电子枪的发射体是钨单晶，并有一个极细的尖端，其曲率半径为几十纳米到100nm左右，在钨单晶的尖端加上强电场，利用量子隧道效应就能使其发射电子。图3-4为场发射电子枪的结构示意图。钨单晶为负电位，第一阳极也称取出电极，比阴极正几千伏，以吸引电子，第二阳极为零电位，以加速电子并形成10nm左右的电子源直径。图3-5为场发射电子枪的钨单晶灯丝结构，只有钨灯丝支撑的非常小的尖端为单晶。图3-4 场发射电子枪结构示意图图3-5 场发射电子枪W单晶尖端场发射电子枪又分为冷场发射和热场发射。热场发射的钨阴极需要加热到1800K左右，尖端发射面为100或111取向，单晶表面有一层氧化锆（如图3-6），以降低电子发射的功函数（约为2.7eV）。图3-6 热场发射电子枪钨单晶尖端冷场发射不需加热，室温下就能进行工作，其钨单晶为310取向，逸出功最小，利用量子隧道效应发射电子。冷场电子束直径，发射电流密度、能量扩展（单色性）都优于热场发射，所以冷场电镜在分辨率上比热场更有优势。不过冷场电镜的束流较小（一般为2nA），稳定性较差，每个几小时需要加热（Flash）一次，对需要长时间工作和大束流分析有不良影响。不过目前Hitachi最新的冷场SEM，束流已经能达到20nA，稳定性也比以往提高了很多，能够满足一些短时间EBSD采集的需要，不过对于WDS、阴极荧光等分析还不够。热场发射虽然电子束直径、能量扩展不及冷场，但是随着技术的发展，其分辨率也越来越接近冷场的水平，有的甚至还超越了冷场。特别是热场电镜束流大，稳定性好，有着非常广阔的应用范围。从各个电镜厂商对待冷场和热场的态度来看，欧美系厂商钟情于热场电镜，而日系厂商则倾向于冷场电镜。不过目前日系中的日本电子也越来越多的推出热场电镜，日立也逐步推出热场电镜，不过其性能与自家的冷场电镜相比还有较大差距。① 各种类型电子源对比：各类电子源的对比如表3-1。表3-1 不同电子源的主要参数SEM的分辨率与入射到试样上的电子束直径密切相关，电子束直径越小，分辨率越高。最小的电子束直径D的表达式为：其中D为交叉点电子束在理想情况下的最后的束斑直径，CS为球差系数、CC为色差系数、ΔV/V0为能量扩展、I为电子束流、B为电子源亮度，a为电子束张角。由此可以看出，不同类型的电子源，其亮度、单色性、原始发射直径具有较大的差异，最终导致聚焦后的电子束斑有明显的不同，从而使得不同电子源的电镜的分辨率也有如此大的差异。通常扫描电镜也根据其电子源的类型，分为钨灯丝SEM和冷场发射SEM、热场发射SEM。§2. 电磁透镜电磁透镜主要是对电子束起汇聚作用，类似光学中的凸透镜。电磁透镜主要有静电透镜和磁透镜两种。① 静电透镜一些特定形状的并成旋转对称的等电位曲面簇可以使得电子束在库仑力的作用下进行聚焦，形成这些等电位曲面簇的装置就是静电透镜，如图3-7。图3-7 静电透镜静电透镜在扫描电镜中使用相对较少。不过电子枪外的栅极和阳极之间，自然就形成了一个静电透镜。另外一些特殊型号的电镜在某些地方采用了所谓的静电透镜设计。② 磁透镜电子束在旋转对称的磁场中会受到洛伦兹力的作用，进而产生聚焦作用。能使产生这种旋转对称非均匀磁场并使得电子束聚焦成像的线圈装置，就是磁透镜，如图3-8。图3-8 磁透镜磁透镜主要有两部分组成，如图3-9。第一部分是软磁材料（如纯铁）制成的中心穿孔的柱体对称芯子，被称为极靴。第二部分是环形极靴的铜线圈，当电流通过线圈的时，极靴被磁化，并在心腔内建立磁场，对电子束产生聚焦作用。图3-9 磁透镜结构磁透镜主要包括聚光镜和物镜，靠近电子枪的透镜是聚光镜，靠近试样的是物镜，如图3-10。一般聚光镜是强励磁透镜，而物镜是弱励磁透镜。图3-10 聚光镜和物镜聚光镜的主要功能是控制电子束直径和束流大小。聚光镜电流改变时，聚光镜对电子束的聚焦能力不一样，从而造成电子束发散角不同，电子束电流密度也随之不同。然后配合光阑，可以改变电子束直径和束流的大小，如图3-11。当然，有的电镜不止一级聚光镜，也有的电镜通过改变物理光阑的大小来改变束流和束斑大小。图3-11 聚光镜改变电流密度、束斑和束流物镜的主要功能是对电子束做最终聚焦，将电子束再次缩小并聚焦到凸凹不平的试样表面上。虽然电磁透镜和凸透镜非常像似，不过电子束轨迹和光学中的光线还是有较大差别的。几何光学中的光线在过凸透镜的时候是折线；而电子束在过磁透镜的时候，由于洛伦兹力的作用，其轨迹是既旋转又折射，两种运动同时进行，如图3-12。图3-12 电子束在过磁透镜时的轨迹§3. 光阑一般聚光镜和物镜之间都有光阑，其作用是挡掉大散射角的杂散电子，避免轴外电子对焦形成不良的电子束斑，使得通过的电子都满足旁轴条件，从而提高电子束的质量，使入射到试样上的电子束直径尽可能小。电镜中的光阑和很多光学器件里面的孔径光阑或者狭缝非常类似。光阑一般大小在几十微米左右，并根据不同的需要选择不同大小的光阑。有的型号的SEM是通过改变光阑的孔径来改变束流和束斑大小。一般物镜光阑都是卡在一个物理支架上，如图3-13。图3-13 物理光阑的支架在电镜的维护中光阑的状况十分重要。如果光阑合轴不佳，那将会产生巨大的像散，引入额外的像差，导致分辨率的降低。更有甚者，图像都无法完全消除像散。另外光阑偏离也会导致电子束不能通过光阑或者部分通过光阑，从而使得电子束完全没有信号，或者信号大幅度降低，有时候通过的束斑也不能保持对称的圆形，如图3-14，从而使得电镜图像质量迅速下降。还有，物镜光阑使用时间长了还会吸附其它物质从而受到污染，光阑孔不再完美对称，从而也会引起额外的像差，信号的衰弱和图像质量的降低。图3-14 光阑偏离后遮挡电子束因此，光阑的清洁和良好的合轴，对扫描电镜的图像质量来说至关重要。光阑的对中调节目前有手动旋拧和电动马达调节两种方式。TESCAN在电镜的设计上比较有前瞻性，所有型号的电镜都采用了中间镜技术，利用电磁线圈代替了传统的物镜光阑。中间镜是电磁线圈，可以受到软件的自动控制，并且连续可调，所以TESCAN的中间镜相当于是一个孔径可以连续可变的无极孔径光阑，而且能实现很多自动功能。 §4. 扫描系统① 扫描系统扫描系统是扫描电镜中必不可少的部件，作用是使电子束偏转，使其在试样表面进行有规律的扫描，如图3-15。图3-15 扫描线圈改变电子束方向扫描系统由扫描发生器和扫描线圈组成。扫描发生器对扫描线圈发出周期性的脉冲信号，如图3-16，扫描线圈通过产生相应的电场力使得电子束进行偏转。通过对X方向和Y方向的脉冲周期不同，从而控制电子束在样品表面进行矩形的扫描运动。此外，扫描电镜的像素分辨率可由X、Y方向的周期比例进行控制；扫描的速度由脉冲频率控制；扫描范围大小由脉冲振幅进行控制；另外改变X、Y方向脉冲周期比例以及脉冲的相位关系，还可以控制电子束的扫描方向，即进行图像的旋转。图3-16 扫描发生器的脉冲信号另外，从扫描发生器对扫描线圈的脉冲信号控制就可以看出，电子束在样品表面并不是完全连续的扫描，而是像素化的逐点扫描。即在一个点驻留一个处理时间后，跳到下一个像素点。值得注意的是扫描电镜的放大率由扫描系统决定，扫描范围越大，相应的放大率越小；反之，扫描的区域越小，放大率越大。显示器观察到的图像和电子束扫描的区域相对应，SEM的放大倍数也是由电子束在试样上的扫描范围确定。① 放大率的问题有关放大率，目前不同的电镜上有不同的形式，即所谓的照片放大率和屏幕放大率，不同的厂家或行业有各自使用上的习惯，故而所用的放大率没有明确说明而显得不一样。这只是放大率的选择定义不一样而已，并不存在放大率不同的问题。首先是照片放大率。照片放大率使用较早，在数字化还不发达的年代，扫描电镜照片均是用照片冲洗出来。业内普遍用宝丽来的5英寸照片进行冲洗。所用冲洗出来的照片的实际长度除以照片对应样品区域的实际大小之间的比值，即为照片放大率。不过随着数字化的到来，扫描电镜用冲洗出来的方式进行观察已经被淘汰，扫描电镜几乎完全是采用显示器直接观察。所以此时用显示器上的长度除以样品对应区域的实际大小，即为屏幕放大率。同样的扫描区域，照片放大率和屏幕放大率会显示为不同的数值。不过不管采用何种放大倍数，在通常的图片浏览方式下，其放大率通常都不准确。对于照片放大率来说，只有将电镜图像冲印成5英寸宝丽来照片时观察，其实际放大倍数才和照片放大率一致，否则其它情况都会存在偏差；对屏幕放大率来说，只有将电镜照片在控制电镜的电脑上，按照1：1的比例进行观察时，实际放大倍数才和屏幕放大率一致。否则照片在电脑上观察时放大、缩小、或者自适应屏幕，或者照片被打印成文档、或者被投影出来、或者不同的显示器之间会有不同的像素点距，都会造成实际放大率和照片上标出的放大率不同。不过不管如何偏差，照片上的标尺始终一致。