普通光学显微镜

北京时间3月3日 近日英国曼彻斯特大学的研究学者研发出一种先进的仪器，它能够利用普通的白光将微小物体放大，这台“微球体纳米显微镜”能够检测小至50纳米宽的物体，比现存光学显微镜的极限还要小20倍。利用这台世上最强大的光学显微镜，也许在不久的将来，科学家可以首次直接观测病毒。图1 曼彻斯特大学的助理研究员郭伟博士正利用世上最强大的光学显微镜观察微小结构　　理论上来说，科学家利用显微镜可以观测到细胞内部的微小细节，甚至还能看到“活的”病毒。一个感冒病毒直径约20纳米(1000万纳米等于1厘米)。电子显微镜利用的是聚焦的电子束来代替光，它能看到极小的物体，但也有自身的局限性。它们或者用来观测表面细节，或者它对样本要求非常薄，导致观察精细的生物结构变得异常困难。图2 微小图片：a)显示了一张商业蓝光DVD光碟的微球体超级镜片反射图片。　　这个新仪器使用的是“超级镜片”而非微小的“微球体”(较小的球形颗粒)，来超越光学显微镜的技术限制。曼彻斯特大学机械、航空航天和土木工程学院的李林教授联合新加坡的同事开展了这个项目，他说道：“(新仪器)利用光谱范围内的光源直接成像，从光学显微镜能观测物体的微小程度上来讲，这项仪器已经破了世界纪录。它不仅能够观测50纳米大小的物体，而且我们相信，这仅仅是个开始，它能观测到的物体远不止这么小。理论上来说，无论多小的物体，我们都应该能够观测到。”图3 光学显微镜观测的虚拟图像(就在实际位置的背后，就像镜像原理)。　　现在观测微小物体一般是利用电子显微镜，但是你也只能够看到细胞的外面，细胞内部无法触及。然而光学荧光显微镜可以通过将细胞染色的方法间接的观测细胞内部，但是这种染色却无法渗透病毒。“无需染色而能直接观察细胞，以及能直接观看活的病毒，这将会使研究细胞的方式发生革命性的剧变。这使得我们首次能仔细的观察病毒和研究生物医学。”

人的肉眼分辨本领在0.1毫米左右，我们是怎么一步步地看见细菌、病毒，乃至蛋白质结构的呢？这背后离不开这群“强迫症”。采访专家：张德添（军事医学科学院国家生物医学分析中心教授）“我非常惊奇地看到水中有许多极小的活体微生物，它们如此漂亮而动人，有的如长矛穿水而过，有的像陀螺原地打转，还有的灵巧地徘徊前进，成群结队。你简直可以将它们想象成一群飞行的蚊虫。”1675年，一名荷兰代尔夫特市政厅的小公务员给英国皇家学会写了这样一封信，向学会的会员们描述自己用自制的显微镜观察到的奇妙景象。作为给当时欧洲最富盛名的学术组织寄去的一封学术讨论信件，这名公务员并没有进行大篇幅严谨却枯燥的科学论证，而是用朴实的语言，在字里行间留下了自己发现新事物时那种孩童般的惊奇与喜悦。这位当时默默无闻的小公务员，正是大名鼎鼎的微生物学和显微镜学先驱者—安东尼范列文虎克。在50年的时间里，列文虎克用制作的显微镜观察到了细菌、肌纤维和精细胞等微观生物，并先后给英国皇家学会寄去了300多封信件来讨论他的新发现。正是在列文虎克的不懈坚持下，人类观察世界的眼睛终于来到了微生物层面。初代显微镜：拨开微生物世界的迷雾列文虎克能发现色彩斑斓的微生物世界，主要得益于他在透镜制作方面的天赋。他一生中制作了多达400多台显微镜，与今日我们熟知的显微镜存在很大不同，列文虎克的显微镜绝大多数属于单透镜显微镜，仅由一个小黄铜板构成，使用时需要仰身将这个铜板面向阳光进行观察。列文虎克凭借他的一系列惊人发现迅速成为当时科学界的“网红级”人物。然而真正奠定显微镜学理论基础的，则是同时期的英国科学家罗伯特胡克。在列文虎克还在钻研透镜制作技艺时的1665年，在英国皇家学会负责科学试验的胡克，就制作了一台显微镜，与列文虎克使用的单透镜显微镜不同，这是一台复式显微镜，其工作原理和外形已经很接近现代的光学显微镜了。胡克用这台显微镜观察一片软木薄片，发现了密密麻麻的格子状结构，酷似当时僧侣居住的单人房间，因此胡克就用英语中单人间一词“cell”来命名这种结构，而这个单词在当代被翻译为“细胞”。不久，胡克写就了《显微图谱》一书，将这一重要观察成果写入书中。胡克的研究成果很快引起了列文虎克的注意，他曾研究过胡克的显微镜，但最后还是使用了自制的单透镜显微镜来进行观察。原因就在于胡克显微镜存在严重的色差问题。所谓色差，就是在光线经过透镜时，不同颜色的光因折射率不同，会聚焦于不同的点上，使得样品的成像被一层色彩光斑所包围，严重影响清晰度。列文虎克提出的解决方案也很简单，就是在透镜研磨的精细程度上下功夫，将单透镜制成小玻璃珠，并将之嵌入黄铜板的细孔内，这样在放大倍数不低于胡克显微镜的基础上，最大程度避免色差对成像的干扰。但代价是，由于观察时是需要对着阳光，对观测者的眼睛伤害很大。除了色差，早期显微镜还存在着球面像差问题，即光线在经过透镜折射时，接近中心与靠近边缘的光线不能将影像聚集在一点上，使得成像模糊不清。自显微镜诞生之日起，色差和球面像差就成为“与生俱来的顽疾”，一直制约着人们向微观世界进军的步伐。直到19世纪，光学显微技术才在工业革命的助力下完成了一次实质性蜕变，从而在根本上解决了这两个难题。挑战色差与球面像差：逐渐清晰的微观视角首先是1830年，一个名为李斯特的英国业余显微镜学爱好者首先向球面像差发起挑战，他创造性地用几个特定间距的透镜组，成功减小了球面像差影响。此后，改进显微镜的主阵地很快转移到了德国，其中1846年成立的蔡司光学工厂，更是在此后一个世纪里成为领头羊。1857年蔡司工厂研制出第一台现代复式显微镜，并成功打入市场。不过在研制和生产过程中，蔡司也深受色差之苦：当时通行的增加透镜数量的做法，虽能提升显微镜的放大倍数，却仍无法消除色差对成像清晰度的干扰。1872年，德国耶拿大学的恩斯特阿贝教授提出了完善的显微镜学理论，详细说明了光学显微镜的成像原理、数值孔径等科学问题。蔡司也迅速邀请阿贝教授加盟，并研制出一批划时代的光学部件，其中就包括复消色差透镜，一举消除了色差的影响。在阿贝教授的技术加持下，蔡司工厂的显微镜成为同类产品中的佼佼者，很快成为欧美各大实验室的抢手货，并奠定了现代光学显微镜的基本形态。不久，蔡司又拉来了著名化学家奥托肖特入伙，将其研制的具有全新光学特性的锂玻璃应用在自家产品上。1884年，蔡司更是联合阿贝与肖特，成立了“耶拿玻璃厂”，专为显微镜生产专业透镜。显微镜技术的突飞猛进也让各种现代生物学理论不断完善，透过高分辨率的透镜，微观世界中各种复杂的结构逐步以具象的形式呈现在人类眼前。由于微观层面的生物结构大多是无色透明的，为了让他们在镜头下变得清晰可见，当时的科学家普遍将生物样品染色，以此提高对比度方便观察。这一方法最大的局限在于，染料本身的毒性往往会破坏微生物的组织结构，这一时期染剂落后的材质，也无法实现对某些特定组织的染色。直到1935年荷兰学者泽尼克发现了相衬原理，并将之成功应有于显微镜上。这种相衬显微技术，利用光线穿过透明物体产生的极细微的相位差来成像，使得显微镜能够清晰地观察到无色透明的生物样品。泽尼克本人则凭借此次发现斩获了1953年的诺贝尔物理学奖。军事医学科学院国家生物医学分析中心教授，长期致力于电子显微镜领域研究的张德添向记者介绍道：“人的肉眼分辨本领在0.1毫米左右，而光学显微镜的分辨本领可以达到0.2微米（1毫米=1000微米）的水平，能够看到细菌和细胞。但由于光具有波动性，衍射现象限制了光学显微镜分辨本领的进一步提高。”二战结束后，随着各种新理论新技术的不断应用，光学显微镜得到了长足进步，但也是在这一时期，光学显微镜的潜力已经被发掘到了极限。为蔡司工厂乃至整个显微镜学立下汗马功劳的阿贝教授就提出了“分辨率极限理论”，认为普通光学显微镜的分辨率极限是0.2微米，再小的物体就无能为力了—这一理论又被称为“阿贝极限”，这就好像一层屏障将人类的探索目光阻隔在更深度的微观世界大门之前，迫使科学家们另寻他途。电子显微镜：另辟蹊径，重新发现既然可见光存在这样的短板，那么能否利用其他波长较短的光束来实现分辨率的突破呢？张德添进一步介绍道：“1924年后，人们从物质领域内找到了波长更短的媒质—电子，从而发明了电子显微镜，其分辨本领达到了0.1纳米的水平。”1931年，德国科学家克诺尔和他的学生鲁斯卡在一台高压示波器上加装了一个放电电子源和三个电子透镜，制成了世界首台电子显微镜，就此为人类探索微观世界开拓了一条全新的思路。电子显微镜完全不受阿贝极限的桎梏，在分辨率上要远远超越当时的光学显微镜。鲁斯卡在次年对电子显微镜进行了改进，分辨率一举达到纳米级别（1微米=1000纳米）。在这个观测深度，人类终于亲眼看到了比细菌还要小的微生物—病毒。1938年，鲁斯卡用电子显微镜看到了烟草花叶病毒的真身，而此时距离病毒被证实存在已经过去了40年时间。对于电子显微镜技术的发明，张德添这样评价道：“电子显微镜是人们认识超微观世界的钥匙和工具，它解决了光学显微镜受自然光波长限制的问题，将人们对世界的认识从细胞水平提高到了分子水平。” 从肉眼只能观察到的毫米尺度，到光学显微镜能够达到的微米尺度，再到电子显微镜能进一步下探到纳米尺度，显微成像技术正在迅速突破人类对微观世界的认知极限。不过电子显微镜本身的缺憾也愈加明显。由于电子加速只能在真空条件下实现，在真空环境之下，生物样品往往要经过脱水与干燥，这意味着电子显微镜根本无法观测到活体状态下的生物样品，此外电子束本身又容易破坏样品表面的生物分子结构，这就导致样品本身会丢失很多关键信息。这一顽疾在此后又困扰了科学家多年。直到1981年，IBM苏黎世实验室的两位研究员宾尼希与罗雷尔，用一种当时看起来颇有些“离经叛道”的方法，首先解决了电子束损害样品结构的问题。他们利用量子物理学中的“隧道效应”，制作了一台扫描隧道显微镜。与传统的光学和电子显微镜不同，这种显微镜连镜头都没有。在工作时，用一根探针接近样品，并在两者之间施加电压，当探针距离样品只有纳米级时就会产生隧道效应—电子从这细微的缝隙中穿过，形成微弱的电流，这股电流会随着探针与样品距离的变化而变化，通过测量电流的变化人们就能间接得到样品的大致形状。由于全程没有电子束参与，扫描隧道显微镜从根本上避免了加速电子对生物样品表面的破坏。扫描隧道显微镜在今天也被称为“原子力显微镜”，“在微米甚至纳米水平，动态观察生物样品表面形貌结构的变化规律，原子力显微镜是有其独特优势的”，张德添向记者解释说，“如果条件允许，还可以检测生物大分子间相互作用力的大小，为结构与功能关系研究提供便利。”1986年，宾尼希和罗雷尔凭借扫描隧道显微镜，获得当年的诺贝尔物理学奖，有趣的是，与他们一起分享荣誉的，还有当初发明电子显微镜的鲁斯卡，当时的他已是耄耋老人，而他的恩师克诺尔也早已作古。新老两代电子显微镜技术的里程碑人物同台领奖，成为当时物理学界的一段佳话。老树新芽：突破“阿贝极限”的光学显微镜电子显微镜在问世之后的几十年间，极大拓展了人类对生物、化学、材料和物理等领域认知疆界。而无论是鲁斯卡，还是宾尼希和罗雷尔，他们所作的贡献不仅让自己享誉世界，还助力其他领域的学者登上荣誉之巅。比如英国化学家艾伦克鲁格凭借对核酸与蛋白复杂体系的研究获得1982年度诺贝尔化学奖，而他的科研成果正式依靠高分辨电子显微镜技术和X光衍射分析技术而取得的。在克鲁格获奖的当年，以色列化学家达尼埃尔谢赫特曼更是使用一台电子显微镜，发现了准晶体的存在，并独享了2011年的诺贝尔化学奖。目前，电子显微镜已经成为金属、半导体和超导体领域研究的主力军。但在生物和医学领域，电子显微镜本身对生物样品的损害，依旧是难以逾越的技术难题。于是不少科学家开始从两条路径上寻求解决之道：一条是研发冷冻电镜技术，这种技术并不改变电子显微镜整体的工作模式，而是从生物样品本身入手，对其进行超低温冷冻处理。这样状态下，即使处在真空环境中，样品也能保持原有的形态特征与生物活性。“由于观测温度低，生物样品也处于含水状态，分子也处于天然状态，样品对辐射的耐受能力得以提高。我们可以将样品冻结在不同状态，观测分子结构的变化。”张德添向记者解释道。瑞士物理学家雅克杜波切特、美国生物学家乔基姆弗兰克和英国生物学家理查德亨德森凭借这项技术分享了2017年度诺贝尔化学奖。新冠疫情暴发后，冷冻电镜技术又为人类研究和抗击疫情做出了突出贡献。2020年，西湖大学周强实验室就利用这种技术，首次成功解析了此次新冠病毒的受体—ACE2的全长结构，让人类对新冠病毒的认识向前迈出了关键性一步。另一条路径是从传统的光学显微镜入手。在电子显微镜的黄金时代，不少科学家就开始着手研制超高分辨率光学显微镜，甚至开始尝试突破一直以来困扰光学显微镜的“阿贝极限”，而“荧光技术”就成为实现这一切的关键。早在19世纪中叶，科学家们就发现：某些物质在吸收波长较短而能量较高的光线（比如紫外光）时，能将光源转化为波长较长的可见光。这种现象后来被定义为“荧光现象”。荧光现象在自然界是普遍存在的，这一现象背后的原理也在20世纪迅速被应用在光学显微镜上。1911年，德国科学家首次研制出荧光显微镜装置，用荧光色素对样品进行荧光染色处理，并以紫外光激发样品的荧光物质发光，但成像效果不佳，而且把荧光物质当作染色剂，和早期的染色剂一样，本身的毒性会伤害活体样品。直到1974年，日本科学家下村修发现了绿色荧光蛋白，其毒性远弱于以往的荧光物质，是对活体标本进行荧光标记的理想材料——这一发现成为日后科学家突破“阿贝极限”的有力武器。时间来到1989年，供职于美国IBM研究中心的科学家莫尔纳首次进行了单分子荧光检测，使得光学显微镜的检测尺度精确到纳米量级成为可能。随后在莫尔纳的基础上，美国科学家贝齐格开发出一套新的显微成像方法：控制样品内的荧光分子，让少量分子发光，借此确定分子中心和每个分子的位置，通过多次观察呈现出纳米尺度的图像。通过这种方法，贝齐格轻而易举地突破了光学显微镜的阿贝极限。几乎在同时，德国科学家斯特凡赫尔在一次光学研究中突发奇想：根据荧光现象原理，如果用镭射光激发样品内的荧光物质发光，同时用另一束镭射光消除样品体内较大物体的荧光，这样就只剩下纳米尺度的分子发射荧光并被探测到，不就能在理论上得到分辨率大于0.2微米的微观成像了吗？他随即开始了试验，并制成了一台全新显微镜，将光学显微镜分辨率下探到了0.1微米的水平。困扰光学显微技术百年的阿贝极限难题，就这样历经几代科学家的呕心沥血，终于在本世纪初被成功攻克。莫尔纳、贝齐格和赫尔三位科学家更是凭借“超分辨率荧光显微技术”分享了2014年度的诺贝尔化学奖。时至今日，在探索微观世界的征途上，光学显微镜和电子显微镜互有长短、相得益彰。当然在实际应用中，科学家越来越依赖于将多种显微成像技术结合使用。比如今年5月，英国弗朗西斯克里克研究所就依托钙化成像技术、体积电子显微技术等多种显微成像技术，成功获得了人类大脑神经网络亚细胞图谱。在未来，多种显微成像技术相结合，各施所长，将进一步完善我们在生物、医学、化学和材料等领域的知识结构，把这个包罗万象的奇妙世界更完整地呈现在我们眼前。

小伙伴们，我又来了~本期给大家带来显微镜物镜的知识。啥是物镜，我想地球人都知道~物镜是显微镜的灵魂所在，物镜是影响清晰度的最重要部件，先来了解下物镜的重要参数。在选择物镜时需要考虑以下几个问题：1、需要多大的放大倍数？● 物镜可以根据其放大倍率分为三大类。其中包括：低倍物镜(2x、4x/5x和10x)，中倍物镜(20x、40x)和高倍物镜(60x/63x、100x)。除了物镜的放大倍率不同外，物镜使用的介质也不同。例如，对于高倍镜头(60x和100x)，经常使用浸油来获得高分辨率。放大倍率较低的镜头则采用空气作为介质。2、选择哪种观察方式？● 显微物镜有很多类型，应用场景也各有不同，根据观察方式的不同，也有不同种类。一般在物镜的外壳上会标注物镜的观察方式。● BF：明场；DF：暗场；PH：相差；PO：偏光；DIC：微分干涉；FL：荧光观察(蓝、绿、紫等)；UVFL：紫外荧光观察。3、如何选择一个成像效果好的物镜？● ①要选择有平场矫正功能的物镜，即标有Plan。 ②主要根据色差校正的能力来判断成像效果：消色差物镜（Achromatic）：仅能校正红蓝光的色差。半复消色差物镜（FL）：能校正红绿蓝三色光的色差。全复消色差物镜（Apo）：能对红绿蓝三色光的色差校正两次，同时能校正红、蓝两色光的球差。● 看透明切片可选择平场消色差物镜（Ach）。看荧光可选择半复消色差物镜（FL），而且有长工作距离可选，既可以看玻片也可以看培养皿。若需要更好的成像效果可选择全复消色差物镜（Apo），但Apo物镜没有长工作距离的，只适用于看玻片，不适合看培养皿或培养瓶等厚的样品。4、对分辨率的要求是什么？● 显微镜的分辨率是能分辨两点间的最小距离，能分辨的距离越小分辨率越高。数值孔径（NA值）与分辨率成正比，NA = n * sin α。与放大率成正比，与景深成反比。同样的放大倍数下，NA值越高越好。在工作距离都满足的情况下选择NA值高的物镜。5、需要多长的工作距离（WD）● 根据工作距离的不同，可以分为：①普通工作距离物镜：工作距离小，可以观察切片，但不能观察培养皿。②长工作距离物镜：用于倒置显微镜，可以满足组织、悬浮液等材料的镜检。6、所使用的玻片或培养板的厚度是多少？● 在标注物镜的光学类型的后面（∞/0）(210/0)，也就是斜杠后面这个数字代表的是适用玻片厚度，（∞/0.17）(210/0.17)，适用玻片厚度就是0.17毫米。如果用了不合适的盖玻片，则会出现很明显的球差（不同角度的光线没有会聚在同一高度）从而降低成像的对比度和分辨率。NA值越高的物镜对盖玻片厚度越敏感，所以要选择正规的盖玻片。有些高NA值的物镜以及长工作距离的物镜有可调的盖玻片厚度调节环可以对不同厚度的玻璃进行矫正，可用于培养皿的观察，观察时调节到相应的培养皿的厚度，或使用共聚焦培养皿，中间厚度也为0.17。

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。

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。本篇为永新光学股份有限公司供稿，永新光学作为国产光学显微镜前三甲企业之一，近几年在共聚焦显微镜、超分辨显微镜等高端光学显微镜方面取得一定成果。撰稿人：范靖琪 产品经理 永新光学股份有限公司仪器信息网：请回顾一下贵公司光学显微镜技术的发展历程。光学显微镜是一种精密的光学仪器，距今已有300多年的发展历史。永新光学承前启后，创造了多个中国显微镜的第一，如中国第一台大型天文望远镜、第一台航空摄影机等，被誉为“中国光学的摇篮”。1943年永新光学前身--江南光学仪器厂诞生了中国第一台生物显微镜，标志着我国光学显微镜事业的新起点。放眼未来，永新光学已有近80年的技术沉淀。从1980年研制了中国第一台天文望远镜、航测仪到2010-2019年由浙江大学设计、永新光学制造的多款光学镜头应用于嫦娥二号/三号/ 四号人造月球卫星。永新光学掌握超分辨显微镜等高端显微系统的关键技术，在定制化核心光学部件开发制造方面具有较强的竞争力，成为中国显微镜行业的龙头企业。公司致力于生命科学、AI智慧医疗和工业检测领域的科学仪器国产化替代，为物联网、自动驾驶、工业自动化、人工智能和专业影像设备等产业提供核心光学部件，年产10余万台光学显微镜和数千万件光学元件组件，是徕卡相机、德国蔡司、日本尼康等国际知名企业的核心供应商。宁波永新光学股份有限公司新厂鸟瞰图仪器信息网：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？目前，永新光学主推高端显微镜Nexcope品牌产品，包括NE900系列科研级正置生物显微镜、NIB600系列实验级倒置生物显微镜、NIB900系列科研级倒置生物显微镜、NSS-6数字切片成像系统等高端产品，并在今年重点研发推出NCF950科研级倒置激光共聚焦显微镜，陆续有科研机构及重点院校定制、安装并使用。目前公司在研超分辨显微镜，预计在不久的将来会和大家见面。在技术层面，永新光学独创多人共览显微镜系统，为多机型通用，可供多达10人共览，为所有观察者提供均匀的视野和最佳亮度；NOMIS Basic 图像处理系统实时采集图像和导入图像，可快速将小幅图进行拼接，形成高质量、高分辨率图像。对于我们的高端产品激光共聚焦显微镜而言，技术层次及性能上包含了高性能的平场复消色差物镜；调节精度可达到0.01%的高灵敏度4路激光器+声光调制器（AOTF）；高量子效率探测器；4通道同时成像；扫描分辨率达到4K等优点，在保持永新光学独有的性能的同时发挥产品高效性、多样性及实用性的利益最大化，满足客户更高品质的需求。永新光学NCF950四色激光共聚焦显微镜机组永新光学激光共聚焦显微镜通过对细胞器的观察和测定，对溶酶体、线粒体等细胞内特异结构的组分进行特异性标记，对其细胞迁移、纳米高分子材料载体靶向定位传递、细胞凋亡等生理变化进行研究；细胞骨架方面，能标记细胞中的肌动蛋白Actin、微管蛋白Tubulin等特异蛋白、细胞内代谢物、核酸类似物、蛋白酶等特异性分子，追踪细胞生长情况；神经生物学方面，在一定厚度的组织样品中获取神经元精细结构和形态变化的清晰图像，可尽早发现普通光镜下未能发现的神经组织的细微病变；发育生物学方面，可获取模式生物（如：果蝇、线虫和斑马鱼胚胎）的三维结构细节和动态变化；实时定量检测细胞内离子变化；氧化应激检测，用以检测细胞中的活性氧类（ROS）物质，研究动脉粥样硬化、癌变、缺血再灌注损伤和神经退行性疾病等；活细胞成像可实时观察小鼠胚胎3D成像、甲基化DNA检测等。目前，我们的机组在国内多个高校、科研院所和医院试用并得到良好反馈，且已经实现销售。以下图片为客户使用反馈后的样品，仅供参考。 海拉细胞（分裂、自噬）海拉细胞三维成像仪器信息网：贵公司主推的光学显微镜技术发展现状如何？还有哪些亟待解决的问题？从整个行业角度看，激光共聚焦技术正在不断发展壮大，发挥其独特的优势。激光共聚焦技术使人们探索微观世界的范畴从二维平面迈向了三维空间。激光共聚焦还具有灵活多变的实时声光调控系统，一方面可以通过在激光整合器后加入声光调制滤片系统实现局部光操作，对图像上特定区域进行扫描成像，另一方面还可在激发过程中采用顺序扫描的模式，减少了波段叠加，实时多通道采集。但目前在现有阶段还存在一些亟待解决的问题，比如快速扫描与高分辨率之间的矛盾，要想提高扫描速度，通常需要牺牲图像分辨率；低光毒性与高分辨率之间的矛盾，提高图像分辨率需要加强荧光信号，增强激光照射功率和时间，加上这种光的强度很高，从而造成光漂白导致的光毒性，降低染料荧光寿命和样品的存活率。而降低光毒性意味着减少激光照射功率和时间，不利于信号收集；另外还有串色、扫描背景强及图像信噪比质量不高等问题待解决。目前，激光共聚焦显微技术还存在着其他一些不足，比如扫描速度及光毒性程度与分辨率之间的矛盾，制约了活体细胞和组织荧光成像观测的范围；设备价格昂贵、对操作人员技术要求高，同样限制了该技术的应用。仪器信息网：您如何评价目前高端光学显微镜的应用情况？总体来讲，激光共聚焦技术具有高分辨率、高灵敏度和灵活性空间结构观察的特点，是使其成为生命科学、医学以及材料科学相关的诸多重要分支领域的全新科研实验手段和必备研究工具之一，为许多研究者提供了有力的技术支持和新的探索思路。激光共聚焦显微镜在生物学及医学相关领域的应用越来越广泛和深入，已经渗透到分子生物学、基因组学、免疫学、病理学、流行病学、肿瘤等相关分支领域。通过它可以直接观测到细胞形态学应用的组织、细胞之间的相互作用、真菌感染、组织微环境、组织重建和药物扩散等现象。激光共聚焦显微镜可很好地补充或替代许多操作繁琐的实验观察。除了在生物及医学研究领域，激光共聚焦显微镜在金属、半导体、芯片等材料科学及生产检测领域中也具有广泛的应用。另外，人们还利用激光共聚焦显微镜研究了其与电镜技术的互补应用。由此看来，随着现代高科技技术的发展，激光扫描共焦显微技术将渗透并应用到科技发展的各个领域。客户使用永新光学激光共聚焦显微镜NCF950的现场图仪器信息网：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？高端光学显微镜的市场主要布局在德国和日本。德国以蔡司（Zeiss）和徕卡（Leica）公司为代表，日本以尼康（Nikon）和奥林巴斯（OlymPus）公司为代表，据统计，他们四家占据着世界显微镜市场 50% 以上的市场份额。国产光学显微镜生产商和进口品牌厂商有着较大的差距，但是这种差距在逐步缩短。国产高端光学显微镜仍面临一些挑战，首先，我国光学显微镜行业企业数量较少，海外厂商占主导地位且市场集中度较高，现有的竞争者之间的竞争激烈程度较高，致使国内厂商很难站稳脚跟；其次，高端光学显微镜产品的特殊性，单次采购量有限，且往往需要定制，故其无法批量采购；另外，高校与研究院所对高端光学显微镜的要求较高，多倾向于购置海外厂商的高分辨率产品。对于永新光学而言，高端显微镜发展也有好的一面。由于高端光学显微镜行业壁垒较高，替代品较少，行业在短时间内各厂商替代风险较低，且近年来，国产光学显微镜企业都在加大研发力度，加速追赶步伐，随着近几年国产替代进度的加速，国内显微镜龙头厂商优势显现，高性价比的高端显微镜将逐步进入原有海外巨头厂商垄断的市场，推动我国精密光学元器件制造、光学材料、精密加工等行业的发展。未来几年，技术、成本等优势将助力光学显微镜发展。光学显微镜与CCD的结合，成为光学显微镜的一种新的突破，生产厂商也逐渐将软件信息应用于光学显微镜中，甚至将人工智能技术应用于光学显微镜中，使得光学显微镜操作更加简单和高效。在发展趋势上，伴随着以日本、中国、印度等为代表的亚太地区在医疗、科研、生命科学等领域的快速发展，对光学显微镜的需求将会保持较快的增速发展。信息软件技术、AI人工智能技术将会进一步应用到光学显微镜的市场应用领域。

Edward Boyden　　我们都知道，显微镜能够放大活细胞和组织，但是你想过用它观察更微小的细节么?这听起来特别像一个看过多次《爱丽丝梦游仙境》的科学家的幻想。但是，生物学家们以这个概念为基础发明来一种新的技术，利用普通的显微镜对整个大脑进行成像，展示出了精致的分子细节。　　这项技术叫做expansion microscopy，使用一种通常在婴儿尿布中可以找到的材料使生物组织膨胀。剑桥麻省理工学院(MIT)的神经学工程师(neuroengineer)Edward Boyden在上个月举行的一场会议中与他MIT的同事Fei Chen 和 Paul Tillberg报告了该技术。　　Expansion microscopy：超分辨率显微镜的转折　　Expansion microscopy是超分辨率显微镜的一个转折。2014年，美国科学家埃里克&bull 白兹格(Eric Betzig)，德国科学家斯特凡&bull W&bull 赫尔(Stefan W. Hell)，美国科学家威廉姆&bull 艾斯科&bull 莫尔纳尔(William E. Moerner)因超分辨率荧光显微技术获得了诺贝尔化学奖。这两种技术都在试图绕过物理定律带来的限制。　　1873年，德国物理学家Ernst Abbe推断，传统的光学显微镜不能区分距离小于200纳米的物体，这大约是可见光最短波长的一半。距离小于这个衍射极限的话，物体会变得模糊。光学显微镜的最大分辨率只能达到横向200纳米，纵向600纳米。　　超高分辨显微镜通过使用荧光分子绑定蛋白，更好的定位分子的发光来源，从而克服了Abbe指出的限制。利用这种技术，科学家可以区别出距离近达20纳米的物体。不过这项技术需要昂贵的、专业的设备，但可以解决一些厚结构的研究难题，比如大脑或肿瘤。　　神经科学家们一直想收集大脑更多的分子细节，比如神经突触中蛋白的位置、两个神经传递信息处的连接、甚至环绕大脑的一组神经元。　　在NIH的会议中，Boyden说：&ldquo 我们一直想做的就是找出让物体变得更大的方法。&rdquo 为了实现这个目标，他的团队用了一种叫做acrylate的化合物，该物质含有两种特性：第一，它可以形成密集的网状结构将蛋白质固定住 第二，它在水存在的情况下会膨胀。　　加点水，让一切变得神奇　　首先，组织需要经过一组化学混合物处理，使它变得透明 然后，用荧光分子绑定特定蛋白 最后将acrylate注入组织中。就像婴儿尿布一样，加水会使acrylate聚合物膨胀。经过拉伸，荧光标记的分子之间的距离越来越远。之前因为太近无法区别的蛋白在光学显微镜中有了新的焦点。在Boyden的展示中，该技术可以解决膨胀前分子距离近达60纳米的难题。　　最重要的一点是，膨胀的过程很大程度上维持了蛋白之间的相对方向和连接，保持其它细胞结构的完整。该技术使蛋白相对位置的失真程度为1-4%。Expansion microscopy与其它超高分辨技术相比表现了良好的性能。　　在一项试验中，研究人员用Expansion microscopy测定膨胀的小鼠大脑神经突触两端的蛋白质之间的距离，结果与用超高分辨技术测量的数据几乎相同。　　此外，Expansion microscopy在复杂组织的三维成像上表现的更好。在会议中，Boyden展示了一个半毫米厚度的小鼠大脑海马区的图像，揭示了邻近神经元之间的连接。放大图像还能看到突触结构的细节，叫做boutons，是释放神经递质的地方。Boyden的团队用Expansion microscopy还研究了果蝇和斑马鱼的大脑，目前正在用研究人类的大脑。　　技术总是在不断的超越　　加州理工学院的神经学家Viviana Gradinaru说，Boyden的这项技术是科学家如何通过改变生物组织绕过固有限制的好例子。2013年，Gradinaru与斯坦福大学的Karl Deisseroth领导的团队报告了一种去除脂肪，从而让小鼠完整大脑透明化的方法。这种方法让厚的组织在光学显微镜下得以成像。去年，Gradinaru的团队将这项技术运用到了其它器官和整只老鼠中。　　悉尼大学显微镜专家Guy Cox说：&ldquo Expansion microscopy确实非常巧妙，但是它的实际用途有多大还不清楚。如果它要用在很关键的地方，我推测它会与超高分辨技术结合起来。它的着重点应该是分子研究，而不是整个细胞。&rdquo