所以在针对放大率倍数发生争执时，首先要弄清楚照片上标的放大倍数为何种类型，尽量回避放大率的定义，改用视野宽度或者标尺来进行比对。 §5. 物镜扫描电镜的物镜也是一组电磁透镜，励磁相对较弱，主要用于电子束的最后对焦，其焦距范围可以从一两毫米到几厘米范围内做连续微小的变化。① 物镜的类型：物镜技术是相对来说比较复杂，不同型号的电镜可能其它部件设计相似，但是在物镜技术上可能有较大的差异。目前场发射的物镜通常认为有三种物镜模式，即所谓的全浸没式、半磁浸没式和无磁场式，如图3-17。或者各厂家有自己特定的名称，但是业界没有统一的说法，不过其本质是一样的。图3-17 全浸没式（左）、无磁场式（中）、半磁浸没式（右）透镜A．全浸没式：也被称为In-LensOBJ Lens，其特点是整个试样浸没在物镜极靴以及磁场中，顾名思义叫全浸没模式。但是其试样必须做的非常小，插入到镜筒里面，和TEM比较类似。这种电镜在市场里面非常少，没有引起人们的足够重视。B．无磁场式：也叫Out-lensOBJ Lens，这也是电镜最早发展起来的，大部分钨灯丝电镜都是这种类型的物镜。此类电镜的特点是物镜磁场开口在极靴里面，所以物镜产生的磁场基本在极靴里面，样品附近没有磁场。但是绝对不漏磁是不可能的，只要极靴留有让电子束穿下来的空隙，就必然会有少量磁场的泄露。这对任何一家电镜厂商来说都是一样，大家只能减少漏磁，而不可能彻底杜绝漏磁，因为磁力线总是闭合的。采用这种物镜模式的电镜漏磁很少，做磁性样品是没有问题的。特别是TESCAN的极靴都采用了高导磁材料，进一步减少了漏磁。TESCAN的VEGA、MIRA、LYRA系列均是采用此种物镜。C． 半磁浸没式：为了进一步提高分辨率，厂商对物镜做了一些改进。比较典型的就是半浸没式物镜，也叫semi-in-lens OBJ Lens。因为全浸没式物镜极少，基本别人忽视，所以有时候也把半浸没式物镜称为浸没式物镜。半浸没式物镜的特点是极靴的磁场开口是在极靴外面，故意将样品浸没在磁场中，以减少物镜的球差，同时产生的电子信号会在磁场的作用下飞到极靴里面去，探测器在极靴里面进行探测。这种物镜最大的优点是提高了分辨率，但是缺点是对磁性样品的观察能力相对较弱。为了弥补无磁场物镜分辨率的不足和半浸没物镜不能做磁性样品的缺点，半磁浸没物镜的电镜一般将无磁场式物镜和半磁浸没式物镜相结合，形成了多工作模式。从而兼顾无磁场和半浸没式的优点，做特别高的分辨率时，使用浸没式物镜（如TESCAN MAIA3和GAIA3的Resolution模式），做磁性样品的时候，关闭浸没式物镜使用一般的物镜（如TESCAN的Field模式）。从另一个角度来说，在使用无磁场模式物镜时，对应的虚拟透镜位置在镜筒内，距离样品位置较远；使用半浸没式物镜时，对应的透镜位置在极靴下，距离样品很近。根据光学成像的阿贝理论也可以看出，半浸没式物镜的分辨率相对更高，如图3-18。图3-18 无磁场式（左）和半磁浸没式（右）透镜对应的位置① 物镜的像差电磁透镜在理想情况下和光学透镜类似，必须满足高斯成像公式，但是光学不可避免的存在色差和像差以及衍射效应，在电子光学中一样存在。再加上制造精度达不到理论水平，磁透镜可能存在一定的缺陷，比如磁场不严格轴对称分布等，再加上灯丝色差的存在，从而使得束斑扩大而降低分辨率。所以减少物镜像差也一直是电镜在不断发展的核心技术。A．衍射的影响：由于高能电子束的波长远小于扫描电镜分辨率，所以衍射因子对分辨率的影响较小。图3-19 球差、色差、衍射的对束斑的影响B．色差的影响：色差是指电子束中的不同电子能量并不完全相同，能量范围有一定的展宽，在经过电磁透镜后焦点也不相同，导致束斑扩大。不同的电子源色差像差很大，也造成了分辨率的巨大差异。C．像差的影响：像差相对来说比较复杂，在传统光学理论中，由于成像公式都是基于旁轴理论，所以在数学计算上做了一定的近似。不过如果更严格的考虑光学成像，就会发现在光学成像中存在五种像差。a. 球差：电子在经过透镜时，近光轴的电子和远光轴电子受到的折射程度不同，从而引起束斑的扩大。而电镜中的电子束不可能细成完美的一条线，总会有一定的截面积，故而球差总是存在。不过球差对扫描电镜的影响相对较小，对透射电镜的影响较大。b. 畸变：原来横平竖直的直线在经过透镜成像后，直线变成曲线，根据直线弯折的情况分为枕形畸变和桶形畸变，如图3-20。不过在扫描电镜中因为倍数较大，所以畸变不宜察觉，但是在最低倍率下能观察到物镜的畸变。特别是扫描电镜的视场往往有限，有的型号的电镜具有了“鱼眼模式”，虽然增加了视场但却增加了畸变。TESCAN的电镜很有特点，利用了独特的技术，既保证了大视野，又将畸变减小到了最低甚至忽略不计，如图3-21。图3-20 透镜的畸变图3-21鱼眼模式和TESCAN的视野模式c. 像散：像散是由透镜磁场非旋转对称引起的一种像差，使得本应呈圆形的电子束交叉点变成椭圆。这样一个的束斑不再是完美对称的圆形，会严重影响电镜的图像质量。以前很多地方都说极靴加工精度、极靴材料不均匀、透镜内线圈不对称或者镜头和光阑受到污染，都会产生像散。但是，像散更是光学中的一种固有像差，即使极靴加工完美，镜头、光阑没有污染，也同样会有像散。当然由于加工及污染的问题，会进一步加大像散的影响。在光学理论中，不在光轴上的物点经过透镜后，用屏去截得到的光斑一般不再是圆形。其中有三个特殊位置如图3-23，一个叫做明晰圆位置，这里的光斑依然是圆形；而另外两个特殊的位置称为子午与弧矢，这里截到的是两条正交的直线；其它任意位置截到的是一个会随位置而变化的椭圆。图3-22 电镜中的消像散图3-23 光学理论中的像散 对于电子束来说也一样，原来圆形的束斑在经过电磁透镜后，会因为像散的存在变得不再是完美的圆形，引起图像质量的降低。要消除像散需要有消像散线圈，它可以产生一个与引入像散方向相反、大小相等的磁场来抵消像散，为了能更好的抵消各个方向的像散，消散线圈一般都是两组共八级线圈，构成一个米字形，如图3-24。如果电镜的像散没有消除，那么图像质量会受到极大的影响。图3-24 八级消像散线圈d. 慧差和像场弯曲：慧差也总是存在的，只是在扫描电镜中不易被发觉，不过在聚焦离子束中对中状况不好时可以发现慧差的存在；由于扫描电镜的成像方式和TEM等需要感光器件的仪器不同，像场弯曲在扫描电镜中也很难发现。慧差和像场弯曲在扫描电镜中都可以忽略。 福利时间每期文章末尾小编都会留1个题目，大家可以在留言区回答问题，小编会在答对的朋友中选出点赞数最高的两位送出本书的印刷版。奖品公布上期获奖的这位童鞋，请后台私信小编邮寄地址，我们会在收到您的信息并核实后即刻寄出奖品。【本期问题】哪种物镜设计的扫描电镜可以观测磁性样品（特指可充磁性样品）？（快关注微信去留言区回答问题吧~）简介《扫描电子显微镜及微区分析技术》是由业内资深的技术专家李威老师（原上海交通大学扫描电镜专家，现任TESCAN技术专家）、焦汇胜博士（英国伯明翰大学材料科学博士，现任TESCAN技术专家）、李香庭教授（电子探针领域专家，兼任全国微束分析标委会委员、上海电镜学会理事）编著，并于2015年由东北师范大学出版社出版发行。本书编者都是非常资深的电镜工作者，在科研领域工作多年，李香庭教授在电子探针领域有几十年的工作经验，对扫描电子显微镜、能谱和波谱分析都有很深的造诣，本教材从实战的角度出发编写，希望能够帮助到广大电镜工作者，特别是广泛的TESCAN客户。↓ 往期课程，请关注微信“TESCAN公司”查阅以下文章：电镜学堂丨扫描电子显微镜的基本原理(一) - 电子与试样的相互作用电镜学堂丨扫描电子显微镜的基本原理(二) - 像衬度形成原理电镜学堂丨扫描电子显微镜的基本原理(三) - 荷电效应

便携式显微镜的广泛普及 加快相关学科的突飞猛进1、 便携式显微镜之于科学的意义不在野外，而在于突破时空，让研究更精彩便携式显微镜允许科学家在野外、实验室外或其他难以接近的地点进行即时观察和分析。这大大加快了研究速度，减少了样本在运输过程中可能发生的降解或污染。对于生态学、环境科学、地质学等领域的研究人员来说，现场即时分析是他们工作的关键，便携式显微镜为他们提供了极大的便利。其实，便携式显微镜意义不仅是在室外，而更重要的是实时，突破了空间，拉近了时间，其不论是在实验室内、还是工厂车间，大家都需要随时、随手、简单而高效的显微观察与记录。便携式显微镜之于科学的意义不在野外 而在于突破时空2、 便携式显微镜之于教育不仅是启蒙，更是兴趣与好奇，撒向天空的种子，终将会生根发芽便携式显微镜是便携性、易用性、时尚性，融为一体的产物；使其非常适合用于中小学、大学的科学教育，其潜能可广泛应用在传统显微实验室内，助力传统显微镜生出翅膀，实现原位观察与测量，是对传统显微实验室一种有力补充。无须制样、原位观察、突破空间，是传统台式显微镜无法提供的体验，而新一代的青年学子，及青青奇兽们，是更喜欢这种简单、直接的沟通方式，生动而活泼的实验氛围，就像给传统实验室加上翅膀，增加对科学的兴趣和理解，能有效体会到更简单、更快捷的接近事物的本质，能促进人，从底层逻辑的思考，实现从0到1的启发。 教育不仅是启蒙 更是兴趣与好奇 撒向天空的种子 终将会生根发芽3、 便携式显微镜之于现场，这不是简单加持，更是一场行业赋能便携式显微镜的核心是“快”、是“来得快”（我小巧，随时在这里）、是“简单得快”（我操作方便、自动对焦）、是“记录得快”（随时拍照、录像）、是“分析得快”（可定量测量，上传云端、进行AI诊断）；而一切的“快”，都是对时间的缩小，是现场机会的把握。不论是对于工业生产线上、或是考古研究、还是消防火调、或是海关、边检、食检、安监、等需要现场检测或办公的领域来说，便携式显微微镜之于现场、都不是简单加持，更是一场行业赋能，或说是一种工具升级，尤如石器之于火器。便携式显微镜之于现场 这不是简单加持 更是一场行业赋能最后、便携式显微镜发展到今天，诚然还有他的局制性，而现成熟的方向是5-100微米的显微尺寸，而5微米以下还需要更加努力；另外，也会科学家说，现在显微镜的应用空间越来越少了，其当然在实验室还受到电子束、X射线、质谱等的替代分析，但是显微镜是最早的科学研究的方式，其对影像最直接的观察，从来都是人类的天性，也会一直都是，我们最容易、最需要接受的一种方式，所以，他不是被替代，会一直在，尤其是便携式显微镜。 写到最后，作者本人是专注从事便携式显微镜领域的研究，很是期待各行业、各领域的精英、学者、从业人员，大家都可以广泛交流，促使完善便携式显微镜更加适应于相应的领域，共同制定相关的行业标准，以及更好的满足行业要求。

项目编号：1371-2241GDGH1153项目名称：高精度自动原子力显微镜等设备采购采购方式：公开招标预算金额：2,900,000.00元采购需求：合同包1(高精度自动原子力显微镜):合同包预算金额：1,650,000.00元品目号品目名称采购标的数量（单位）技术规格、参数及要求品目预算(元)最高限价(元)1-1其他专用仪器仪表高精度自动原子力显微镜1(套)详见采购文件1,650,000.00-本合同包不接受联合体投标合同履行期限：合同签订后120天内交付使用。合同包2(四通道耗散型石英晶体微天平分析仪):合同包预算金额：1,250,000.00元品目号品目名称采购标的数量（单位）技术规格、参数及要求品目预算(元)最高限价(元)2-1其他专用仪器仪表四通道耗散型石英晶体微天平分析仪1(套)详见采购文件1,250,000.00-本合同包不接受联合体投标合同履行期限：合同签订后120天内交付使用。

双光子显微镜是对深层散射组织进行活体观测不可或缺的仪器，以其远超单光子显微成像的穿透深度而受到生命科学和医学研究的广泛关注。然而，传统双光子显微成像的点扫描成像模式从根本上限制了其成像通量与三维感知速度，极易受复杂活体成像环境干扰，同时激发点巨大的瞬时光强会对活体生物样本造成持续性的非线性光损伤，导致高速三维成像时长严重受限，极大地制约了病理学、免疫学和脑科学的发展。2023年5月12日，清华大学戴琼海、吴嘉敏、祁海作为共同通讯作者在 Cell 期刊发表了题为：Two-photon synthetic aperture microscopy for minimally invasive fast 3D imaging of native subcellular behaviors in deep tissue 的研究论文。该研究首次提出了基于空间约束的多角度衍射编码，实现非相干光孔径合成；建立了双光子合成孔径显微术（Two-photon synthetic aperture microscopy，2pSAM），“化点为针”，通过多角度针状光束的扫描在实现高速三维感知的同时，将双光子成像光毒性降低了1000倍以上；融合了戴琼海院士团队2021年同样在 Cell 上所提出的数字自适应光学架构，具备高速多区域像差矫正能力，即使在恶劣复杂活体环境下依然保持近衍射极限的空间分辨率，并进一步提升了传统双光子成像的穿透深度。基于此，2pSAM能够在哺乳动物深层散射组织中非侵入式地观测大范围亚细胞级动态变化，将毫秒级三维连续观测时长从数分钟提高到数十小时，为系统性地研究大规模细胞在不同生理与病理状态下的交互作用打开了大门。交叉研究团队利用2pSAM在小鼠活体观测到了一系列新现象，包括急性脑损伤后脑组织内周的多细胞互作，神经元在超长时程连续观测下展现出对视觉刺激的表征稳定性与功能多样性，以及首次完整高速记录下了小鼠免疫反应过程中淋巴结生发中心的形成过程，为病理学、脑科学和免疫学的研究打开了新窗口。传统双光子显微镜使用“点扫描”的方案对三维样本进行扫描，类似于共聚焦荧光显微镜，由于双光子成像的非线性效应使其能够获得数倍于单光子成像的穿透深度。例如，双光子显微镜在小鼠大脑皮层的最大穿透深度可以达到1 mm。然而，这种点扫描方式严重限制了双光子显微镜的三维成像速度与数据通量，并且由于在聚焦点位置极大的瞬时光强带来了非常严重的非线性光损伤隐患。2pSAM采用了轴向景深拓展的“针扫描”方案，通过改变针状光束的不同倾角实现样本三维信息的多角度投影，类似CT一样实现快速三维成像；同时，受到雷达成像中合成孔径方法的启发，通过在像面处引入针孔所带来的空间衍射编码约束，实现了非相干光的孔径合成，将多角度信息融合为大数值孔径对应的高空间分辨率；进一步利用样本的时空连续性先验，有效避免了视角扫描带来的时间分辨率损失。这样一种全新的计算双光子成像架构，在保留双光子本身深层组织穿透能力的同时，将有效成像通量提升了三个数量级以上。图1. 双光子合成孔径显微术（2pSAM）系统图除此之外，样本引起的光学像差给显微成像带来的分辨率与信噪比损失十分严重，随着成像深度的增加这种降质尤为明显。目前双光子成像中的硬件自适应光学技术主要面临着以下一些问题：1、成像系统复杂、成本高昂；2、有效校正视场有限，大视场多区域校正速度缓慢。2pSAM通过激发光编码获得了超精细的四维空间角度光场数据，能够使用数字自适应光学架构（DAO），无需在光学系统中增加额外的波前传感器或者空间调制器，就能实现信号采集与自适应像差校正的解耦，在后处理端完成大范围多区域自适应光学，显著提升在复杂成像环境中的空间分辨率与信噪比。图2. 双光子合成孔径显微术（2pSAM）结合数字自适应光学（DAO）与传统双光子显微镜（TPM）面对复杂成像条件下的结果对比。从左至右依次为：正常条件下拍摄，物镜校正环不匹配情况下拍摄，物镜为水镜且缺乏浸润水的情况下拍摄，物镜与样本之间增加散射胶带后进行拍摄长时间的激光照射会对活体样本产生严重的光毒性。研究团队发现，传统双光子显微成像由于使用飞秒激光激发与高NA会聚，在样本局部会产生巨大的瞬时光强，由此所产生的非线性光毒性在以往被极大地低估了，而一旦在长时程成像过程中，就会不断积累损伤从而影响细胞正常状态。与之对比，2pSAM化点为针，通过轴向景深拓展，在保持同样荧光激发效率的前提下，将瞬时峰值功率降低了1000倍，从而有效解决了非线性光损伤的问题。一方面能显著减少荧光探针的光漂白，对于同一类易淬灭染料，在同样激发光强下，传统双光子仅能拍摄几十个三维体，而2pSAM能够连续拍摄几十万个三维体而没有明显的信号衰减。除此之外，团队还对小鼠脑皮层中的小胶质细胞与脑损伤过程中的中性粒细胞进行了连续成像测试，发现即使使用较弱的光强，传统双光子显微成像在连续拍摄半小时以上时仍会导致大量细胞凋亡，而在2pSAM成像过程中细胞保持了正常的表型，并且相比于对照组结果无明显差异。团队通过一系列在体与离体实验充分证明了2pSAM能够将传统双光子成像的光毒性下降三个数量级以上，为长时程高速活体组织成像打开了新窗口。图3. 小鼠大脑急性开窗损伤后的皮层免疫细胞成像，TPM（左）与2pSAM（右）光漂白对比（GIF图)图4. 离体B细胞（GFP，蓝色通道）连续拍摄实验：使用PI标记细胞凋亡（红色通道），对比TPM（左）与2pSAM（右）的光毒性（GIF图）生发中心（Germinal center，GC）是次级淋巴器官中的动态组织区域，是被抗原激活后的B细胞在趋化作用引导下聚集形成的结构，也是产生高亲和力抗体及形成长期免疫记忆关键场所。但是由于GC形成的随机性和免疫细胞本身对光损伤的敏感性，完整的GC形成过程从未被高速长时间的清晰记录过。借助2pSAM，得以首次完整清晰地观测到了免疫反应下GC形成的全部过程。