光学显微镜在生命科学领域有着广泛而重要的应用，而相较于普通光学显微镜，不断发展的高端光学显微镜在分辨率、成像深度和速度以及自动化等方面具有独特优势，对于科研人员来说更是发挥着越来越重要的作用。仪器信息网对近两年发布的高端光学生物显微镜新品进行盘点，包括共聚焦显微镜、超高分辨率显微镜、双光子显微镜、光片显微镜、全玻片扫描系统、光镊-共聚焦显微镜以及为了克服单一技术的缺陷而出现的多技术联用显微镜，带大家一起走进生命科学发展不可或缺的微观技术世界。进口篇：不断精进蔡司作为德国百年精密光学仪器公司，其创新研发能力的确优秀，产品更新换代速度较快，近一年就发布了多款新产品，包括Lattice Lightsheet 7晶格层光显微镜、Elyra 7 with Lattice SIM2超分辨显微成像系统、全自动数字玻片扫描系统Axioscan 7和紧凑型显微镜Primostar 3。蔡司Lattice Lightsheet 7晶格层光显微镜Lattice Lightsheet 7晶格层光显微镜于2020年底上市，晶格光片技术来源于诺贝尔奖获得者Eric Betizg教授发明的晶格层光显微成像技术，该技术对光进行结构化调制，使光片更薄，更长。光毒性低，可以实现长时间以亚细胞分辨率观察细胞及微小生物体的3D动态过程。Lattice Lightsheet 7晶格层光显微镜蔡司Elyra 7 with Lattice SIM2超高分辨率显微成像系统Elyra 7 with Lattice SIM2超高分辨率显微成像系统是应用于生命科学研究的高端光学显微镜产品，在2019年发布的Lattice SIM基础上进行升级迭代，属于晶格照明技术与SIM超分辨率显微技术的结合，用高光效率克服传统SIM在成像速度、深度和光毒性等方面的局限性。相关参数：分辨率：xy 60nm,z 200nm 成像速度：达到255fps；可用于活细胞成像等。Elyra 7 with Lattice SIM2超分辨显微成像系统蔡司全自动数字玻片扫描系统Axioscan 7Axioscan 7是在Axio Scan.Z1基础上优化和升级，有明场、荧光、偏光和TIE反差成像多种模式，可以实现批量样品的连续扫描，在神经生物学研究、肿瘤免疫研究和组织分析中有良好应用。全自动数字玻片扫描系统Axioscan7奥林巴斯也推出2款新产品，分别是光片显微镜Alghα3和研究级全玻片扫描系统VS200。奥林巴斯光片显微镜Alghα3光片显微镜Alghα3是今年年初在中国发布的一款新产品。该产品光片显微技术来源于PhaseView公司的多向选择平面光显微成像技术（mSPIM），还使用了“聚焦扩展”专利技术。产品介绍中，技术特点包括，可实现生物样本快速原位成像，双重照明技术能够实现亚细胞分辨率成像，超薄光片照明以及可以实现更多成像物镜和电动部件的组合等。光片显微镜Alghα3奥林巴斯研究级全玻片扫描系统VS200奥林巴斯研究级全玻片扫描系统VS200于2019年底上市，2020年正式在中国销售，利用明场、暗场、相衬、偏光、荧光五种成像，方式，主要用于教学、会诊、培训和科研等多种场合,可应用于神经生物学、发育生物学、组织病理学等领域研究。奥林巴斯研究级全玻片扫描系统VS200在我们现在常说的超分辨显微镜之前，共聚焦显微镜属于第一代超分辨显微镜，其分辨率同样可突破衍射极限（200nm）。共聚焦显微镜面世已经超过25年，对于科研用户来说相对较为惯用。尼康AX/AX R共聚焦显微镜今年4月，尼康发布了其第十代点扫描共聚焦——尼康AX/AX R共聚焦显微镜，在人工智能技术、分辨率、灵敏度和成像速度方面都有所改进。这款产品也是尼康时隔十年再次发布的该系列共聚焦显微镜，上一代产品还是A1。尼康AX/AX R共聚焦显微镜LUMICKS C-trap G2 超分辨光镊-共聚焦联用系统在近期的展会上，笔者还看到了一款光镊荧光共聚焦显微镜——C-trap G2光镊-共聚焦联用系统。据工作人员介绍，这也是全球首台超高分辨率光镊-共聚焦显微镜联用系统，进入中国市场不久。这款产品是集超高分辨率光镊、共聚焦显微镜（或STED超分辨显微镜）和微流控与一体的单分子操作分析系统据，用于对生物大分子进行操控，研究亚细胞结构，细胞器的力学特性、操控蛋白液滴，研究细胞相分离，将荧光-力学信号同时采集，可用于蛋白质与DNA相互作用以及对蛋白构象变化的研究。C-trap G2光镊-共聚焦联用系统国产篇：多点开花基于中国自主核心技术的产品近几年有很多喜讯，国内高端显微镜也出现了繁荣的景象。超视计HiS-SIM智能超灵敏活细胞超分辨显微镜广州超视计是一家成立不足三年的高新技术企业，2020年11月推出HiS-SIM智能超灵敏活细胞超分辨显微镜。该产品是自主设计和生产的结构光超分辨显微镜，核心技术来源于北京大学陈良怡教授团队，曾被评为“2018年中国光学十大进展”。目前该产品已经完成商业化生产并已有多家用户使用。相关参数：分辨率：60纳米，可辨识线粒体内嵴及其动态过程；灵敏度：光强相比其他结构光超分辨率显微镜：1/10，比PALM/STORM超分辨显微镜：1/1000，比STED超分辨显微镜：1/400000；成像速度：最快564Hz，可观察到囊泡分泌孔道和新中间态；超低毒性：连续1小时1Hz成像无漂白。HiS-SIM智能超灵敏活细胞超分辨显微镜SIM-ultimate转盘-结构光多模态超分辨系统笔者认为SIM-ultimate转盘-结构光多模态超分辨系统是今年非常有看点的一款新品，今年7月在合肥的生物物理大会上发布，据介绍，这是国产显微镜企业和进口显微镜企业的第一款战略合作高端光学显微镜。该产品集合了是广州超视计的HiS-SIM智能超灵敏活细胞超分辨显微镜和奥林巴斯的Spin SR超高分辨转盘共聚焦显微系统，产品介绍显示，两款显微镜的结合，打通Spinning Disk Confocal、Spinning SR、2D-SIM、TIRF-SIM等成像模式，并在各模态中全方位嵌入最新的实时重建和稀疏重建功能，联合开发跨平台硬件操控，根据各种不同的活细胞成像需求让用户来探索合适自己活细胞样本的成像流程和模式组合，让许多生命科学问题迎刃而解。“ultimate”有“终极”之意，体现了产品研发人员对其应用和功能的信心。SIM-ultimate转盘-结构光多模态超分辨系统纳析光电Multi-SIM多模态结构光超分辨智能显微镜北京纳析光电科技有限公司的Multi-SIM多模态结构光超分辨智能显微镜，这款产品目前还没有正式发布上市，在一些展会上已经能够看到它的身影，且据悉已经有多台样机在生命科学研究平台进行试用。该产品的技术来源于中科院生物物理所李栋研究员团队，曾获得2018年度“中国科学十大进展”。产品介绍显示，Multi-SIM实现了将超分辨成像实验室指标工程化为高稳定、可靠、易操作的商业产品，提供高速、长时程、超分辨活细胞成像全流程解决方案，具备多种独家研制的SIM超分辨成像模态。可为生物医学研究、临床病理，以及药物精准筛选提供五维（5-D：X-Y-Z-Time-Color） 超分辨成像解决方案。相关参数：2- D超分辨，84纳米（TIRF-SIM）；60纳米（Nonlinear-SIM）3- D超分辨，X-Y:100纳米；Z：320纳米成像速度快，大视野多模态：可以根据生物问题特点选择合适的SIM成像模态：TIRF-SIM-细胞膜；GI-SIM-细胞器；Single Slice-SIM-细胞内单一层次；Stacked Slices-SIM-细胞内多层次堆叠；3D-SIM-全细胞。Multi-SIM多模态结构光超分辨智能显微镜超维景微型化双光子显微镜FIRM-TPM北京超维景生物科技有限公司的微型化双光子显微镜FIRM-TPM于2018年上市，目前更新到第二代，是一款头戴式双光子显微镜。该产品技术来源于北京大学程和平院士团队，还有其他北京大学的专家参与，曾被Nature Methods 评为“2018年度方法”，被国家科技部评为“2017年度中国十大科学进展”。FIRM-TPM可实时记录自由行为动物的大脑神经元和树突棘活动，支持钙成像，并可在同一视野长时程反复成像。系统能够配置移动的轴向扫描模块，实现三维成像和多平面快速切换实时成像，用于脑神经回路观察；还可配置光遗传模块，对神经元和大脑神经回路活动进行精确控制。微型化双光子显微镜FIRM-TPM国产共聚焦显微镜也有一些突破，笔者了解到有正在研究的技术和工程样机，也有意欲上市的成型产品。近两年已经上市的，有永新光学的NCF950共聚焦显微镜和世纪桑尼的CSIM 110共聚焦扫描成像模块。永新光学NCF950共聚焦显微镜永新光学的NCF950共聚焦显微镜于2020年底发布，据称是国内首台商业化四色共聚焦显微镜，技术接近国际竞品水平，主要在生物学研究领域应用。据介绍，目前该产品在国内多个高校、科研院所和医院试用并得到良好反馈，且已经实现销售。其主要特点包括便捷的交互方式和多种操控方式；基于高灵敏度的光电倍增和稳定激光光源可得到高信噪比图像。采用高速扫描振镜，实现高达 4096x4096 的实时扫描分辨率；在扫描头、激光器、探测器和物镜方面根据用户使用体验也作了相应设计。NCF950共聚焦显微镜世纪桑尼CSIM 110共聚焦扫描成像模块世纪桑尼CSIM 110共聚焦扫描成像模块早在2020年1月上市，目前已经完成多项销售。CSIM 110共聚焦扫描成像模块的创新点包括（1）光路设计更简洁，降低光信号的损失，提高模块检测灵敏度；（2）优化信号的探测类型，获得更高效的信号采集。世纪桑尼共聚焦模块在国外篇最后提到的光镊技术是2018年诺贝尔物理学奖获奖技术。据了解，西安交通大学的雷铭教授团队也正在进行相关技术的研究工作。此外，雷铭团队还研发了结构光照明三维荧光显微镜、结构光照明三维彩色显微镜和结构光照明超分辨荧光显微镜，也有商业化的打算。笔者按：如今，高端光学显微镜尤其是在活细胞超分辨成像技术方面，进口产品以及国内不同团队的技术各有千秋，在被“四大家”长期统治的高端显微镜市场，出现了越来越多的国产显微镜身影，而且还有许多科研团队在投入研究更多技术。技术已然实现突破，再攻克产品商业化的难题，笔者相信，未来国产品牌在中国高端显微镜市场必将占有一席之地。

我们用显微镜来观察细胞，因为显微镜可以让物体的影像变大。但如果把物体本身变大不就有相同效果？这种看似不科学的说法要如何办到？答案跟婴儿用的尿布有关。麻省理工学院神经工程师 Edward Boyden 研发一种称为&ldquo 扩展显微镜&rdquo (expansion microscopy) 的技术，让被观察的物体膨胀，生物学家甚至可以用普通显微镜看到分子等级的脑部细节。与昂贵技术有相同效果Boyden 的技术其实跟 2014 年诺贝尔化学奖三位得主的萤光显微技术可以做个对比。诺贝尔奖的显微镜技术突破了可见光最小波长 400 纳米的限制，对于距离只有 20 纳米的物体仍能清晰分辨，不过缺点是所需的仪器很昂贵，且面对有厚度的物体较不易观察，例如肿瘤细胞或是整个大脑。Boyden 的技术则可以观察立体的组织，例如脑部神经细胞之间突触间隙及间隙一端的突触钮 (synaptic bouton)。Boyden 运用的是丙烯酸类聚合物。常见的尿布或卫生棉之所以具有锁水功能，其中便含有丙烯酸；丙烯酸还能留住蛋白质分子。在 Boyden 的技术下，首先要把萤光分子锁定在要观察的蛋白质上，然后开始注水，要观察的组织因为加入丙烯酸而膨胀了 91.125 倍（三维方向各自膨胀 4.5 倍）。因为组织膨胀，被萤光分子标记的蛋白质彼此距离也拉开，可以让用可见光进行观察的显微镜也能看见。Boyden 表示这项技术可以让原先距离在 60 纳米以上的分子被清楚观察。物质膨胀但无太多质变重要的是，组织中的细胞仍然保持完好状态，蛋白质的相对位置与方向没有太大的改变，如上图左是膨胀后的样子，与图右的原始状态比较改变不大。这项改变根据研究团队的估计，大约是 1% 至 4% 之间。2014 年诺贝尔化学奖得主之一的 Stefan Hell 表示，这项技术很有趣也值得继续发展，他提到 1990 年代德国就有科学家有类似的点子，但看来 Boyden 的研究团队才是真正把构想实现的人。（首图来源：Boyden, E., Chen, F. & Tillberg, P. / MIT / Courtesy of National Institutes of Health）

奥林巴斯DSX系列光学数码显微镜获得了全球著名的德国"iF设计奖"（2013年iF产品设计奖）。奥林巴斯光学数码显微镜DSX系列工业显微镜依靠直观的可操作性，简单的触摸面板操作等工业显微镜领域中的新颖设计脱颖而出。而光学显微镜领域中第一台具有触摸屏功能的数码显微镜就是来自于奥林巴斯的DSX系列显微镜。兼具数码显微镜的操作性和普通显微镜的可靠性。 奥林巴斯光学数码显微镜使显微镜能以高分辨率观察样品的细微结构，在简单的操作中获取、观察超越数码显微镜的高画质影像，执行高精度测量并生成报告。DSX系列光学数码显微镜适用于各种材料分析，如电子元件，测量和观察等。 关于"iF设计奖" ：德国的"iF设计奖"是全球最重要，最富盛名的工业产品设计之一。iF设计自1953年成立以来，象征优质设计的iF设计奖已成为国际公认的商标，企业与设计公司将iF标志延用到他们的宣传活动上，做为彰显产品与服务质量的视觉符号，对于以设计为导向的产品之采购主而言，iF标志为全球市场购买决策之重要依据。 德国iF设计金奖是IF所有奖项中含金量最高的奖项。"德国iF设计金奖"的获得，不仅仅代表某产品的杰出设计品质在国际范围内得到确认，还意味着该产品获得了设计与商业范围内最大程度的认可。