研究人员将带有荧光标记的抗原特异性B细胞回输到小鼠体内，随后将抗原接种到腹股沟附近以诱导引流淋巴结中生发中心的形成，并于免疫后90到110个小时内（生发中心未形成期），在大视场下持续地对淋巴结中抗原特异性B细胞的动态行为进行追踪，成功揭示了GC形成过程中B细胞的分裂增殖是GC形成的主因，辅助以周围活化B细胞的聚集。由于拍摄时长达十余小时，淋巴结本身会产生剧烈的形变，2pSAM通过多视角信息能够进行实时轴向聚焦位置反馈，实现自动对焦，有效避免了长时程拍摄过程中的样本漂移。 图5. 小鼠腹股沟淋巴结免疫反应后生发中心形成过程的完整观测和记录（GIF图）研究人员进一步借助2pSAM在患有创伤性大脑损伤（Traumatic brain injury，TBI）的小鼠和正在接受视觉条纹刺激的GCaMP转基因小鼠进行脑皮层组织的细胞动态观测。在TBI小鼠受伤区域磨薄颅骨后观测到了外周免疫细胞中性粒细胞在浸润后与内周星形胶质细胞的相互作用，如通过直接接触定向产生迁移体（migrasome）来传递物质和信息。对GCaMP转基因小鼠开颅恢复2周后进行视觉上的条纹刺激，进一步证实了长达数小时内小鼠视觉皮层神经元钙信号对不同方向条纹选择性表达的持续性和稳定性，同时也通过长时程功能数据挖掘出了多种单细胞水平的神经响应类型，体现了神经元的功能多样性。这些现象对于传统双光子显微镜而言都极具挑战，特别是会由于光毒性本身导致会导致细胞异常表现，比如会导致神经元在长时程拍摄过程中响应强度不断下降。

表面分析技术包括飞行时间二次离子质谱，扫描探针显微镜，X射线光电子能谱等技术，在生物医药的生产和研发过程中，对于药物，细胞等表面和一定深度的成份信息的表征具有非常重要的意义，也是生物医药领域必不可少的分析表征手段。基于此，仪器信息网网络讲堂将于2022年9月23日举办“表面分析技术在生物医药领域的应用”网络研讨会，特邀5位专家带来精彩分享，聚焦AFM、XPS等最新应用进展！为相关从业人员搭建沟通和交流的平台，促进相关仪器技术及应用的发展。日程全览，点击报名时间专家09:30韩东（国家纳米科学中心 研究员）主要研究方向：纳米生物医学成像与表征、生命复杂流体与管理、生物力药理学。《生物型原子力显微镜表面分析技术在活体样品上的应用》报告摘要：21年经验，纯干货分享！纳米成像表征技术的源头应用与适应性改造生物活体纳米成像、表征设备功能群针对关键科学问题的新手段、新技术研发关于细胞的力学模型10:00樊友杰（布鲁克 应用工程师）《高速原子力显微镜在生物表面表征中的应用》报告摘要：快速原子力的发展克服了传统原子力速度上的局限，高空间分辨率的同时在毫秒尺度上研究生化动力学过程成为可能。介绍商业化的视频级速度的生物弄原子力显微镜在生物样品领域里的成像，在使用非常小的作用力同时得到亚分子级结构的分辨率。介绍快扫型原子力在探索不同的天然和人工聚合物动力学过程的一些实例，还有原位研究细胞膜表面的动力学过程，及二维光敏蛋白质晶体细菌视紫红质的动态过程。介绍JPK最新的力学成像模式“定量成像模式（QI™ ）”Bruker生物弄原子力的全针尖扫描模式可以从结构上非常好地与现代主流倒置显微镜进行无缝偶合。10:30王化斌(中科院重庆绿色智能技术研究院 研究中心主任/研究员)中国科学院首批岗位特聘研究员，重庆市高分辨三维动态成像检测工程技术研究中心主任；长期从事光谱、成像及力学方面的研究工作。《原子力显微镜在生物样品成像和力学测量中的应用》报告摘要：介绍原子力显微的不同成像模式及应用实例分享原子力显微镜不同力学分析技术及应用情况11:00蔡斯琪（岛津企业管理（中国）有限公司 产品专员）《XPS表面分析技术在生物医药领域中的应用》报告摘要：X射线光电子能谱仪是表面分析领域中一种崭新的分析技术，通过测量固体样品表面约10nm左右被激发出光电子的动能，进而对固体样品表面的元素成分进行定性、定量及价态分析。报告中主要介绍XPS原理、技术特点以及XPS在生物材料及医疗器械等领域的应用，旨在让科研工作者对XPS表面分析技术在生物医用领域的应用有所了解。11:30周江涛（苏黎世联邦理工学院 助理研究员）主要研究兴趣有原子力显微镜及相关显微成像分析技术，在生物纳米纤维材料的形成机理和应用的研究。《原子力显微镜在成像及与光热谐振结合的微纳表面化学分析技术》报告摘要：简要原子力显微镜的原理及应用示例重点介绍原子力显微镜与可见/红外光结合的光热谐振技术，以及他们在纳米尺度的高灵敏度表面化学结构分析点击图片，即可免费参会，和嘉宾线上互动！

法医学比对显微镜介绍：徕卡FS C、FS M和FS CB系列法医学比对显微镜可用于检测弹道、工具痕迹、毛发、纤维和其他司法鉴定证据，并将提取的证据与所有物中发现的蛛丝马迹进行比对。徕卡FS系列法医学比对显微镜优点 一、便于记录配备高性能相机和软件应用，便于记录、测量、注释和存档精确测量样本，从不同角度观察，可以在案例报告上添加注释利用软件拼接功能，轻松记录超大视野利用高分辨率相机，记录微小的细节 二、多样化的比对方法利用多功能比对桥，支持多种高精度比对利用可调节分割线，轻松改变比对方法，协助您的鉴证工作；全部到左边，全部到右边，或者相互叠加以0.1%的放大精度比对右侧和左侧的图像，确保对结果充满信心。适应变形样本，+/- 4%的变焦放大调整（FS C,FS CB）三、可靠比对 利用高规格光学器件，得出可靠的比对结果对于远心目标，必须以正确角度观察通过物镜复消色差校正和单独虹膜控制，准确观察并记录证据精确的校准和测量，采用固定放大物镜和带编码的物镜转换器（适用于FS C以及搭配带编码显微镜的FS CB）四、采用多种人体工学组件 长时间工作依然舒适人体工学工作台，高度可电动调节，确保坐感舒适可调节观察角度，确保全天保持正确坐姿载物台、焦距和照明控制均触手可及，尽可能减少重复性手动操作。 五、提供多种照明选项，可清晰检测各种样本使用光纤光导、独立聚光，或多段环形光源，观察表面结构 利用同轴照明很容易观察到高反射表面利用透光分析半透明样本的内部结构 使用标准显微镜的所有对比技术，如荧光、相衬、偏振光、微分干涉对比（徕卡CFS CB比对桥可用于常规和高级显微镜平台）进行复杂结构的对比徕卡法医学比对显微镜应用介绍：法医学实验室将现场的弹壳与发射的进行比对分析破坏锁具的工具痕迹，并将其与所有物中发现的工具进行比对调查证件是否伪造将车祸中的毛发、纤维和油漆与“肇事逃逸"的车辆进行比对 凭借精确可靠的功能，助力得出科学的鉴定结论 ：配备高性能相机和软件模块，便于记录、测量、注释和存档利用多功能比对桥，支持多种高精度比对利用高规格光学器件，得出可靠的比对结果采用多种人体工学组件，即使长时间工作也不会感到疲劳提供多种照明选项，可清晰检测各种样本。 堪称是取证实验室的理想选择 徕卡FS C / FS M / FS CB法医学比对显微镜的技术：特殊比对桥设计 采用特殊比对桥设计技术，确保可以持续观察利用比对桥中的颜色中性棱镜，精确重现色彩凭借比对桥的精密机械和光学结构，对左右视野进行精确比对。 相关产品：FS CFS MFS CB比对桥

光学显微镜至今已有三百多年的历史，从观察细胞的初代显微镜发展到如今打破分辨率极限的超分辨显微镜。近年来，生命科学领域蓬勃发展，对显微成像技术不断产生新的需求，光学显微镜不断向更高分辨率、快速成像、3D成像等高端技术方向发展。 我国高端光学显微镜市场长期处于被国外产品垄断的局面，许多关键核心部件依赖进口。令人欣喜的是，近五年来，市场上涌现出多种国产高端光学显微镜，包括超分辨显微镜、双光子显微镜、共聚焦显微镜、光片显微镜等，逐渐打破当前市场格局。基于此，仪器信息网特别制作“破局：国产高端光学显微镜技术‘多点开花’” 专题，并向国产光学显微镜企业广泛征稿（投稿邮箱：lizk@instrument.com.cn），了解各企业主要高端光学显微镜产品技术特点和发展进程。本篇为宁波力显智能科技有限公司供稿，公司主要产品为INVIEW iSTORM超高分辨率显微镜，其采用的STORM技术是目前国内鲜少有的超分辨技术类型。撰稿人：宁波力显智能科技有限公司副总经理张猛博士人类的历史，也是一部工具的历史。人类发展的历程就是关于如何对世界了解的更多，将人类生活变的更好更先进的历程。从旧石器时代，原始人拿起第一块石头当作工具开始，就开启了用工具进行未知世界探索和创造性改变的历程。从古至今，人类都是工具发明和使用的种族，新工具的问世也反哺人类的成长和进步，让人类一次次突破原有认知边界看到更多的未知，解决更多的问题，取得更多的成就。显微镜，正是一项帮助人类认识微观世界从而改变世界的革命性工具，也是人类探索微观世界不可缺少的工具。显微镜问世之前，人类仅可用感官来把握世界，所能认识到最小世界就是“目所能及”的常规世界，人的肉眼仅能分辨约0.1毫米尺度的物体，因而相关科学的发展缓慢。当罗伯特胡克使用显微镜观察到软木塞上的“小室”，并将其命名为细胞时，可能还没有意识到他这次实践将为人类开启微观世界的大门。人类对未知领域无限的好奇心是推动科学技术前进的动力之一，为了解析关乎生命基本结构，回答有关物质与生命等基本问题，为此人类不断开发出更为精密、分辨率更高的显微镜来探寻这些问题的答案。经过400多年的发展，近几年国际上出现了超高分辨率显微镜这一工具，一经面世就引起了众多科学家的关注和极大兴趣。那么什么是超高分辨率显微镜，为什么它能让科学家如此感兴趣呢？我们一起往下看。超高分辨率显微镜的诞生，是生命科学史上的一座里程碑简单的讲，超高分辨率显微技术是通过应用一系列物理原理、化学机制和算法“突破”了光学衍射极限，把光学显微镜的分辨率提高了几十倍，使得人类能在200nm以下以前所未有的视角观察生物微观世界的技术，具有超高分辨成像技术和实现超高分辨率成像能力的显微镜就是“超高分辨率显微镜”。那么什么是光学衍射极限呢？所谓光学衍射极限，是1873年德国科学家恩斯特阿贝提出的，由于光是一种电磁波，存在衍射，一个被观测的点经过光学系统成像后，不可能得到理想的点，而是一个衍射像，每个物点就像一个弥散的斑，如果这两个点靠得很近（小于可见光波长大约一半，约200nm），弥散斑就叠加在一起，看到的就只能是一团模糊的图像，也就无法清晰观测到衍射极限以下物体的微观空间结构。并且光学衍射极限此前长期被认为是限制光学显微镜技术通向更微观的“拦路虎”和“绊脚石”，甚至被科学界一度认为是无法突破或绕开的。直到2000年，几位世界知名科学家先后发明了几种不同技术路线的的超高分辨率显微技术。其中，Stefan Hell、Eric Betzig和W.E. Moerner三位科学家就是因其在超高分辨率显微成像技术领域的突出贡献，获得了2014年诺贝尔化学奖。至此，人类才得以突破光学衍射极限这一横亘在前、不可逾越的“大山”，实现了200nm以下超高分辨率显微成像，以光学的方法观测到纳米尺度世界的真实样貌。超高分辨率显微镜可用来研究分子定位与空间分布、分子相互作用、分子复合物的构成，并可实现分子的计数。除具有200nm以下卓越分辨率性能外，对生命样品结构也可进行精准成像定位，还具备对活体细胞进行微观观察的可能性，对于生物、生命科学、医药、医学等的领域都有着重要意义，因此吸引了全球科学家的持续研究和关注。通常来说，超高分辨率显微镜主要有两大类技术策略，一类是通过特定模式照明对分子受激荧光差异化调制实现超高分辨率成像。代表产品有受激发射光耗损显微镜(Stimulated Emission Depletion, STED)和结构光照明显微镜(Structured Illumination Microscopy, SIM)。另一类，是利用荧光分子的“开关”特性，使其随机闪烁，从而能够对单个分子分别记录，实现超高分辨率成像。随机光学重构显微镜（Stochastic Optical Reconstruction Microscopy, STORM）就是这类技术路线的代表。第一大类中，STED及其衍生都是利用“甜甜圈”状的空心光束来修饰位于中间激发光的点扩散函数（Point Spread Function, PSF），从而达到直接超分辨成像的目的。而SIM则是利用了结构光照明，以获得包含样本的结构信息的干涉图案“摩尔条纹”，加上后期的图像重构，达到超分辨成像的目的。第二大类中，STORM是利用了荧光染料分子“光控开关”（photo-switchable）性质，达到在一个衍射极限空间内（200~300 nm）随机“点亮”单个荧光分子并进行高精度定位的目的。既然叫超高分辨率显微镜，最为重要的就是对空间分辨率的提升。其实无论哪一类技术，理论上空间分辨率都是可以实现无穷小，但是受限于样本、荧光染料特性、标记密度、激发光效率等原因，实际拍摄中能实现的空间分辨率是几十纳米。从遍地洋货到国货崛起众所周知，高端显微镜市场被“洋货”所长期垄断，不仅在国外如此，在中国也是如此，国货“芳踪难觅”，这对于我们这样一个大国来说可算是“一言难尽”。当然，也有令人感到振奋的信息，那就是在超高分辨率显微镜这个细分领域，除了“洋货”最近也已见到了国货产品的身影。宁波力显智能科技有限公司（INVIEW）的超高分辨率显微镜产品INVIEW iSTORM就是一款国产超高分辨率显微产品。宁波力显智能科技有限公司是专业从事超高分辨率显微技术和产品研发的科技企业，依托复旦大学的自动控制、新一代信息技术及香港科技大学的生物、光学、图像处理等的技术，拥有光学、生物、自控、机械、信息技术等多领域交叉学科技术团队，将2014年诺贝尔化学奖得奖技术产业化，推出了INVIEW iSTORM超高分辨率显微产品，以帮助人类以前所未有的视角观察微观世界，突破极限，见所未见。INVIEW iSTORM超高分辨率显微镜产品采用dSTORM技术路线，具有20nm超高分辨率、2-3通道同时成像、界面友好、简单易用、系统稳定性好、环境适应性高等的特点。技术先进，20nm超高分辨率，3D成像采用STORM随机光学重构技术，加入柱面镜设计，在XY轴分辨率达20nm、Z轴分辨率达50nm，具备3D成像功能。多通道同时成像光路设计，稳定性高采用专有的多通道同时成像的光路设计，提供稳定的光路。自主开发的成像分光光路，可保证通道间的光学路径相对独立，使得样品发出的荧光最大效率地被探测器接收，最大限度降低通道间的串扰。并配合以最佳染料方案和最佳成像缓冲液配方，以多通道同时成像的方式，在几秒到十几分钟的时间范围内实现20nm的超高分辨率成像。物理样品锁定设计，锁定精度1nm采用纳米级实时动态锁定技术，以实时物理补偿方式纠正样品漂移，无需预热，即开即用，操作简便，免受如气流、温度变化、噪音、机械振动等的环对样品位置的影响，在高楼层、嘈杂、震动、常温常态的环境下也能稳定成像，因而具有高效、简便、对环境适应性好的特性，友好易用。 “傻瓜式”操作，易学易用软件集成了多种成像算法，并在采集数据时实时呈现超高分辨图像重构结果和详细参数，“所见即所需”，操作流程化，简单易用。具有拍摄过程简单易用、参数优化实时透明、超分辨图像实时重构、自动化用户数据管理、图像数据后分析功能等五大特点。此外，经过优化的样本制备方案更易于实验人员的掌握和实际操作。即便是技术新手，经过简单的技术讲解，2个小时以内就可操控系统并获得理想的超分辨率成像结果。以上，INVIEW iSTORM超高分辨率显微产品所具备的综合特点和优势，使得它能够帮助到更多科学家进行衍射极限尺度以下的生物分子组织与相互作用等的尖端科学研究。另外，值得一提的是，INVIEW iSTORM产品还以优异的光路、较低强度的照明、多通道同时成像所支持的较短成像时间等的综合性能，结合合适的荧光探针及根据探针特性调整的探测器拍照频率等，实现活细胞的超高分辨率成像，这将更大程度上帮助到科学家在生物学基本问题与机制上的科学研究。随着人类对自然的认识向更加微观的时空尺度，传统的科研手段已经不能完全胜任，没有高端科研仪器，要想做出重大原始创新科研成果很困难。力显智能科技将继续立足于超高分辨率显微镜技术研究及产品开发，不断推出新技术、新品，从而推动高端显微技术在中国的产业化和应用，努力为我国生命科学、医学、药学等领域的科学研究提供强大助力。INVIEW iSTORM超高分辨率显微产品超高分辨率显微技术的未来可期作为一种新兴荧光显微成像技术，超高分辨率显微成像正受到科学家们的广泛关注，实验室中不断产生着振奋人心的数据。围绕着超高分辨率核心，主要研究方向为不断提高显微镜成像性能，使其分辨率更高，成像速度更快，成像深度更深，视野范围更大，及更低的光毒性光漂白。而我们也可以清晰的看到，由于不同的超高分辨率成像技术提升分辨率的技术路径差异，很难有“面面俱到”的技术可以满足差异化样品的全部成像需求，“精准成像”，也就是针对不同的样品特点，而选择最适合这类样品的显微成像技术，是进行生命科学等领域研究的最优解，这也促使生物，光学，算法，图像处理等领域的研究人员不断深入跨学科合作，共同探索生命的奥秘。即便有了更快、更高、更深、范围更大，更低光毒性光漂白的超高分辨率显微镜，扩展应用仍有诸多挑战。细胞内有成千上万的转录本，有数以万计的蛋白分子。超高分辨率显微镜能否用来实现组学水平的多分子检测？能够找到或开发出足够多样的荧光染料以匹配更多分子吗？或者能找到奇方妙法可以实现多重、多轮检测吗？ 能否开发出新型的荧光染料，使其具有更高的光子预算，更好的光稳定性、光激活、光开关以及转换速率等特性；研制更快更灵敏的光子探测器、输出功率更高的激光器；更稳定、高效、智能的光学系统；更加高效的算法以及不同超高技术路线的联合应用；开发组学水平的多重检测方法等等，正有许多的科学家、研究者们正在进行着有益的尝试。相信未来超高分辨率技术应可应用于实现细胞内的原位测序、原位转录组与蛋白质组分析，并最终获得全景的、多组学、全时空细胞全部分子组织及相互作用图像，真正实现分子生物学与细胞生物学的新融合，让人类有更全面、更精细的视角来理解生命的基本分子组织及其运行的基本机制！超高分辨率技术和产品应用前景巨大，未来可期，令人振奋！