1989年，ANDOR在贝尔法斯特女王大学创立，总部设立在北爱尔兰的贝尔法斯特， 致力于为学术、工业和政府机构客户提供专业的光学探测解决方案和优质服务。上世纪八十年代，在贝尔法斯特女王大学物理系，ANDOR创始人Donal Denvir在研究工作时发现当时应用的相机不能满足他们的实验需求，因此开发研制了一台全真空密封的相机供自己使用，新研制的相机成功应用于各种成像和光谱研究。此后，女王大学的其他研究团队和众多其他高校研究人员也对此类相机产生了科研需求。此背景下，1989年，ANDOR在贝尔法斯特女王大学创立，总部设立在北爱尔兰的贝尔法斯特， 致力于为学术、工业和政府机构客户提供专业的光学探测解决方案和优质服务。创立32年以来，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，为单光子探测、多维活细胞显微观察等应用提供了强大而经济的解决方案，在生命科学等领域被广泛应用；2009年，联合推出sCOMS相机，被广泛应用于物理科学、生命科学、材料科学、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。2015年，ANDOR加入牛津仪器，引领牛津仪器战略扩展至纳米生物领域。2020-2021两年期间，ANDOR中国实施多项调整措施，发挥出色供应链管理能力，进一步满足国内科研工作者的需求。如上，ANDOR已经发展成为科学成像、光谱解决方案和显微系统的全球知名品牌。其产品技术应用广泛，涵盖物理科学、生命科学，以及工业等领域。为全面认识ANDOR，BCEIA 2021期间，仪器信息网采访了牛津仪器ANDOR中国区经理朱飞，请其分享了他眼中的ANDOR，及ANDOR在中国市场的本土化发展现状。访谈现场（右：牛津仪器ANDOR中国区经理朱飞）从普通相机到科学相机：解决“弱光”、“快速”问题我们生活中常见的单反相机等普通相机与ANDOR主要产品技术的科学相机原理相同，都是一种利用光学成像原理形成影像并记录影像的设备。但也有许多不同之处，为便于理解，本次的访谈首先从结构功能和解决哪些问题两方面谈了科学相机的“科学”之处。结构功能方面的两点不同首先，科学相机的芯片尺寸更大。这意味着可以获得的光子数目更多，更灵敏的探测到光信号，即承载光子的能力越强。如此，在弱光条件下，科学相机相比普通相机，就可以展示其弱光成像的优势。其次，科学相机整体尺寸也更大，这与其配置更多智能化功能有关。比如，在傍晚使用普通相机拍照时，需要较长时间的曝光量，而科学相机或许只需几个毫秒就可以达到更高的清晰度。这是由于科学相机更高的灵敏度，除了芯片更大，另外基于ANDOR的UltraVac技术，将芯片密封于一个真空腔中，与外部环境间的热交换控制在低水平，得以实现对芯片的深制冷，芯片噪声极大下降，进而大大降低了图像的噪点。科学相机主要解决的三个科学问题首先，科学相机解决的更多的是“弱光”成像问题，这是普通相机无法企及的。其次，科学相机可以解决动态范围大的问题，动态范围即在一个视场下最强信号与最弱信号的比值，比值越大，则包容的信息越多，更容易得到各层次都清晰的图像。比如拍摄火焰，普通相机会过曝，而科学相机则可以通过一定的方法，将火焰的每个层次都拍出来，这对于航天发动机的研究中通过火焰成像反演浓度配比、工艺等都十分重要。第三，科学相机可以解决“快”的问题，单反相机连拍功能可以每秒连拍几张照片，而科学相机则可以达到成千上万幅的帧速。而快速成像在物理科学、生命科学等领域都有着广泛的应用。光信号→电信号→数字信号拓展来讲，所有相机的功能都是一样的，就是把光信号转变成电子信号，然后电子信号再通过数位数模转换，转换成数字信号，所以我们看到的图像都是不同信号强度呈现的结果。科学相机大部分的探测器范围在200nm-1100nm之间，在这个波长范围内的光，科学相机都可以探测到。如果超出此范围，则可以在相机探测器前加一个材料（如晶体）将光的波长转换成可以探测的范围内，进而便可以用科学相机观测。比如，电镜中成像的相机，由于发射的二次电子等电子波长超出了科学相机的探测范围，因此往往会在探测器前加一个闪烁体，将其转变成科学相机可以探测的波长进而将信号转变成电信号，再通过数位数模转换成数字信号，最终得到电镜图像。ANDOR业务布局：纵向基于弱光成像，横向围绕多学科交叉纵向：围绕弱光、快速成像的五大产品线从产品层面而言，ANDOR希望产品技术契合的是“弱光”、“快速”成像领域。围绕“弱光”、“快速”，ANDOR推出一系列产品技术方案，并广泛应用于物理科学、生命科学等领域。“弱光”方面，比如EMCCD相机，在物理科学领域可以用于天文观测，通过观测一些恒星微弱的光变，来帮助科学家探寻系外星系。近年来，EMCCD相机在量子光学领域也被大量应用，主要用于冷原子的拍摄，进而探索原子更多纯粹的性能，这些都解决了“弱光”的问题。“快速”方面，是大多数科学研究领域都需要的技术需求。比如ANDOR于2009年推出的sCOMS相机在生命科学领域，应用于DNA测序、高内涵、高通量药物筛选，这些都需要快速的筛选速度，拍摄每秒上百幅的帧频，以极大提高观测的通量。天文观测时，大气抖动会导致星星闪烁，要消除这一现象，可以采用幸运成像的方式，将曝光时间调至很短，如毫秒级，不断拍摄，然后通过后期软件处理得到更清晰图像。再如，生命科学应用中的钙离子成像，通过电火花信号传导，过程很快，也需要短时间内快速拍摄多幅图像，才能通过图像分析整个动态过程。围绕“弱光”与“快速”，ANDOR产品主要涵盖五大类。一是科学相机，基于弱光成像，相关型号比较丰富，从灵敏度高的可以探测到单光子级别的EMCCD，到业内广为使用的sCMOS相机，再到应用于需要长时间曝光的极弱光实验的专用CCD等。产品囊括观测范围小至细胞观察，大至整个宇宙星系观测的科学相机。二是光谱，主要包括光谱仪、紫外-近红外-短波红外光谱相机、光谱附件等。如2019年ANDOR推出智能化光谱仪，利用Adaptive Optics技术，给用户提供了区别于传统光谱仪的智能对焦功能，帮用户简化实验、操作更容易。三是显微成像系统，其中就包括2016年获得R&D 100（国际科技研发领域极为推崇的科技研发奖）的Dragonfly转盘共聚焦成像系统，其扫描速度相比传统点扫描快10倍以上，在市场上被广泛认可，并取得巨大成功。同时，ANDOR收购了Spectra Instrument公司，其Borealis™ 均匀化照明技术帮助ANDOR在显微成像均匀度方面脱颖而出，从小尺寸的细胞到大尺寸的组织等成像方面都具有明显优势。四是Imaris图像分析软件，在多维图像处理领域，三维、四维图像处理软件的客户主要是生命科学研究者，这些研究者用Imaris进行跟踪分析从而得到想要的结果，且该软件可以和高速共聚焦成像平台联合使用。具体应用包括细胞之间动态化研究、神经免疫学、癌症治疗研究等。五是光学恒温器，该产品系列今年首次纳入ANDOR，来自牛津仪器纳米科学部门。该产品系列主要服务于物理科学，为科学家提供从3k到500k范围的低温环境从事相关研究，比如，拉曼光谱、荧光光谱、太赫兹、傅里叶红外光谱等手段表征时，样品材料需要在低温条件下才能更加显著的吸收信号，而光学恒温器就为这些实验提供合适的低温环境。横向：多学科交叉发展下的三大应用领域从产品应用领域而言，当下，物理科学与生命科学在许多场景下结合紧密。时下火热的超分辨成像技术多数便是一群物理学家在开发生命科学领域的应用仪器。如STED成像技术、SIM成像技术、单分子开关技术等，无一例外都利用了物理科学的一些方法。而ANDOR也是物理科学背景起家，基于对产品的理解，为生命科学家们开发出一系列生命科学的仪器。未来，各学科之间的交叉将会越来越多，科学仪器领域相关交叉表现也十分明显。比如，以往的光谱仪并没有配置显微镜，主要通过拉曼、荧光光谱等检测一些晶体或块状样品。而随着整个研究向微观尺度的发展，拉曼光谱等逐渐开始与电镜、原子力显微镜等联用，以进一步解决纳米尺度的科学问题。从此角度而言，ANDOR也在以仪器为核心，探寻各类仪器之间的契合点，并不断开发或拓展能够满足未来科学发展融合需求的仪器技术或解决方案。基于此，ANDOR主要业务可分为三大应用方向，即生命科学、物理科学，以及工业三大领域。针对个性需求，设立“客户需求定制部门”ANDOR科学相机等产品经常可以搭配在其他仪器上使用，ANDOR会有许多对产品设计有个性化需求的客户。针对此，除了要求每一位销售/售后工程师都具备丰富的产品知识、客户应用知识，ANDOR还特别设置了“客户需求定制部门”，为工业合作伙伴的特殊需求提供便利。比如，ANDOR已有的科学相机、光谱商品化产品可能不能符合这些客户需求，相关个性需求包括：个性外壳需求、公司VI喷涂、不同功能模块的选配、光谱范围的定制等，客户需求定制部门则可以与客户进行沟通并尽量满足。而定制化能力也是ANDOR长期专注于工业领域解决方案的一个基础。ANDOR在中国：科学相机保有量超5000台，加速本土化发展业绩同比增30%，中国业绩占比20%牛津仪器在过去20年，具有保持每年20%左右增长的不俗表现，而ANDOR的业绩表现也十分亮眼。据朱飞介绍，ANDOR中国在去年业绩受疫情影响不大，今年更是通过内部的快速调整、人员架构的变动、新品发布等措施，目前业绩已实现相比去年同期30%的增长。从全球布局来看，ANDOR全球业务按地区分为北美洲、欧洲、亚太，三者基本三分天下，而中国市场业绩占比约近20%，已成为ANDOR重要的市场之一。ANDOR在中国，除了20余位销售和应用团队的支持，也在2016年成立中国客户服务中心，解决维修等本土化售后问题。同时，为便于更好的售后服务落地，ANDOR中国的售后应用团队规模还在不断壮大。各兄弟部门之间协同合作，提供更全面解决方案2015年，ANDOR加入牛津仪器，随之ANDOR在人事、财务、市场推广等方面得到牛津仪器的大力支持。牛津仪器各个业务部门之间定期会有产品技术培训、市场信息、客户关系等方面的沟通交流活动，为客户提供更加专业高效的服务。例如ANDOR和纳米科学部门在量子领域、ANDOR 和 AR部门在生命科学领域等都可以有很多灵活的合作方式。 同时各业务部门之间会定期安排内部分享会，分享产品技术，增进相互了解与合作；分享各自业务，便于为各自覆盖的用户提供更全面的解决方案，帮助业务得到更好的拓延等。典型的案例就是，牛津仪器在锂电领域开展的综合解决方案便融合了纳米分析、原子力显微镜、拉曼光谱等系列相关技术。ANDOR科学相机中国保有量超5000台！加速中国本土化发展谈及ANDOR中国客户的印象，朱飞回顾道，自己入行15年有余，见证了中国科学家用户的快速成长，从最初许多的跟随发展，到目前中国科学家在许多领域的领衔发展。尤其是近几年，中国在生命科学、量子科学等领域已经走在世界前列，甚至引领世界向前发展。ANDOR也很荣幸能通过一些仪器技术为这些科学家的研究发展不断助力。伴随在中国市场的长期耕耘，ANDOR十分重视中国本土化发展。对于中国本土化建设，朱飞表示，第一，要培养本土化的人才。首先是销售，ANDOR的销售不仅可以做产品演示，也可以做产品安装，甚至走出去也是某一个行业的专家，为客户分享ANDOR产品知识及广泛应用。而售后应用工作者则除了了解产品知识，也需要充分学习客户的研究与应用，为客户的需求提供更加合理的解决方案。第二，要保障售后的落地与高效。根据近期的统计，ANDOR在中国市场科学相机的保有量大概超过5000台！如此庞大的基数和时间积累，难免有故障需要维修。如上文提到，ANDOR已经实现本地维修，为客户提供便捷的售后服务，使服务周期由几个月降至一周以内，帮助客户节省时间与金钱成本。第三，通过相关培训，提高ANDOR中国团队的软实力。越来越多的本土化思维与理念，对团队进行系统培训，不仅仅是产品知识，还包括管理能力、演讲能力、英文口语能力、销售技巧等全方位的培训，让团队每一位员工找到自己的价值，ANDOR希望为大家提供一个共同学习进步的平台，为大家创造更多机会，实现个体与公司共同成长。