p　　原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)是一种通过探针与被测样品之间的相互作用力来获得物质表面形貌信息的纳米级高分辨率的扫描探针显微镜。自1985年在美国斯坦福大学发明出首台AFM以来，30余年里，由于AFM具有前所未有的高空间分辨率，并且可以测量纳米级的多种物理性质，因此得到广泛使用。/pp　　当下AFM全球3亿美元的市场份额相对SEM20亿美元的市场份额显得逊色，而作为亲历见证AFM的发展，并创建首个AFM商业化公司PSI的Sang-il, Park博士则十分看好AFM未来市场的增长，认为AFM的一些不足也在被新的技术逐一改善，更大AFM潜力市场只待大家发掘。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/869c52b3-8a17-4d3a-a066-fdaf444e7590.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg" style="width: 450px height: 300px " width="450" vspace="0" height="300" border="0"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "帕克原子力显微镜创始人兼CEO Sang-il, Park博士/span/pp　　2018年10月19日，亚洲地区重要的纳米学术会议“第九届亚洲纳米科学和纳米技术会议”(AsiaNANO 2018)在青岛隆重召开。作为大会特邀专家，帕克原子力显微镜(Park Systems)创始人兼CEO Sang-il, Park博士(以下简称‘Park博士’)在上午做大会报告。会间，仪器信息网编辑荣幸现场采访了Park博士，采访中，Park博士回顾并讲述了AFM的30余年发展历程，分享了时下AFM最新技术动向及未来展望，并谈论了对中国市场的看法。/ph1 label="标题居中" style="font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px "span style="color: rgb(255, 0, 0) font-size: 18px "strongspan label="明显强调" style="color: rgb(255, 0, 0) font-style: italic font-weight: bold line-height: 18px "忆历史——AFM的30余年发展史& 帕克原子力显微镜的前世今身/span/strong/span/h1p style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/9d8425d5-0161-4d2f-a731-49eb2fb38a19.jpg" title="2.jpg" alt="2.jpg"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "AFM诞生地——美国斯坦福大学/span/pp　　1985年， Gerd Binnig(IBM公司阿尔玛登研究中心)、Christoph Gerber(IBM公司苏黎世研究实验室)、Calvin Quate教授(斯坦福大学)共同发明了原子力显微镜，并共同在1986年3月的“物理评论快报”上发表了该成果。此时，Park博士是Calvin Quate教授实验室的在读研究生，参与并见证了首台AFM的诞生。获得博士学位之后，Park博士意识到AFM技术的广泛应用潜力，并于1988年创立了Park Scientific Instruments公司(PSI)，PSI作为世界上最初的商业化AFM公司在硅谷获得了巨大成功。同时，Calvin Quate教授作为PSI联合创始人之一，也是公司董事会成员。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/b5e8ed17-d028-4470-a4ff-6f0a667d0f28.jpg" title="3.jpg" alt="3.jpg" style="width: 450px height: 338px " width="450" vspace="0" height="338" border="0"//pp style="text-align: left "　　span style="color: rgb(0, 176, 240) "原子力显微镜的发明是量测技术和纳米刻蚀的一大突破，推动着纳米科学和技术的发展。为表彰此技术发明者作出的巨大贡献，被誉为第二诺贝尔奖的2016年卡夫利奖纳米科学奖颁发给了Gerd Binnig、Christoph Gerber和 Calvin Quate，上图为颁奖现场留念：Calvin Quate(中)，Park博士(左)。/span/pp　　1997年，在美国已度过了15年后，Park博士认为是时候回到祖国了，于是，将正在良好发展的PSI出售给Thermo Spectra。回到韩国，Park博士创立了其第二家AFM公司——PSIA,开启自己第二职业生涯，也在四十岁实现了自己儿时的梦想。2007年，在公司10周年纪念日将公司名称正式更名为Park Systems，并一直沿用至今。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/904df859-2d0a-424b-a591-78d6e5eecc7c.jpg" title="4.jpg" alt="4.jpg"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "首家AFM公司PSI(左)及之后韩国创立的Park Systems(右)/span/pp　　2015年，帕克原子力显微镜成功在韩国证券交易所KOSDAQ上市。IPO也加速了其快速增长。2016年，在第8届KOSDAQ颁奖典礼上，帕克原子力显微镜荣获“最佳下一代公司奖”，表彰其悠久的历史、在纳米尺度上的贡献、在原子力显微镜领域的世界领先技术和产品，以及其坚实的商业表现。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/62b24ba7-c4ad-4db8-a91c-9deae2ad6063.jpg" title="5.jpg" alt="5.jpg" style="width: 450px height: 290px " width="450" vspace="0" height="290" border="0"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "2015年，帕克原子力显微镜成功在韩国证券交易所KOSDAQ上市/span/pp　　1999年，Topometrix也被Thermo Spetra收购，于是，Park Scientific和Topometrix合并成为Thermo Microscopes(原名Thermo Spetra)。另外，Veeco Metrology(Veeco计量业务)于1998年收购了Digital Instruments，紧接着2001年又收购了Thermo Microscope。如此，Veeco Metrology通过收购所有3家主要AFM公司，资本加持之下短时间内形成一家独大的垄断局面。 2010年，Veeco Metrology以2.29亿美元出售给布鲁克，就此尘埃落地。