光学显微镜是科学研究必不可少且应用广泛的科学仪器，相关技术曾多次获得诺贝尔奖，光学显微技术的不断进步也推动着生命科学、材料、工业等多个领域的发展。过去几十年，我国光学显微镜制造企业偏重于生产低端教育用显微镜，而绝大部分实验室和科研用显微镜依赖于进口。近几年，国产高端光学显微镜在生命科学、材料学等领域都取得了长足进步，出现了高端光学显微镜国产替代速度加快的趋势。2021年，国产光学显微镜头部企业宁波永新光学股份有限公司（以下简称“永新光学”）完成共聚焦显微镜首单销售，正式进军“百万级”高端光学显微镜领域。近日，仪器信息网专访了宁波永新光学股份有限公司总经理毛磊，深入交流了国家发展高端光学显微镜的意义、国产高端光学显微镜的行业现状以及永新光学在高端光学显微镜业务的布局考量。宁波永新光学股份有限公司总经理毛磊我国光学显微镜发展现状：存在产业分层当前，我国光学显微镜制造厂家有数十家，产品结构有清晰的分层：绝大部分厂家主要生产学前儿童和普通教学类显微镜，属于成本领先型；国内头部光学企业永新光学、舜宇光学和麦克奥迪则进入高端显微镜制造领域并已形成规模，属于成本和技术双领先型。这三家企业既有经济实力支撑，也有产业基础，且均为上市企业。而在早期，欧洲和日本的光学显微镜发展同样经历了产业分层的过程。20世纪初，欧洲有几十家显微镜工厂，而目前主流传统企业仅有两家，分别是徕卡和蔡司。日本在上世纪五六十年代也有数十家显微镜企业，现在规模较大的主要是尼康和奥林巴斯。毛磊认为，目前中国存在几十家显微镜企业也算正常，但最后做高端显微镜的厂家不会特别的多，产业总归会相对集中。近几年，国内涌现出一些高端光学显微镜科研成果转化型创业公司，率先在超分辨显微镜、共聚焦显微镜、光片显微镜等高端技术领域推出产品，而包括永新光学在内的头部光学企业虽然已经具备成熟的研发制造能力，在该领域却相对滞后一些针对当前这一现象，毛磊解释道，从“十二五”规划起，科技部支持了众多重大仪器专项，其中由高校和科研院所承担的一些项目成果转化而派生出一些创业公司。这些公司全面生产高端显微镜会有一些限制，因其专门研究仪器中的关键技术，生产某一类或少数几类产品，本身制造能力有限，零部件及主机系统等都需要购买，因此实现产业化还有很多问题要去解决。两大成果 开启高端光学显微镜元年永新光学成立于1997年，其前身是江南光学仪器厂和宁波光学仪器厂，其中江南光仪厂的历史可以追溯到1943年。经过几十年的发展，目前永新光学已成为我国光学显微镜制造业中的领军企业。2018年，永新光学在上海证券交易所主板上市，成为中国以显微镜为主营业务的第一家上市公司；2020年，永新光学经工信部复评升级为光学显微镜产品领域国家级制造业单项冠军示范企业。永新光学有两大核心业务板块，分别是科学仪器和光学元件组件。据介绍，2021年前三季度公司的光学显微镜业务增长超过20%，其中高端光学显微镜业务的增速远高于整体显微镜业务。毛磊表示，在疫情尚未结束的情况下，取得这样的成绩并不容易。关键是，公司光学显微镜的产品结构发生了变化，高端光学显微镜比重增加。在“十三五”国家科技重大专项和重点研发计划项目中，永新光学主导承担了“高分辨率荧光显微成像仪研究及产业化”项目，历时5年顺利完成，其中最具代表性的成果是共聚焦显微镜。2021年，永新光学研制的共聚焦显微镜实现首台/套的销售。毛磊称，对于中国来说，这算是一个标志性事件，因为国产制造企业对价值上百万的高端光学显微镜进行批量市场供应还是第一次。同时也意味着，我们与尼康、徕卡、蔡司、奥林巴斯这些企业，在高端光学显微镜领域开始有竞争了。对于永新光学，2021年还有一项重要成果，即公司承制的太空显微实验仪与天和核心舱一起升空。10月，永新光学接到中国宇航员中心的信息，称这台显微镜图像质量、视频、荧光效果都非常好。“这也是‘0到1’的突破，这款仪器是随着我国太空科技的发展应运而生的。”承担“十四五”重大仪器项目 研制SIM超分辨显微镜继两项重要成果后，近期，永新光学再一次从7家申报单位中脱颖而出，成功获得“十四五”国家重点研发计划“基础科研条件与重大科学仪器设备开发”重点专项的“超高分辨活细胞显微成像显微镜”项目。国家十分重视国产化率和自产自制能力，永新光学之所以能在激烈的竞争中得到该项目，很大程度归功于其出众的自产自制能力。“国家的目的是让整个高端光学显微镜系统能够国产化，关键的部件和技术也很重要，所以本次超高分辨率显微镜项目联合了西安光机所、浙江大学、北京大学等8家单位，由我们企业牵头进行整个系统的集成以及软件开发。”毛磊讲到，“成功研制共聚焦显微镜，说明我们已经达到国外高端显微镜的中低水平，待超分辨显微镜研制成功，就可达到国外高端显微镜的中档水平，将又上一个台阶，正一步一步往上发展。”永新光学战略规划：要实现显微科学仪器高端化据了解，目前国内高端光学显微镜的市场规模约为30亿元人民币，全球约50亿美元，增长空间很大。毛磊表示，永新光学开始布局高端显微镜领域，一方面是出于情怀，另一方面是通过转变发展方向来提升盈利能力。量大面广的显微镜属于成本领先型，厂家需要控制成本，但现在人力资源成本、能源成本、场地成本等越来越刚性化，一味控制成本将导致盈利空间有限。现阶段，需要通过技术能力的提升，来获取更大的盈利能力。2021年，永新光学新修定的五年战略发展规划（2021年-2025年）中明确以“赋能型精准突破式发展战略”为总体发展战略，计划通过5年时间，实现5倍产值规模和5倍效率。毛磊指出，这里5倍的产值规模的实现，仪器部分将主要来自于高端产品的增长。永新光学的战略规划把高端显微科学仪器的发展列入了其中，要实现显微科学仪器高端化。“我们没有强调‘国产替代’，而是‘高端替代’，因为科学仪器无国界，只要我们的科学仪器达到了高端水平，那么德国、美国乃至全世界都会接受，有朝一日一定会像日本的尼康和奥林巴斯的显微镜一样卖到全世界。另外，科学仪器不像电视机等大众消费品，对大众消费品来说仅中国的市场就足够大了。而科学仪器很小众，它的销售不能只着眼于国内，而是一定要形成规模卖到全世界。”国家意志：切切实实提升我国核心装备和重大科学仪器的研制能力王大珩院士曾经讲过，如果经济是一条龙，仪器仪表就是龙的一双眼睛，如果没有眼睛，做事情就没有方向。毛磊讲到：“仪器仪表行业呈现散、小、分离的特点，是一个做起来比较辛苦的行业，但这恰恰也是我国最需要解决的问题，未来是一个方向性的行业和产业，只有仪器仪表产业真正强大了，才能够真正说明国家‘有实力了’。”曾经有相当长一段时期，巴黎统筹协议委员会专门对社会主义阵营实行禁运和贸易限制，仪器销售同样受限。“当时我国科研水平很低。假如今天美日德等发达国家对我们的科学仪器进行封锁，我国的科研水平将受到影响。因此，国家意志很清楚，就是要切切实实地提升我国核心装备和重大科学仪器的研制能力。”当前，发达国家经济构成中很大比例源于高端科技领域。毛磊认为，新的一百年，中国要做高质量的产品，发展高端技术，这样才能发展成为一个强国。当前国家和地方对国产科学仪器的发展政策十分利好，多地发布了相关政策鼓励医疗部门购买国产显微镜，因为一部分国产显微镜已经完全能够满足用户需求；与此同时，对高校科研设备采购的国产化比例也有了要求，而过去并没有限制。随着政策调整和制造业转型升级，国家就业环境也逐渐发生改变，传统行业和新兴技术之间的融合加大对交叉学科人才的需求，这驱使更多的年轻人才开始流到制造业，毛磊认为，人才流向也是国家支持政策的一大利好表现。国产仪器提升还需用户使用和反馈我国科研实验室使用进口仪器已经有几十年的历史，现在仍是如此。近期在清华大学做演讲时，毛磊发现，高校和科研院所领导的仪器国产化意识很强，但实验室里的实际使用者对于进口仪器存在惯性依赖。“这和大家用惯了苹果而不愿更换是一个道理。现在要想销售高端显微镜，往往需要先提供一台产品去试用，用户认为可以替代国外产品时才会购买。因此，我们就要生产很多样机，这样的销售方式实际上非常痛苦。让大家习惯使用国产仪器需要一个漫长的过程，但总要有个开始。我也相信，用户总会有认识到国产仪器并不差、并且会有用习惯的一天。”“如果说还需要政策或者社会一些支持，我认为最重要的是全社会共同呼吁使用国产仪器，因为如果没有用户使用和反馈，国产仪器就无法得到提升。同时，还需要我们整个行业共同努力做好国产化高端仪器的推进工作，真真正正解决‘卡脖子’问题。”毛磊最后讲到。后记：政策方面，毛磊还补充了近期广受业内关注的一个消息：2021年12月4日，国家主席习近平签署第103号主席令，对新修订的《中华⼈⺠共和国科学技术进步法》予以发布，其中第九⼗⼀条明确规定：对境内自然人、法人和非法人组织的科技创新产品、服务，在功能、质量等指标能够满足政府采购需求的条件下，政府采购应当购买；首次投放市场的，政府采购应当率先购买，不得以商业业绩为由予以限制。其中多处提及⿎励国产科学仪器研发和采购，这对高端仪器国产化替代无疑是重大利好。

上世纪八十年代，在贝尔法斯特女王大学物理系，ANDOR创始人Donal Denvir在研究工作时发现当时应用的相机不能满足他们的实验需求，因此开发研制了一台全真空密封的相机供自己使用，新研制的相机成功应用于各种成像和光谱研究。此后，女王大学的其他研究团队和众多其他高校研究人员也对此类相机产生了科研需求。此背景下，1989年，ANDOR在贝尔法斯特女王大学创立，总部设立在北爱尔兰的贝尔法斯特， 致力于为学术、工业和政府机构客户提供专业的光学探测解决方案和优质服务。ANDOR总部创立32年以来，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，为单光子探测、多维活细胞显微观察等应用提供了强大而经济的解决方案，在生命科学等领域被广泛应用；2009年，联合推出sCOMS相机，被广泛应用于物理科学、生命科学、材料科学、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。2015年，ANDOR加入牛津仪器，引领牛津仪器战略扩展至纳米生物领域。2020-2021两年期间，ANDOR中国实施多项调整措施，发挥出色供应链管理能力，进一步满足国内科研工作者的需求。如上，ANDOR已经发展成为科学成像、光谱解决方案和显微系统的全球知名品牌。其产品技术应用广泛，涵盖物理科学、生命科学，以及工业等领域。为全面认识ANDOR，BCEIA 2021期间，仪器信息网采访了牛津仪器ANDOR中国区经理朱飞，请其分享了他眼中的ANDOR，及ANDOR在中国市场的本土化发展现状。访谈现场（右：牛津仪器ANDOR中国区经理朱飞）从普通相机到科学相机：解决“弱光”、“快速”问题我们生活中常见的单反相机等普通相机与ANDOR主要产品技术的科学相机原理相同，都是一种利用光学成像原理形成影像并记录影像的设备。但也有许多不同之处，为便于理解，本次的访谈首先从结构功能和解决哪些问题两方面谈了科学相机的“科学”之处。结构功能方面的两点不同首先，科学相机的芯片尺寸更大。这意味着可以获得的光子数目更多，更灵敏的探测到光信号，即承载光子的能力越强。如此，在弱光条件下，科学相机相比普通相机，就可以展示其弱光成像的优势。其次，科学相机整体尺寸也更大，这与其配置更多智能化功能有关。比如，在傍晚使用普通相机拍照时，需要较长时间的曝光量，而科学相机或许只需几个毫秒就可以达到更高的清晰度。这是由于科学相机更高的灵敏度，除了芯片更大，另外基于ANDOR的UltraVac专利技术，将芯片密封于一个真空腔中，与外部环境间的热交换控制在最低水平，得以实现对芯片的深制冷，芯片噪声极大下降，进而大大降低了图像的噪点。科学相机主要解决的三个科学问题首先，科学相机解决的最多的是“弱光”成像问题，这是普通相机无法企及的。其次，科学相机可以解决动态范围大的问题，动态范围即在一个视场下最强信号与最弱信号的比值，比值越大，则包容的信息越多，更容易得到各层次都清晰的图像。比如拍摄火焰，普通相机会过曝，而科学相机则可以通过一定的方法，将火焰的每个层次都拍出来，这对于航天发动机的研究中通过火焰成像反演浓度配比、工艺等都十分重要。第三，科学相机可以解决“快”的问题，单反相机连拍功能可以每秒连拍几张照片，而科学相机则可以达到成千上万幅的帧速。而快速成像在物理科学、生命科学等领域都有着广泛的应用。光信号→电信号→数字信号拓展来讲，所有相机的功能都是一样的，就是把光信号转变成电子信号，然后电子信号再通过数位数模转换，转换成数字信号，所以我们看到的图像都是不同信号强度呈现的结果。科学相机大部分的探测器范围在200nm-1100nm之间，在这个波长范围内的光，科学相机都可以探测到。如果超出此范围，则可以在相机探测器前加一个材料（如晶体）将光的波长转换成可以探测的范围内，进而便可以用科学相机观测。比如，电镜中成像的相机，由于发射的二次电子等电子波长超出了科学相机的探测范围，因此往往会在探测器前加一个闪烁体，将其转变成科学相机可以探测的波长进而将信号转变成电信号，再通过数位数模转换成数字信号，最终得到电镜图像。ANDOR业务布局：纵向基于弱光成像，横向围绕多学科交叉纵向：围绕弱光、快速成像的五大产品线从产品层面而言，ANDOR希望产品技术契合的是“弱光”、“快速”成像领域。围绕“弱光”、“快速”，ANDOR推出一系列产品技术方案，并广泛应用于物理科学、生命科学等领域。“弱光”方面，比如EMCCD相机，在物理科学领域可以用于天文观测，通过观测一些恒星微弱的光变，来帮助科学家探寻系外星系。近年来，EMCCD相机在量子光学领域也被大量应用，主要用于冷原子的拍摄，进而探索原子更多纯粹的性能，这些都解决了“弱光”的问题。“快速”方面，是大多数科学研究领域都需要的技术需求。比如ANDOR于2009年推出的sCOMS相机在生命科学领域，应用于DNA测序、高内涵、高通量药物筛选，这些都需要快速的筛选速度，拍摄每秒上百幅的帧频，以极大提高观测的通量。天文观测时，大气抖动会导致星星闪烁，要消除这一现象，可以采用幸运成像的方式，将曝光时间调至很短，如毫秒级，不断拍摄，然后通过后期软件处理得到更清晰图像。再如，生命科学应用中的钙离子成像，通过电火花信号传导，过程很快，也需要短时间内快速拍摄多幅图像，才能通过图像分析整个动态过程。围绕“弱光”与“快速”，ANDOR产品主要涵盖五大类。一是科学相机，基于弱光成像，相关型号最为丰富，从灵敏度最高的可以探测到单光子级别的EMCCD，到业内广为使用的sCMOS相机，再到应用于需要长时间曝光的极弱光实验的专用CCD等。产品囊括观测范围小至细胞观察，大至整个宇宙星系观测的科学相机。二是光谱，主要包括光谱仪、紫外-近红外-短波红外光谱相机、光谱附件等。如2019年ANDOR推出智能化光谱仪，利用Adaptive Optics技术，给用户提供了区别于传统光谱仪的智能对焦功能，帮用户简化实验、操作更容易。三是显微成像系统，其中就包括2016年获得R&D 100（国际科技研发领域极为推崇的科技研发奖）的Dragonfly转盘共聚焦成像系统，其扫描速度相比传统点扫描快10倍以上，在市场上被广泛认可，并取得巨大成功。同时，ANDOR收购了Spectra Instrument公司，其Borealis™ 均匀化照明技术帮助ANDOR在显微成像均匀度方面脱颖而出，从小尺寸的细胞到大尺寸的组织等成像方面都具有明显优势。四是Imaris图像分析软件，在多维图像处理领域，三维、四维图像处理软件的客户主要是生命科学研究者，这些研究者用Imaris进行跟踪分析从而得到想要的结果，且该软件可以和高速共聚焦成像平台联合使用。具体应用包括细胞之间动态化研究、神经免疫学、癌症治疗研究等。五是光学恒温器，该产品系列今年首次纳入ANDOR，来自牛津仪器纳米科学部门。该产品系列主要服务于物理科学，为科学家提供从3k到500k范围的低温环境从事相关研究，比如，拉曼光谱、荧光光谱、太赫兹、傅里叶红外光谱等手段表征时，样品材料需要在低温条件下才能更加显著的吸收信号，而光学恒温器就为这些实验提供合适的低温环境。横向：多学科交叉发展下的三大应用领域从产品应用领域而言，当下，物理科学与生命科学在许多场景下结合紧密。时下火热的超分辨成像技术多数便是一群物理学家在开发生命科学领域的应用仪器。如STED成像技术、SIM成像技术、单分子开关技术等，无一例外都利用了物理科学的一些方法。而ANDOR也是物理科学背景起家，基于对产品的理解，为生命科学家们开发出一系列生命科学的仪器。未来，各学科之间的交叉将会越来越多，科学仪器领域相关交叉表现也十分明显。比如，以往的光谱仪并没有配置显微镜，主要通过拉曼、荧光光谱等检测一些晶体或块状样品。而随着整个研究向微观尺度的发展，拉曼光谱等逐渐开始与电镜、原子力显微镜等联用，以进一步解决纳米尺度的科学问题。从此角度而言，ANDOR也在以仪器为核心，探寻各类仪器之间的契合点，并不断开发或拓展能够满足未来科学发展融合需求的仪器技术或解决方案。基于此，ANDOR主要业务可分为三大应用方向，即生命科学、物理科学，以及工业三大领域。针对个性需求，设立“客户需求定制部门”ANDOR科学相机等产品经常可以搭配在其他仪器上使用，ANDOR会有许多对产品设计有个性化需求的客户。针对此，除了要求每一位销售/售后工程师都具备丰富的产品知识、客户应用知识，ANDOR还特别设置了“客户需求定制部门”，为工业合作伙伴的特殊需求提供便利。比如，ANDOR已有的科学相机、光谱商品化产品可能不能符合这些客户需求，相关个性需求包括：个性外壳需求、公司VI喷涂、不同功能模块的选配、光谱范围的定制等，客户需求定制部门则可以与客户进行沟通并尽量满足。而定制化能力也是ANDOR长期专注于工业领域解决方案的一个基础。ANDOR在中国：科学相机保有量超5000台，加速本土化发展业绩同比增30%，中国业绩占比20%牛津仪器在过去20年，具有保持每年20%左右增长的不俗表现，而ANDOR的业绩表现也十分亮眼。据朱飞介绍，ANDOR中国在去年业绩受疫情影响不大，今年更是通过内部的快速调整、人员架构的变动、新品发布等措施，目前业绩已实现相比去年同期30%的增长。从全球布局来看，ANDOR全球业务按地区分为北美洲、欧洲、亚太，三者基本三分天下，而中国市场业绩占比约近20%，已成为ANDOR最重要的市场之一。ANDOR在中国，除了20余位销售和应用团队的支持，也在2016年成立中国客户服务中心，解决维修等本土化售后问题。同时，为便于更好的售后服务落地，ANDOR中国的售后应用团队规模还在不断壮大。各兄弟部门之间协同合作，提供更全面解决方案2015年，ANDOR加入牛津仪器，随之ANDOR在人事、财务、市场推广等方面得到牛津仪器的大力支持。牛津仪器各个业务部门之间定期会有产品技术培训、市场信息、客户关系等方面的沟通交流活动，为客户提供更加专业高效的服务。例如ANDOR和纳米科学部门在量子领域、ANDOR 和 AR部门在生命科学领域等都可以有很多灵活的合作方式。 同时各业务部门之间会定期安排内部分享会，分享产品技术，增进相互了解与合作；分享各自业务，便于为各自覆盖的用户提供更全面的解决方案，帮助业务得到更好的拓延等。典型的案例就是，牛津仪器在锂电领域开展的综合解决方案便融合了纳米分析、原子力显微镜、拉曼光谱等系列相关技术。ANDOR科学相机中国保有量超5000台！加速中国本土化发展谈及ANDOR中国客户的印象，朱飞回顾道，自己入行15年有余，见证了中国科学家用户的快速成长，从最初许多的跟随发展，到目前中国科学家在许多领域的领衔发展。尤其是近几年，中国在生命科学、量子科学等领域已经走在世界前列，甚至引领世界向前发展。ANDOR也很荣幸能通过一些仪器技术为这些科学家的研究发展不断助力。伴随在中国市场的长期耕耘，ANDOR十分重视中国本土化发展。对于中国本土化建设，朱飞表示，第一，要培养本土化的人才。首先是销售，ANDOR的销售不仅可以做产品演示，也可以做产品安装，甚至走出去也是某一个行业的专家，为客户分享ANDOR产品知识及广泛应用。而售后应用工作者则除了了解产品知识，也需要充分学习客户的研究与应用，为客户的需求提供更加合理的解决方案。第二，要保障售后的落地与高效。根据近期的统计，ANDOR在中国市场科学相机的保有量大概超过5000台！如此庞大的基数和时间积累，难免有故障需要维修。如上文提到，ANDOR已经实现本地维修，为客户提供便捷的售后服务，使服务周期由几个月降至一周以内，帮助客户节省时间与金钱成本。第三，通过相关培训，提高ANDOR中国团队的软实力。越来越多的本土化思维与理念，对团队进行系统培训，不仅仅是产品知识，还包括管理能力、演讲能力、英文口语能力、销售技巧等全方位的培训，让团队每一位员工找到自己的价值，ANDOR希望为大家提供一个共同学习进步的平台，为大家创造更多机会，实现个体与公司共同成长。