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/a9110b84-ad35-4935-b0cd-371f93d5bc5b.jpg" title="6.jpg" alt="6.jpg"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "AFM部分商业品牌演化树状图/span/ph1 label="标题居中" style="font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px "span style="font-style: italic font-weight: bold line-height: 18px color: rgb(255, 0, 0) font-size: 18px "谈当下——传统AFM技术局限& 帕克原子力显微镜的系列技术革新/span/h1p　　成像/计量工具的本质为准确性、速度和易用性，而传统AFM在这三方面的表现似乎都不那么尽如人意。如管式扫描器常导致响应慢、图像失真 轻敲模式导致探针尖端磨损、样品损坏 众多参数设置、激光聚焦等繁琐操作更是被圈内人士所诟病，这些都严重影响了AFM的进一步应用拓展。/pp　　Park博士表示：“我在AFM领域已经做了30余年，帕克原子力显微镜的漫长发展历程中，我们始终在践行最初的想法，就是为广大客户制造出最精确且极具易用性的AFM。针对传统AFM的一些不足，帕克原子力显微镜不断推出True Non-Contact™ 模式和众多自动化软件等创新产品功能。希望通过我们不断的努力，让AFM成为一个更加友好，任何人都可以操作的通用型成像/计量工具。”/pp　　30余年的技术沉淀与20余年的再创业发展，帕克原子力显微镜始终专注AFM领域，并针对传统AFM的技术局限，开创出一系列AFM新产品、新技术，大大提升了传统AFM的分辨率、检测速度，及操作便捷性。/pp style="text-align: left "span style="color: rgb(0, 176, 240) "　　span style="color: rgb(0, 0, 0) "strong革新技术之“三轴分离扫描器技术”/strong/span/span/pp　　传统的AFM采用压电扫描管进行x-y-z三轴的扫描，由于水平扫描是通过压电扫描管的弯曲运动来实现，势必会在x-y-z轴之间产生背景起伏和串扰。即使使用软件校正，总会有残留的背景起伏。管式扫描器与压电非线性和滞后相结合，产生明显的图像失真和测量精度下降。此外，管式扫描器是中空结构，壁薄，机械力弱，反应慢。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/978ea4c4-663d-4aca-8790-c5ac57cacf2d.jpg" title="7.jpg" alt="7.jpg"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "传统压电扫描管(左)，帕克原子力显微镜三轴分离扫描器(右)/span/pp　　针对传统管式扫描管的缺点，帕克原子力显微镜将AFM结构进行了重新设计，将x-y扫描器和z扫描器分离，两组独立的柔性扫描器分别移动样品和探针，两组扫描器都配置柔性铰链和大功率叠层压电驱动器。且全新z扫描器反馈频率达到9 kHz，比传统的管式扫描器快10倍。新型x-y扫描器对平滑的样品会有更明显的突出表现，当对光学平面成像时，在80*80微米区域的背景起伏小于1nm。闭环的x-y扫描器还具有出色的线性和正交性，提供无失真的图像。而快速z扫描器则为真正的非接触模式提供了可能。/pp　　strong革新技术之“非接触模式”/strong/pp　　传统AFM压电陶瓷管垂直方向的反馈频率只有几百Hz，而垂直响应速度低会使探针不时接触到样品表面，甚至被黏在样品表面而无法进行振动。为了解决这个问题，出现了轻敲模式，使探针大幅振动，不断地敲击样品表面。但这种敲击的力比通常的接触力大很多，探针针尖容易磨损，极大降低了探针寿命，且样品表面也容易被损坏而影响测量结果。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/bd24ac12-c124-4378-8211-ac04e4861ab7.jpg" title="8.jpg" alt="8.jpg"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "轻敲模式与非接触模式对比：扫描图像随扫描次数变化对比(左) 多次扫描后探针尖端直径变化对比(右)/span/pp　　而基于三轴分离扫描器技术，帕克原子力显微镜实现了真正的非接触模式，此模式下便显现出明显优势。上图呈现了CrN针尖检查样品的不同次数重复扫描图像及探针尖端直径变化曲线。可以看到，轻敲模式10次扫描后图像已经变得模糊，扫描探针尖端直径也在10到20次扫描后逐渐磨损，直径增加至10nm。而非接触模式在100次扫描后图像依旧清晰，且扫描探针尖端直径也始终保持在5nm。/pp　strong　革新技术之“扫描速度与扫描分辨率两者优化处理技术”(鱼和熊掌不可兼得)/strong/pp　　扫描分辨率及扫描速度直接关乎AFM的性能和使用体验，也是广大用户关注的两项参数，但两者之间存在什么关系却鲜为人知。Park博士表示，这两者并没有像大家所愿望的那样可以兼得，而是此消彼长的关系。/pp　　扫描速度的限制是受一种傅里叶变换函数关系决定的，扫描过快便会失去一些有意义的细节，获得图像分辨率就会降低。具体来讲，根据传感器响应速度瓶颈，标准悬臂极限为3Hz左右，高频悬臂为10Hz左右。因为为保证图像质量，探针每一行的往复扫描至少需要获取100个有意义的数据点。而扫描速度超过那个极限，获得的图像就会严重退化。/pp　　更直接来讲，存在这样一个函数关系：扫描速度x斜率=增益x误差(与z轴伺服精度、各轴扫描速度、误差信号、对时间微分等有关，推导过程不再赘述)。即对于给定的样本斜率和优化增益，扫描速度与误差成正比。更快的扫描不可避免地增加z轴伺服误差!因此，扫描速度应该是有限的，以便误差信号不超过我们可以容忍的一定水平。/pp　　基于以上理论，帕克原子力显微镜开发了一套智能的、拥有自适应能力的自适应扫描系统(Adaptive Scan)，以便根据用户对扫描速度或扫描分辨率的不同需求，更充分的发挥AFM在研究或生产中的效率。Adaptive Scan的工作原理如下：对于一个未知表面形貌的样品，第一次进行慢速扫描，获得表面信息并预估计算下一次相邻扫描的线轮廓(根据范德瓦耳斯力相互作用的共享区域效应，相邻两次扫描线的轮廓是比较相近的)，然后对预算的扫描轮廓曲线微分计算获得斜率，进而就可以再次根据“扫描速度x斜率=增益x误差”计算出下一次相邻扫描的扫描速度，从而智能控制扫描速度，进行“适应性扫描”。随之，在比较平坦的样品部位，扫描速度自动加快，在较粗糙的部位，扫描速度自动变慢。最终，用户需要做的就是只需在扫描速度与扫描分辨率中做好倾向选择，而不用设定或猜测真正的扫描速率是多少。如果只是看个大致就可以，则选择较高扫描速度来节省时间 如果你对图像质量要求更高，请选择高分辨率。基于通过这种比较智能的方法，帕克原子力显微镜也开发了一套软件系统“Park SmartScan”，三次鼠标点击即可得到一个完整的形貌图：首先找到目标感兴趣区域，然后设置需求的像素、扫描尺寸、精度/速度倾向选择，最后点击IMAGE出图。/pscript src="https://p.bokecc.com/player?vid=2851454C4887D3CE9C33DC5901307461&siteid=D9180EE599D5BD46&autoStart=false&width=600&height=490&playerid=621F7722C6B7BD4E&playertype=1" type="text/javascript"/scriptp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "“Park SmartScan”操作视频演示：三步完成AFM智能测试/span/ph1 label="标题居中" style="font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px "span style="font-style: italic font-weight: bold line-height: 18px color: rgb(255, 0, 0) font-size: 18px "观未来——帕克原子力显微镜之发展：稳定投资技术为更广市场做准备/span/h1p　　根据交易所数据，截至2018年9月30日，Park 原子力显微镜股票价格从IPO时的9000韩元上涨到43500韩元，上涨达4.8倍，预估市值2.6亿美元(这与当年布鲁克收购veeco时的2.29亿美元的收购价，也是一个有趣的对比)。