一、正确安装的问题使用显微镜前，首先要把显微镜的目镜和物镜安装上去。目镜的安装极为简单，主要的问题在于物镜的安装，由于物镜镜头较贵重，万一学生安装时螺纹没合好，易摔到地上，造成镜头损坏，所以为了保险起见，强调学生安装物镜时用左手食指合中指托住物镜，然后用右手将物镜装上去，这样即使没安装好，也不会摔到地上。二、正确对光的问题对光是使用显微镜时很重要的一步，有些学生在对光时，随便转一个物镜对着通光孔，而不是按要求一定用低倍镜对光。转动反光镜时喜欢用一只手，往往将反光镜扳了下来。所以教师在指导学生时，一定要强调用低倍镜对光，当光线较强时用小光圈，平面镜，而光线较弱时则用大光圈，凹面镜，反光镜要用双手转动，当看到均匀光亮的圆形视野为止。光对好后不要随便的移动显微镜，以免光线不能准确的通过反光镜进入通光孔。三、正确使用准焦螺旋的问题使用准焦螺旋调节焦距，找到物象可以说是显微镜使用中最重要的一步，也是学生感觉最为困难的一步。学生在操作中极易出现以下错误：一是在高倍镜下直接调焦 二是不管镜筒上升或下降，眼睛始终在目镜中看视野；三是不了解物距的临界值，物距调到2～3厘米时还在往上调，而且转动准焦螺旋的速度很快。前两种错误结果往往造成物镜镜头抵触到装片，损伤装片或镜头，而第三种错误则是学生使用显微镜时最常见的一种现象。针对以上错误，教师一定要向学生强调，调节焦距一定要在低倍镜下调，先转动粗准焦螺旋，使镜筒慢慢下降，物镜靠近载玻片，但注意不要让物镜碰到载玻片，在这个过程中眼睛要从侧面看物镜，然后用左眼朝目镜内注视，并慢慢反向调节粗准焦螺旋，使镜筒缓缓上升，直到看到物像为止，同时向学生说明一般显微镜的物距在1厘米左右，所以如果物距已远远超过1厘米，但仍未看到物象，那可能是标本未在视野内或转动粗准焦螺旋过快，此时应调整装片位置，然后再重复上述步骤，当视野中出现模糊的物象时，就要换用细准焦螺旋调节，只有这样，才能缩小寻找范围，提高找到物象的速度。四、物镜转换的问题使用低倍镜后换用高倍镜，学生往往喜欢用手指直接推转物镜，认为这样比较省力，但这样容易使物镜的光轴发生偏斜，原因是转换器的材料质地较软，精度较高，螺纹受力不均匀很容易松脱。一旦螺纹破坏，整个转换器就会报废。教师应指导学生手握转换器的下层转动扳转换物镜。五、光学玻璃清洗的问题光学玻璃用于仪器的镜头、棱镜、镜片等。在制造和使用中容易沾上油污、水湿性污物、指纹等，影响成像及透光率。清洗光学玻璃，应根据污垢的特点、不同结构，选用不同的清洗剂，使用不同的清洗工具，选用不同的清洗方法。清洗镀有增透膜的镜头，如照相机、幻灯机、显微镜的镜头，可用20%左右的酒精和80%左右的一种有机物，结构式为C2H5OC2H5的配置清洗剂进行清洗。清洗时应用软毛刷或棉球沾有少量清洗剂，从镜头中心向外做圆运动。切忌把这类镜头浸泡在清洗剂中清洗，清洗镜头时不要用力擦拭，否则会损伤增透膜，损坏镜头。清洗棱镜、平面镜的方法，可依照清洗镜头的方法进行。

p style="text-align: justify text-indent: 2em "数十年来，科学家一直在使用荧光显微镜来研究生物细胞和生物的内部运作。但是，这些平台中的许多平台通常太慢，无法跟随3D的生物学作用，并可能在强光照射下对生物样本造成破坏。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "为了应对这些挑战，由香港大学（HKU）电气与电子工程学系副教授兼生物医学工程学学士学位课程主任、项目负责人Kevin Tsia博士领导的研究团队开发了一种新的光学成像技术——编码光片阵列显微术（CLAM）。它可以高速进行3D成像，并且具有足够的功率效率和柔和度，能够在扫描过程中以现有技术无法达到的水平保存活体标本。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 360px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/8b848a8f-6895-4507-a695-f4520371e1c7.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg" width="600" height="360" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strongspan style="font-size: 14px "Kevin Tsia博士（右一）和他的团队开发了一种新的光学成像技术，可以使3D荧光显微镜更高效，更不损坏。/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "这项先进的成像技术最近发表在《光：科学与应用》上，这项创新已经提交了美国专利申请。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong新光学成像技术——编码光片阵列显微术（CLAM）/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "现有的3D生物显微镜平台速度较慢，因为必须依次扫描标本的全部体积，并逐点、逐行或逐平面成像。在这些平台上，单个3D快照需要在标本上重复照明，标本的光照强度通常是日光的数千倍至百万倍，这很可能会损坏标本本身，因此不利于长期用于各种解剖学、发育生物学和神经科学等领域的生物成像。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "此外，这些平台通常很快耗尽有限的荧光“预算”——这是一个基本限制，即荧光灯只能在有限的时间内通过照明产生，然后在一个称为“光漂白”的过程中永久消失，这就限制了在一个样本上可以执行多少图像采集。 /pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 360px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/3ca9166f-5215-4fb8-b0e0-a6eee546de6d.jpg" title="　编码光片阵列显微镜（CLAM）.jpg" alt="　编码光片阵列显微镜（CLAM）.jpg" width="600" height="360" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strongspan style="font-size: 14px "编码光片阵列显微镜（CLAM） 香港大学/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "Tsia博士说：“ 样品上的重复照明不仅会加速光致漂白，而且还会产生过多的荧光，最终无法形成最终图像。因此，荧光' 预算' 在这些成像平台上被大大浪费了。而CLAM允许以高帧速率进行3D荧光成像，与最先进的技术（每秒约10倍的体积）相当。更重要的是，它比科学实验室中广泛使用的标准3D显微镜更节能，比标准3D显微镜温和1000倍以上，这大大减少了扫描过程中对活体标本造成的损害。” /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "据介绍，CLAM的核心技术是使用一对平行反射镜将单个激光束转换成高密度的“光片”阵列，以荧光激发的方式将其扩散到整个样品区域。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "整个3D体积内的图像可以同时（即并行化）拍摄的，而无需按其他技术的要求逐点、逐行或逐平面扫描样本。这样的CLAM中的3D并行化可产生非常柔和而有效的3D荧光成像，而不会牺牲灵敏度和速度，CLAM在降低光漂白效果方面也胜过普通的3D荧光成像方法/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "同时，为了在CLAM中保持图像分辨率和质量，团队转向了码分复用（CDM），这是一种图像编码技术，已广泛应用于电信领域，用于同时发送多个信号。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "开发该系统的另一位博士后研究员Queenie Lai博士解释说：“这种编码技术使我们能够使用2D图像传感器同时捕获和数字重建3D中的所有图像堆栈。CDM以前从未在3D成像中使用过，我们采用了这项技术，并取得了成功。”/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "作为概念验证的演示，该团队应用CLAM以每秒超过10体积的体积速率捕获微流体芯片中快速微粒流动的3D视频。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong挑战极限 提高CLAM扫描速度 /strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "CLAM对成像速度没有根本的限制，唯一的限制来自系统中使用的检测器（即用于拍摄快照的相机）的速度。随着高速相机技术的不断发展，CLAM始终可以挑战其极限，以达到更高的扫描速度。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "该团队进一步采取了行动，将CLAM与HKU LKS医学院新开发的组织清除技术相结合，以高帧频对小鼠肾小球和肠血管系统进行3D可视化。/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 280px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/f453719f-bebb-406d-8486-fef778022593.jpg" title="2.jpg" alt="2.jpg" width="600" height="280" border="0" vspace="0"//pp style="text-indent: 0em text-align: center "strongspan style="font-size: 14px "使用CLAM进行3D高速成像。学分：香港大学 /span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "蔡医生说：“我们预计，这种组合技术可以扩展到档案生物学样本的大规模3D组织病理学研究，例如在大脑中绘制细胞组织以进行神经科学研究。由于CLAM成像比其他所有方法都要温和得多，因此它独特地有利于对生物样本以其活体形式进行长期和连续的' 监视' 。这可能会影响我们对细胞生物学许多方面的基本了解，例如不断跟踪动物胚胎发育成成年形式；实时监测细胞/生物如何被细菌或病毒感染；观察癌细胞如何被药物杀死，以及当今现有技术无法实现的其他挑战性任务。”/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "CLAM可以通过最少的硬件或软件修改就适用于许多当前的显微镜系统。利用此优势，该团队计划进一步升级当前的CLAM系统，以进行细胞生物学、动植物发育生物学研究。/pp style="text-align: left text-indent: 2em "原文链接：a href="https://www.sensorexpert.com.cn/article/7303.html" _src="https://www.sensorexpert.com.cn/article/7303.html"https://www.sensorexpert.com.cn/article/7303.html/a /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong附：/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "讲座：《四合一数码显微镜，多种难题一机解决！》/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "主讲人：夏天齐 基恩士/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "时间：4月22日10: 00/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "主要报告内容：此次讲座希望让更多使用显微镜的客户，了解到数码显微镜能解决的常规问题，作为技术储备，认识到VHX系列产品的一些功能和应用场景。/pp style="text-align: left text-indent: 2em "a href="https://www.instrument.com.cn/webinar/meeting_13067.html" target="_self"span style="color: rgb(0, 112, 192) "点击报名，免费听课：https://www.instrument.com.cn/webinar/meeting_13067.html/span/a/p

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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应用专家 易海英 荧光现象荧光是指荧光物质在特定波长光照射下，几乎同时发射出波长更长光的过程(图1)。当特定波长(激发波长)的光照射一个分子(如荧光团中的分子)时，光子能量被该分子的电子吸收。接着，电子从基态(S0)跃迁至较高的能级，即激发态(S1’)。这个过程称为激发①。电子在激发态停留10-9–10-8秒，在此过程中电子损失一些能量②。电子离开激发态(S1)并回到基态的过程中③，会释放出激发过程中吸收的剩余能量。荧光分子在激发态驻留的时间为荧光寿命，一般为纳秒级别，是荧光分子本身固有的特性。利用荧光寿命进行成像的技术叫荧光寿命成像(Fluorescence Lifetime Imaging，FLIM)，可以在荧光强度成像之外，更加深入地进行功能性精准测量，获取分子构象、分子间相互作用、分子所处微环境等常规光学成像难以获得的信息。荧光的另一个重要特性是Stokes位移，即激发峰和发射峰之间的波长差异（图2）。通常发射光波长比激发光波长更长。这是由于荧光物质被激发之后、释放光子之前，电子经过弛豫过程会损耗一部分能量。具有较大Stokes位移的荧光物质更易于在荧光显微镜下进行观察。图2：Stokes位移荧光显微镜及荧光滤块荧光显微镜是利用荧光特性进行观察、成像的光学显微镜，广泛应用于细胞生物学、神经生物学、植物学、微生物学、病理学、遗传学等各领域。荧光成像具有高灵敏度和高特异性的优点，非常适合进行特定蛋白、细胞器等在组织及细胞中的分布的观察，共定位和相互作用的研究，离子浓度变化等生命动态过程的追踪等等。细胞中大部分分子不发荧光，想要观察它们，必须进行荧光标记。荧光标记的方法非常多，可以直接标记（比如使用DAPI标记DNA），或利用抗体抗原结合特性进行免疫染色，也可以用荧光蛋白（如GFP，绿色荧光蛋白）标记目标蛋白，还可以用可逆结合的合成染料（如Fura-2）等。图3：Leica DMi8倒置荧光显微镜及滤片转轮目前荧光显微镜已成为各个实验室及成像平台的标配成像设备，是我们日常实验的好帮手。荧光显微镜主要分为三大类：正置荧光显微镜（适合切片）、倒置荧光显微镜（适合活细胞，兼顾切片）、荧光体视镜（适合较大标本，如植物、斑马鱼（成体/胚胎）、青鳉、小鼠/大鼠器官等）。荧光滤块是显微镜荧光成像的核心部件，由激发滤片、发射滤片和二向分光镜三部分组成，安装在滤片转轮里，如Leica DMi8配有6位滤片转轮（图3）。不同的显微镜转轮位数会有区别，也有些显微镜使用滤块滑板。滤块在荧光成像中起着重要作用：激发滤片选择激发光来激发样品，阻挡其他波长的光；通过激发滤片的光经过二向分光镜（其作用是反射激发光和透射荧光），反射后通过物镜聚焦，照射到样品，激发出对应的荧光即发射光，发射光被物镜收集，透过二向分光镜，到达发射滤片。如图4中：激发波长为450-490nm，二向分光镜反射短于510nm的光、透过长于510nm的光，发射光接收范围为520-560nm。图4：荧光显微镜光路图荧光显微镜常用荧光滤块可分为长通（long pass，简称LP）和带通（band pass，简称BP）两种类型。带通通常由中心波长和区间宽度确定，如480/40表示可通过460-500nm的光。长通滤色片如515 LP，表示可以通过波长长于515nm的光（图5）。图5：FITC光谱曲线及滤片荧光物质具有其特征性激发（吸收）曲线和发射曲线，激发峰为最佳激发波长（激发效率最高，从而可以降低激发光能量，保护细胞和染料），发射曲线为发射荧光波长范围。因此，在实验中，我们会尽可能选择与激发峰最接近的波长进行激发，而接收范围需包括发射峰。如Alexa Fluor 488的激发峰为500nm，在荧光显微镜中可以选择480/40的激发滤片。图6：Alexa Fluor 488光谱曲线滤块的详细信息可以在显微镜成像软件里看到。了解染料并找到最匹配样品的滤块对于荧光成像有着至关重要的作用。荧光染料和荧光蛋白的光谱信息一般在说明书中会注明，也可在网上查阅（如https://www.leica-microsystems.com/science-lab/fluorescent-dyes/、https://www.leica-microsystems.com/science-lab/fluorescent-proteins-introduction-and-photo-spectral-characteristics/）。滤块的选择除考虑荧光探针的激发、发射波长，对于多色标记样品还需考虑是否有非特异激发、是否串色。此外还需考虑所使用的荧光光源，目前常用的荧光光源有汞灯、金属卤素灯，以及近年来飞速发展的LED光源。荧光光源的光谱有连续的和非连续的，在不同波段能量也会不同。LED光源因为其相对较窄的光谱带、更稳定的能量输出、超长的寿命、更安全环保等诸多优点，正逐步成为荧光显微镜的主要光源。除了显微镜内置的滤块，还有外置快速转轮（图7），徕卡的外置快速转轮相邻位置滤片转换速度为27ms，可实现高速多色实验，如FRET及Fura2比例钙成像（图8）等。图7：徕卡外置快速转轮EFW图8：钙成像，Fura2, Cultured hippocampal astrocytes from 18-day-old embryos of Sprague-Dawley rats. Courtesy of: Drs. Kazunori Kanemaru and Masamitsu Iino, Department of Pharmacology, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo 丰富多样的荧光显微成像技术为了满足不同的荧光成像需求，除荧光显微镜外，还发展出了各种荧光显微成像解决方案：? 宽场高清成像系统，如Leica THUNDER Imager，采用Leica创新的Clearing专利技术，在成像时高效去除非焦平面干扰信号，呈现清晰图像，同时兼有高速成像的优点；? 共聚焦激光扫描显微镜，利用针孔排除非焦平面干扰，实现光学切片，得到高清图像及三维立体图像；? 突破衍射极限的超高分辨率显微镜及纳米显微镜，可对小于200nm的精细结构进行观察；? 利用多光子激发原理进行厚组织及活体深层成像的多光子成像系统；? 具有高时空分辨率的光片成像技术，成像速度快、分辨率高、光毒性低，特别适合进行发育、活体动态观察等研究；? 荧光寿命成像(FLIM），不受荧光物质浓度、光漂白、激发光强度等因素的影响，能更加深入地进行功能性精准测量；? 荧光相关光谱(FCS)及荧光互相关光谱(FCCS），测量荧光分子的分子数、扩散系数，从而分析分子浓度、分子大小、粘性、分子运动、分子结合/解离、分子的光学特性等；? 全内反射荧光显微镜(TIRF)，极高的z轴分辨率，非常适合细胞膜表面的分子结构和动力学研究。 荧光显微成像技术应用广泛，种类丰富，而且新技术还在不断涌现，大家可以选择最适合的技术去完成自己的研究。

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。

2012年1月11日，奥林巴斯在全球同步推出了引领显微光学技术革命的DSX系列光学数码显微镜。奥林巴斯以高端的光学技术著称,而且数码技术也是屈指可数的。现在，利用两项卓越技术的完美融合,我们创造出了新型的光电数字显微镜，使我们在工业显微镜领域取得了巨大的领先。只有奥林巴斯的显微镜才能够使任何使用者满怀信心的进行操作,同时实现高清晰度的视频显示并且实现超高精确度的测量，这些方面我们都走在时代的前沿,并将引领工业显微镜行业的新标准。 &rlm DSX系列光学数码显微镜，是一个全新的产品。通过先进的光学数码技术颠覆了传统显微镜的定义，从以下几个方面，DSX 系列为用户在检测效率上提供了很大的帮助。&rlm 1. 操作的舒适性 ‣ DSX 是由显微镜、数码相机及软件组成的一个整体系统。 它能够实现前所未有的简单操作性和便捷性。 ‣ DSX 能够为客户实现最佳的观察方案。 &rlm 2. 更高的可靠性 ‣ DSX 将先进的光学技术与可靠的测量方法完美的整合成在一起。 ‣ DSX 能够为客户改善可靠性提高帮助有关DSX光学数码显微镜的详细信息，请访问DSX光学数码显微镜专用网址：http://www.olympus-ims.com/zh/microscope/opto-digital/奥林巴斯仪器信息网网址： http://olympus.instrument.com.cn2012年2月-3月，奥林巴斯（中国）有限公司将会陆续在上海、成都、广州、北京等城市举办大型新产品发布会，届时欢迎业内人士和媒体朋友莅临指导！活动联系：胡翠兰 奥林巴斯(中国)有限公司电话:(86)21-51706110 传真:(86)21-51706236地址:上海市徐汇区淮海中路1010号嘉华中心10F 邮编：200031E-mail:cuilan_hu@olympus.com.cn

在科学技术发展的历史上，出现过许多风靡一时、但如今只存在于博物馆的科学仪器，日光显微镜就是一例。现代显微镜大多使用人造光作光源，“日光”与“显微镜”的组合确实已经过时。但其实日光显微镜作为一种独特的光学仪器，其使用方式和实际效果远远超出现代人的想象——它从18世纪中期开始，独领风骚近百年，自有其独特之处。顾名思义，日光显微镜是以太阳光作为光源的显微镜，但它实际上可看作显微镜和投影仪的结合。日光显微镜有一块方形的木板 ，一边置反光镜，另一边固定一支镜筒，玻片安装在镜筒末端。日光显微镜必须在黑暗的房间里使用，操作者将它固定在窗户上，反光镜在室外，在室内调整反光镜的角度，阳光可反射进入镜筒，并通过镜筒内的聚光镜和凸透镜，将标本的图像放大，投射到墙上的屏幕供人观看。日光显微镜于18世纪40年代问世，发明者是德国的医生、解剖学家和物理学家约翰纳撒尼尔利伯库恩，除了研制日光显微镜，他最广为人知的工作还包括肠道研究——大肠黏膜中广泛分布的利氏肠腺窝（Crypts of lieberkuhn）就是以他的名字命名的。利伯库恩在1739年左右发明了日光显微镜，不过据说当时该装置还没有镜子，在它进入英国后，伦敦著名的光学仪器工匠约翰卡夫为它添加了镜子。倡导用显微镜开展科学研究的英国博物学家亨利贝克随后发表了关于日光显微镜使用的论文。日光显微镜开始在英国流行起来。亨利贝克明确指出“当使用这种显微镜时，房间必须尽可能黑暗，因为房间的黑暗和阳光的亮度决定了图像的清晰度和完美度”。可以说，借助自然的阳光和黑暗的房间，日光显微镜创造了一个场景，在此场景中，微观世界的物体从镜片之下被释放出来，它们的图像进入宏观世界——观众可以不直接通过显微镜，就能观看它们的样貌，欣赏它们的活动。1694年，荷兰数学和物理学教授尼古拉斯哈特索克发明了螺旋筒型显微镜，这种仪器便于携带到现场，易于使用，并且可以大规模生产。1702年，英国眼镜和仪器制造商詹姆斯威尔逊简化和推广了这种显微镜。大多数螺旋筒型显微镜由一个宽螺纹圆柱体组成，可以拧入或拧出镜筒，以便在固定于铜板之间的载玻片上聚焦。哈佛大学就收藏了一台用螺旋筒型显微镜改造的日光显微镜，其设计者爱德华布罗姆菲尔德是毕业于哈佛大学的一位发明家和艺术家。这台日光显微镜可能是美国殖民地时期制造的第一台显微镜，其制作拼接图纸现保存在哈佛医学院。日光显微镜及其技术在18世纪下半叶引起了特别关注，据印刷品描述和现存日光显微镜的数量可以推测其在当时非常流行。伦敦精密光学仪器制造商爱德华奈恩出售仪器所附的传单中有句话：“在所有类型的显微镜中，日光显微镜可以被认为是最有娱乐性的。”由此可窥见日光显微镜为何受欢迎。在18世纪一些自然哲学著作中，日光显微镜被认为是哲学仪器，与普通显微镜和望远镜处于同一类别。而到了19世纪，人们已经开始把日光显微镜当成玩具，专业的研究者甚至对日光显微镜持鄙视的态度，英国显微镜学家戈林曾这样评价日光显微镜：普通日光显微镜的图像可以被认为是一个单纯的影子，只适合于娱乐妇女和儿童……它最多只能给我们提供一个跳蚤的影子，或者一个像鹅或驴子一样大的虱子……无聊的庸人总是会对这种镜片感到满意，因为他们不知道显微镜除了能将物体的体积放大之外，还能做什么。在19世纪，光学仪器逐渐进入家庭生活和公共展览，成为非常受欢迎的一种娱乐仪器。伦敦的科学仪器制造商菲利普卡彭特1808年开始在伯明翰生产眼镜和显微镜，此后他积极投身万花筒和改良型幻影灯的研发和销售中，均取得了不俗的成绩，其研发的产品非常受消费大众的喜爱。1826年，卡彭特在伦敦威斯敏斯特摄政街24号开设了一家商店，策划了一个名为“微观世界”的展览，成为当地颇受欢迎的景点。这个展览最初就使用日光显微镜吸引顾客前来观看，观众们坐在提前准备的座位上，观看放大的图像。展览从早上11点持续到晚上8点，天黑后，卡彭特以燃烧可燃气体作为光源，后来在阴天时也如此操作，从而使图像更加明亮。可以说，在卡彭特这位19世纪的科学仪器制造商看来，科学和娱乐并没有明确的界限，他抓住了大众日益增长的娱乐需求，成功地将这种上个世纪中期的光学仪器转化成一种流行的新奇事物。如今我们去电影院看电影，其实也可以看作是这种科学+娱乐活动的延续。

据不完全统计，10月份中国政府采购网上与扫描电镜、透射电镜、扫描探针、电子显微镜和能谱仪中标相关的词条有31条，其中可统计到的非光学显微镜中标24套，中标金额超1.7亿。科研院所是10月份非光学显微镜采购的主力军，金额超过10月份非光学显微镜总金额的50%；10月份非光学显微镜进口率100%，FEI表现突出。详细情况如下：从非光学显微镜的采购单位看10月采购非光学显微镜的单位共有17家，高校最多，有10家，其次是科研院所，共7家，医疗机构和其他机构各1家。各类型采购单位的数量各采购单位金额占比 从数量和金额两个方面综合来考虑，科研院所仍旧是10月份非光学显微镜的采购主力，5家科研院所共采购5套仪器，中标金额共计9672.9768万元，约占10月份非光学显微镜市场总额的54%。单台最高出自科研院所，北京生命科学研究所以7379.2万元的价格购得FEI Krios G4冷冻电子显微镜及制样环境配套系统一套。高校共采购仪器17套，中标金额总计7628.434179万元，约占10月份非光学显微镜市场总额的43%，其他采购单位金额较小。从非光学显微镜的中标品牌看10月份能统计到品牌的中标仪器有24套，从数量上来说。赛默飞中标仪器的数量最多，共10套，其次是日立，4套，飞纳为3套。各品牌中标仪器数量各品牌中标金额占比 从中标仪器的金额上看，FEI在10月份所占市场份额最高，以9932.7万元的金额占据了10月份约55%的市场份额，除上述“单台最高”出自FEI外，单台第二也同样出自FEI，北京科技大学以2553.5万元的价格采购一套FEI Thermoscientific Spectra 300 双球差校正透射电子显微镜一套。其次是赛默飞，总中标金额为5877.4026万元，约占33%。 众做周知，FEI已于几年前被赛默飞收购，这就相当于赛默飞世尔公司的产品占据了10月份非光学显微镜88%市场份额，是10月份当之无愧的第一名。中标仪器产地金额占比 从中标仪器的产地看，10月份可统计的中标的非光学显微镜100%为进口仪器，总金额为17888.31098万元。从非光学显微镜的中标类型看10月份成交数量最多的非光学显微镜类型是扫描电镜，共成交15套，；其次是能谱仪和透射电镜，数量分别为4套、3套。各类型非光学显微镜中标数量各类型非光学显微镜中标金额占比 从中标金额上看，10月份中标金额最多的是非光学显微镜类型是电子显微镜，可统计总金额为7489万元，约占10月份非光学显微镜总金额的42%；中标金额占比第二的是透射电镜，总金额为5319.668万元，约占总额的30%。

据外媒报道，虽然高性能显微镜是确定癌症及其他疾病的一大利器，但它们的制作工艺复杂，且造价太高，所以这也意味着普通医院不大可能会拥有这样的医疗仪器。然而，加州大学洛杉矶分校的科学家们即将改变这种情况。　　据悉，他们在近日研发了无需配备镜头就能在组织中找到癌细胞的显微镜。　　该显微镜通过CCD或CMOS传感器创建人体组织类全息图像，然后通过为图像提供光源检测到组织的阴影部分，之后将它们的真实面貌在特定软件下展示出来。这款显微镜不仅能跟传统光学显微镜一样高效，而且它的制作工艺更加简单、造价也更加便宜。　　不过，这并不意味着它立马可以商用。该项研究报告的联合作者Aydogan Ozcan告诉媒体，与该款显微镜配套的软件仍需要大量的改进。

近日，清华大学暑期学校《从乐高到纳米显微镜》课程成果展示上，来自牛津大学、伦敦大学学院、清华大学和北京大学的中英两国博士生，展示了他们历时五天、用乐高积木和其他电子元件设计、搭建的原子力显微镜，并探究其应用于中国中学教育的可能性。　　据介绍，原子力显微镜是一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。普通的光学显微镜只能停留在微米级，而原子力显微镜能够探测到纳米结构，还可以实现三维成像，但目前一台原子力显微镜最低也需要20万元人民币，有的甚至高达100万元人民币，普通中学难以承受。而此次成果展示上的纳米显微镜造价不足千元，极大地增加了原子力显微镜应用于中学教育的可能性。