据悉，2018年帕克原子力显微镜营收预计将超过4500万美元。/pp　　同时，作为技术特例唯一一家在KOSDAQ上市的公司，帕克原子力显微镜获得了“AA”级的技术评分。Park博士表示：“获得AA级评价是对我们专利技术以及优秀专业人才的肯定，获得这项荣誉对于我们这种技术公司来说是非常荣誉的事情!公司上市以后，不仅在德国设立了欧洲法人，在北京，中国台湾，墨西哥，美国奥尔巴尼也都相继设立分公司和办事处，引进相关人才，在全世界建成紧密的营业网。公司上市以来，帕克原子力显微镜每年的营业额和利润率都呈飞速增长趋势。今后我们也会在符合市场发展需求的技术发展上多加努力并争取获得更多认可。”/pp　　全球范围内，AFM品牌间的竞争日益激烈。对于此，Park博士认为，对创新技术的持续投入是企业发展的不竭动力。“面对竞争，我们始终把产品技术放在首位，通过稳定投资技术发展为未来市场做准备。为了技术的长久创新发展，帕克原子力显微镜全体员工中技术研发人员占到35%以上，同时，公司每年也会有不断增长的资金投入应用在技术研发上。产品技术方面，除了刚才介绍的一些针对传统AFM缺陷提出的三轴分离技术、非接触模式技术、Adaptive Scan等新技术，最近，我们也对PinPoint模式进行了全面升级，使得样品的物性和电性测量变得更加精确且方便。另外，为了拓宽AFM应用解决方案，帕克原子力显微镜也在基于AFM的本身优势，研究和开发AFM与其他检测设备装置的一些联用技术。”/pp　　关于AFM的未来应用及发展潜力，Park博士认为：最初，AFM主要用于大学或者研究机构的基础研究中，在癌细胞，纳米光学，干细胞，聚合物，石墨烯和固体物理等自然科学领域的研究中都取得了非常不错的成果，并被许多优秀论文广泛引用。随着纳米技术的进步，对AFM的需求也持续增加，将来，不仅仅在材料，化学，生命科学和制药领域，在半导体等工业领域以及各种跨领域研究中也会逐渐应用到AFM。同时，帕克原子力显微镜顺应时下对AFM增长的新需求，不断针对科学研究及工业生产等开发出不同针对性AFM新产品及新技术。比如，在半导体领域，全球范围内都在为研发出更小更有效率的半导体元器件而激烈竞争，可以预想未来对细微工程和自动化装备的需求将逐年增长。帕克原子力显微镜针对这种需求，就可以提供工业型的NX-Wafer和NX-3DM等AFM型号及技术方案。/pp　　strong在中国——帕克原子力显微镜市场拓展正加速/strong/pp　　笔者问及此次来到青岛的感受，Park博士谈到：“很开心参加这次中国纳米会，非常荣幸收到亚洲纳米2018主办方的邀请来进行大会开幕式主题报告演讲，青岛作为一个滨海城市，和韩国隔海相望，中国有句古话叫‘百闻不如一见’，两次访问中国，中国的发展速度让我惊艳。今天大会报告之后和中国各所高校的教授以及院士们谈话让我对中国纳米市场的未来更加充满期待，并且在这个场合还见到了许久未见的老友，非常开心。希望以后可以和各位院士教授们多多交流，并实时了解他们的研究需求，也希望帕克原子力显微镜可以为中国的纳米研究贡献出一份力量!”/pp　　据悉，在中国市场，帕克原子力显微镜起初主要以代理商推广为主，并未大举着力进行品牌推广，公司的品牌认知度也并不如产品性能一样优质。如今，身处“酒香也怕巷子深”时代，加之中国市场需求的快速发展，近两年，帕克原子力显微镜逐渐将对中国市场的重视付之实际行动，今年在北京分公司的成立就足见帕克原子力显微镜对中国市场的重视。对此，Park博士表示：“众所周知，中国现在拥有世界数一数二的投资市场，无论半导体工业市场还是高校院所等研究机构的研究型市场都备受中国政府的关注，帕克原子力显微镜将与时俱进，跟进中国国情，进一步拓展与中国用户的深度合作，且目前帕克原子力显微镜已经在相关领域、一些著名高校及半导体工厂等开展了一系列相互的合作。”/pp　　值得一提的是，最近受中国大规模半导体投资的影响，帕克原子力显微镜面向中国的AFM订单骤增，为满足中国市场迅速增加的需求，帕克原子力显微镜在2017年2月在台湾设立了代表办事处，2018年11月，帕克原子力显微镜北京分公司正式成立。同时，上海App lab (应用中心)预计也将在2018年成立。根据客户需求，也会逐步在华南等地区设立代表办事处等。/pp　　strong采访后记/strong/pp　　span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "回忆此次采访过程，更像是一次一对一的专家授课，从亲历历史的回顾、到AFM原理、到其内部结构布局及改进、再到未来发展，细微处也不乏傅里叶变换关系、微分函数的推导推演。倾听一位亲历并参与AFM发明及商业化专家的娓娓道来，何其荣幸，而Park博士对此则严谨表示，首先要真正了解AFM，这是采访的基础，也是整个交谈的背景。/span/ppspan style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "　　在采访结束，自由交流环节，对笔者提出关于对AFM和SEM市场容量差距的看法，Park博士认为，“相比SEM，AFM具有可以在气液固任何相、无需样品处理、获得3D信息、机械性能、电学热性能等优势。而目前SEM有更大的市场份额(20亿美元)，AFM(3亿美元)，这是因为AFM较低的效率(准确性、易操作性)。而这也正是我们帕克原子力显微镜要改变的，我们的目标是让AFM更高效，准确度更高、更快、操作更简便，让AFM市场进一步成长。大家都知道，赛默飞、日立高新、日本电子都是电镜界很大的集团公司，而帕克原子力显微镜有朝一日也将会成长为与他们一样规模的集团公司，这也是我创建帕克原子力显微镜公司的一个vision。”有朝一日，Park博士的“Vision”若将实现，那时，AFM将真正成为一款简易操作的通用工具。/span/pp　　strong【附】：Park博士简历/strong/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/67779b09-b90f-4232-87ab-c951499c6906.jpg" title="0.jpg" alt="0.jpg" style="width: 200px height: 300px " width="200" vspace="0" height="300" border="0"//pp style="text-align: center "strong/strongspan style="color: rgb(0, 176, 240) "讲解中的Park博士/span/pp　　Sang-il Park博士是Park Systems公司的创始人兼首席执行官，Park Systems公司自1997年创立以来一直是原子力显微镜(AFM)解决方案的领先制造商。目前，Park Systems有超过1000个AFM系统设备在30多个国家安装使用。早些时候，Park博士创立了Park Scientific Instruments，这是第一家原子力显微镜商业制造商，在1988年至1997年期间担任了9年的董事长兼首席执行官。在创立Park Scientific之前，他曾与Cal Quate教授合作(2016年Kavli奖获得者)在斯坦福大学担任研究生和研究助理。1981年Park博士获得首尔国立大学物理系博士学位，1987年在斯坦福大学获得博士学位。他还拥Stanford-AEA Executive Institute (Mini MBA)学位。Park博士的研究领域包括纳米技术、纳米计量学和扫描探针显微镜及其应用等。他在原子力显微镜领域撰写并与他人合作撰写了大量研究论文、教科书和20多项美国专利。/pp　　Park博士获得了许多奖项。Park博士于2007年获得韩国国家工程院颁发的青年工程师奖，2009年获得Peter Drucker Society颁发的Peter Drucker创新奖，2010年和2012年分别获得韩国知识部颁发的十大新创新奖和工业纳米技术奖。分别于2011年和2014年，被韩国重要日报《东亚日报》评选为“未来10年最具影响力的100名韩国人”。最近，Park System Corp.获得了Frost & Sullivan 2016全球授权技术领导奖。2014年至2015年，Park博士担任总统科技顾问委员会委员。2015年被提升为韩国国家工程院的高级会员。/p