温故知新，从历史刊物文章中学习早期电镜产品技术历程，以下内容摘自《Popular Electronics》1959年11月刊（Vol. 11, No. 5），文章题目“The Amazing Electron Microscope”，作者Morris M. Rubin。（由“RF Cafe”网收录）光学显微镜的分辨率受到光波长的限制。天文学家William Dawes首先提出了一种量化的方法，这种方法基于视觉上分辨距离较近的恒星的能力。被称为道斯极限，4.56/D弧秒的值是由经验确定的(D是仪器的孔径，单位是英寸)。任何具有完美光学系统的光学系统的放大倍数的理论上限在2000左右。正如这篇1959年《Popular Electronics》上这篇文章所描述，电子显微镜通过发射一束半径远小于可见光波长的电子，并测量其反射，从而消除了这种分辨极限。图像必然是“假色”，因为我们无法感知到电子束所显示的表面的真实波长/颜色。《Popular Electronics》1959年11月刊封面与目录整理译文如下，以飨读者。“惊人的电子显微镜作者：Morris M. Rubin在光学显微镜分辨率达到极限后很久，电子显微镜的分辨率还在继续提高……高达 20万倍。从第一位伟大的显微镜设计师安东列文虎克（Antony van leeuwenhoek）时代起，科学家们就将显微镜作为他们的主要工具之一。年复一年，随着光学玻璃制造技术的改进，新的更好的显微镜使科学家能够看到越来越微小的物体。随后，大约在1890年，光学显微镜分辨率的提升似乎已经走到了尽头。超过大约 2000 倍的放大倍数，即使是最精细、设计最完美的显微镜也只能看到一个模糊的斑点。光本身的基本特征阻碍了更强大显微镜的发展。与声音类似，光以可测量长度的波传播。例如，在可见光谱的中，波的长度约为 6/250000 英寸。为了让光波区分物体上的两个点，两点之间的距离必须是光波长度的三分之一，即6/ 250000英寸以上，小于约半波长的物体无法被光学显微镜清晰放大，无论其透镜多么完美。科学家们推断，既然根本的瓶颈是“普通”光的波长相对较长造成，那么如果有可能使用某种波长较短的光，就可以实现更有效的放大。于是，人们探索了这种可能性，并利用紫外光(其波长约为可见光的三分之一)，设计出可以放大到5000倍的显微镜，放大倍数达到可见光显微镜极限的两倍多。此时，光学显微镜达到了其设计能力的天花板。如果科学家想要更大的放大倍数，他们必须找到一种新的方法。电子的“营救”电子显微镜的理论在20世纪20 年代提出。实验表明，当电子受到高压场加速时，它们会获得可测量的特征波长。电压越高，电子速度越大，表观波长越短。此外，已经证明电子可以被磁场弯曲或折射，类似光可以被光学透镜弯曲和折射。因此，光学显微镜的分辨率极限，就可以通过使用更短波长电子流替代光，从而获得更高放大倍数，这似乎是合乎逻辑的。有了这样的重要概念，科学家们开始着手设计电子显微镜。到20世纪30年代后期，实验型的电镜已经在欧洲、加拿大和美国投入使用。随后，在1940年，RCA公司推出美国第一台商用电子显微镜。虽然按照目前的标准，这些最初的电镜产品设计还比较落后，但相比有史以来最好的光学显微镜则要优越的多。甚至紫外线显微镜的放大倍数也仅限于 5000 倍，而这些早期的电子显微镜却能够放大 10万 倍。今天的模型放大倍数超过 20万倍——足以看到人类头发直径百万分之一的物体——并且通过照相技术进一步放大图像，可以将直径放大至100万倍以上。电子取代光。与光学显微镜的原理类似，电子显微镜使用一系列镜头逐步放大样品。但是，虽然光学显微镜使用玻璃透镜来弯曲光线，而电子显微镜的“透镜”是线圈——类似于电视机的偏转线圈——可以弯曲和偏转电子流。电子显微镜与普通光学显微镜的比较。基本原理是一样的，但是电子显微镜使用线圈来磁偏转和聚焦电子束，而不是用玻璃透镜来弯曲和折射光线。电子枪发射的电子通过聚光透镜，聚光透镜将电子束集中在样品上。由于样本被制样切成部分透明的薄片，在任何一点上，电子通过它的数量都随标本的密度而变化。这样就产生了一种不同电子密度变化的图案。虽然这种图案肉眼是看不见的，但可以通过在标本下方放置荧光屏来显示。然而，在实际操作中，电子通过物镜，这是进行放大的第一步。就在它们到达投影镜头之前，一个“展开”的密度图案就形成了，中心区域随后被投影镜头进一步放大。放大的标本可以直接在荧光屏（其外观和工作方式类似于电视屏幕）上查看，或者可以通过特殊相机拍摄图像（通常内置于电子显微镜中）。放大所得照片可以进一步放大样品。关于价格。除了光学系统，电子显微镜还必须有超稳定的高压电源和高效率的真空系统。这种复杂性导致了当今电子显微镜的高昂价格——从 12000 美元到40000 美元不等，具体取决于所需的放大倍率、品牌等。以上展示了两种最广泛使用的电子显微镜。左边是RCA EMU-3，可以放大20万倍。右边是Norelco EM100B，放大到90000倍。Norelco（荷兰飞利浦）和 RCA（美国无线电公司）是这些装置的最大生产商。德国和日本的制造商也活跃在该领域。俄罗斯人也参与其中，生产了一种电子显微镜，该显微镜似乎是 1940 年 RCA 模型的改编版。首台RCA电子显微镜的共同发明者，James Hillier博士，左边显示的是RCA的EMB模型，在1940年上市。局限性。尽管电子显微镜可能有用，但它仍然有其局限性。由于高压电子对生物体是致命的，电子显微镜不能用于观察活的细菌、病毒等。另外，电子束不能穿透超过 1/25000 英寸，所以电子显微镜不能用于观察更厚的物体——例如苍蝇的翅膀。后一个问题的解决方案是开发特殊设备，这些设备可以切割出足够薄以允许电子通过的待观察物体的切片。这种“切片机”如何处理较软的材料我们很容易想到，但我们如何切下一层 1/25000 英寸厚的钢？这个问题的答案非常简单。钢材表面的“复制品”是在柔软的材料上制成的，例如蜡。复制品很容易切片，当它安装在非常薄的透明膜上时，它会取代显微镜中的原始物体。重要性。现在全国各地的实验室都在使用大约一千台电子显微镜。它们是寻找疾病（尤其是癌症）原因的研究中的宝贵工具，同时，它们在解决各种工业问题方面也很有用。例如，可以通过仔细检查电子显微镜照片来判断橡胶轮胎的磨损质量，从而无需进行漫长而繁琐的路试。最近在纽约举行的苏联展览上展出的一个1959年的俄罗斯电镜但是，电子显微镜最令人兴奋的应用是在细胞研究中。细胞通过蛋白质合成过程生长、滋养和再生。在电子显微镜的帮助下，科学家们第一次能够看到这些过程——这才是真正的“生命的秘密”。人类是一种永不满足的好奇生物。电子显微镜是满足人类求知欲和理解力的最有效手段之一。你能认出这些图片吗？所有这些都是在电子显微镜的帮助下拍摄的（答案在页面底部）。答案1. (a) 总放大倍数 160,000X；飞利浦电子公司提供2. (c) 总放大倍数 425,000X；由法兰西学院和 RCA 提供3. (c) 总放大倍数 112,000X；由麻省理工学院 CE Hall 博士提供4. (d)；总放大倍数 68,000X；由 Esso Research & Engrg 公司提供5. (c) 总放大倍数 14,680X；由陶氏化学公司和 RCA 提供”

项目编号：CLF0123GZ00ZC63项目名称：华南理工大学纳米红外光谱及近场光学显微镜预算金额：620.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：620.0000000 万元（人民币）采购需求：序号标的名称数量（单位）简要技术需求或服务要求（具体详见采购需求）最高限价万元（人民币）1纳米红外光谱及近场光学显微镜一套纳米红外光谱及近场光学显微镜主要用于对样品表面形貌、纳米力学、纳米热学、以及微纳米尺度的化学成分分布进行表征，可获得微纳米材料的红外吸收光谱，并且可以得到微纳米尺度上的化学成分分布图。620经政府采购管理部门同意，本项目（纳米红外光谱及近场光学显微镜设备）允许采购本国产品或不属于国家法律法规政策明确规定限制的进口产品，具体详见采购需求。本项目采购标的所属行业为：工业合同履行期限：国内供货：在合同签订后（30）天内完成供货、安装和调试并交付用户单位使用；境外供货（可办理免税）：收到信用证后（300）天内。本项目( 不接受 )联合体投标。对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名称：华南理工大学地址：广州市天河区五山路381号联系方式：文老师 020-871129622.采购代理机构信息名称：采联国际招标采购集团有限公司地址：广州市环市东路472号粤海大厦7、23楼联系方式：陈女士 020-87651688转分机132或1303.项目联系方式项目联系人：陈女士电话：020-87651688转分机132或130

仪器信息网讯 2024年5月13日，大规模设备更新——光学显微镜专场直播活动圆满召开！本次活动由仪器信息网携手徕卡光学显微系统联合主办，特别设置了圆桌对话和主题报告两大环节，在大规模设备更新政策背景下，9位嘉宾聚焦光学显微成像前沿技术与应用，共话未来发展新趋势。活动话题丰富、干货十足，吸引2000余人观看，观众在直播间与嘉宾积极互动，热烈讨论。对话专家：深度剖析光学显微镜之两大热门领域需求趋势活动开始，中国科学院半导体研究所主任/研究员韦欣、清华大学蛋白质研究技术中心主管/高级工程师王文娟、徕卡显微系统生命科学部全国应用经理王怡净和徕卡显微系统工业销售总监夏燕四位嘉宾作客直播间，就光学显微镜的技术创新、生命科学研究和半导体等工业领域的应用进展以及各类光学显微镜的选型建议等话题分享了自己的观点。圆桌对话清华大学蛋白质研究技术中心主管/高级工程师王文娟王文娟从事光学显微镜相关工作已十余年的时间，是资深的应用专家。她所管理的平台上，荧光显微镜、共聚焦显微镜、双光子显微镜、超分辨显微镜等生命科学相关的各个类型光学显微镜一应俱全，在生物医药、细胞生物学、发育生物学、分子医学、神经科学甚至环境、材料等方向都有好的支撑。谈及光学显微镜的技术创新，她讲到，面对生命科学领域的需求，光学显微镜技术更新迭代非常快，向更高分辨率、更快成像速度、成像深度更深、更低的光毒性以及更高通量这几个方向发展；在后续图像处理方面，人工智能技术的融入让图像处理更加简便。她还指出，当前活体组织的超分辨成像是当前的一大难点，希望显微镜能有技术上的突破去解决这一难题。在光学显微镜选型话题时，她给出了经验之谈：第一是看技术的先进性，要解决实际问题；第二是对比不同平台实际样品测试结果；第三是售后服务的响应及时性和维保价格合适。中国科学院半导体研究所主任/研究员韦欣韦欣主要从事化合物半导体分立器件和小规模集成电路器件的研究。他介绍到，半导体相关的工业强烈依赖于工艺水平和过程中的加工良率，光学显微镜是工艺过程中不可或缺的一类控制和检测工具，在他的工作中金相显微镜和体式显微镜几乎每天都要使用。不同于生命科学研究应用，工业检测领域对于光学显微镜的分辨率要求相对较低（电镜可实现），但对于更大视场和更快的成像速度需求较高，这主要源于工业领域对于效率的追求。要提高成像速度，硬件和软件技术都需要不断提升，尤其现在已经进入数字化时代，因此机器学习来提高识别效率和可靠性是软件发展的一大趋势。韦欣老师对光学显微镜未来技术最大期待是通过软件自动寻找、识别和记录每一个工艺步骤的缺陷，作为过程控制中定量的手段，而不只是实现定性检测。谈到工业领域的应用前景，韦老师认为，除了半导体工艺过程控制，在材料的表面分析方面光学显微镜的作用越来越大。在选型时，韦老师更关注是否能够满足定制化的需求、能否给出更多选项以及软件是否有明显提升等几个方面。徕卡显微系统生命科学部全国应用经理王怡净负责王怡净长期从事光学显微镜在生命科学领域的应用开发工作，她讲到，针对前面王文娟老师提到的超高分辨率、更深成像和智能化图像处理等用户需求或者技术趋势，徕卡在这些方面都早有相应的布局，今年也有一些新的突破。比如，“看的更深”方面，徕卡在常规多光子基础上进行了技术性的突破，从原来的滤片式外置检测器升级为光谱式外置检测器，检测灵敏度更高，在做神经纤维、骨等特殊样品时更有优势。对于智能化，徕卡的全类产品都有相应设计，如去年推出的MICA全场景显微成像分析平台可以实现一键成像。应用方面，徕卡在空间多组学、脑科学和类器官的研究等方向也早有布局，近期将推出流程化的解决方案。徕卡显微系统工业销售总监夏燕夏燕介绍到，在工业领域，光学显微镜如金相显微镜的革新性技术相对较少，但无论是高校和科研院所等前沿研究还是制造业的大规模检测，工业领域对于光学显微镜的操作便捷性、功能的可拓展性以及特殊的软件定制化都有明确的需求。徕卡在生命科学、工业检测、手术显微镜和电镜制样等各个产品线上都有相应硬件和定制化软件的布局。谈到工业领域光学显微镜的应用前景，夏燕着重介绍了徕卡在新能源领域毛刺检测方面根据客户的需求开发了新的软件，能够实现从定向到定量的需求。在半导体方面，针对民用半导体领域晶圆表面缺陷检测，徕卡有DM8000M、DM12000M产品来实现，并且相关产品在物镜、内置光源等方面具有独特优势。系统报告：徕卡显微镜产品家族的特点和应用圆桌对话环节后，来自徕卡光学显微系统的5位专家老师对徕卡显微镜产品家族进行了深度解读，包括多通道成像、智能平台、宽场光学与工业新应用等方面的技术亮点和解决方案。报告主题：《徕卡STELLARIS全方位多维成像解决方案》报告嘉宾：徕卡显微系统(上海)贸易有限公司 应用工程师 黄晖报告展示了STELLARIS全方位多维成像效果，它配备了最新一代白激光技术，可提供非常宽泛的光谱选择范围，为多色成像提供了重要基础。同时，STELLARIS Hyd 新一代共聚焦检测器使其具有更亮的信号、更多荧光颜色的自由搭配和更温和的激发。此外，黄老师还介绍了TauSTEDXtend纳米级多色活细胞成像和DIVE光谱式多光子深层多色成像。报告主题：《革新科学研究：MICA智能显微成像分析平台》报告嘉宾：徕卡显微系统（上海）贸易有限公司 高端宽场产品经理 童昕童昕介绍了全场景智能显微技术——MICA智能显微成像平台，它具备人人皆享、包罗万象、极简工作流三大特点。同时，童老师还讲解了MICA在效应T细胞介导的肿瘤细胞杀伤等实验中的应用案例。报告主题：《常规宽场显微镜助力诊断和科研》报告嘉宾：徕卡显微系统(上海)贸易有限公司 宽场显微镜产品经理 郑晓业常规的宽场显微镜主要分为体视镜、正置显微镜和倒置显微镜三大类，郑晓业分别介绍了徕卡这三类显微镜的产品和功能。徕卡的体视镜家族具有融合光学的独有技术；正置显微镜家族主要包括DM500/750、DM4/6B和DM1000-3000；倒置显微镜家族主要包括DMi1、DMiL、DMi8、Mateo TL和Mateo FL。报告主题：工业显微镜新应用——为发展新质生产力护航报告嘉宾：徕卡显微系统（上海）贸易有限公司 应用工程师 姚永朋姚永朋主要介绍了徕卡在工业领域的主要产品及功能，此外还讲述了这些产品在地质科学、水泥工业、煤炭焦化、石棉检测和液晶工业等领域的应用。报告主题：徕卡先进制样技术在电子半导体行业应用介绍报告嘉宾：徕卡显微系统(上海)贸易有限公司 电镜制样产品应用工程师 王露露王露露介绍了徕卡的离子束切割/研磨技术路线，主要用到EM TXP精研一体机、EM TIC3X三离子束研磨仪和EM ACE200/ACE600低真空/高真空镀膜仪三台仪器。EM TXP精研一体机应用于对固定样品切割/铣削/冲钻/研磨/抛光，EM TIC3X三离子束研磨仪应用于固体表面无应力损伤表面/截面制备。活动主持人 曲文清 仪器信息网品牌合作伙伴资深运营更多精彩内容尽在直播回放！点击查看 ：直播链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/leica2024 此次直播，为广大相关从业者提供一个全面了解光学显微镜新技术、新方案的平台，让大家在选型过程中少走弯路，能够为大家在科研工作中提供更多帮助和支持，为进一步高效推动科研设备的升级换代贡献一份力量。

2012年2月21日，奥林巴斯（中国）有限公司在上海成功举办了&ldquo DSX光学数码显微镜新产品发布会&rdquo 。本次发布会邀请了知名企业、大学院校、研究所以及媒体等代表百余人次。共同见证了奥林巴斯针对于工业领域上的又一次新的突破。 奥林巴斯以高端的光学技术著称,而且数码技术也是屈指可数的。现在，利用两项卓越技术的完美融合,我们创造出了新型的光学数码显微镜，使我们在工业显微镜领域取得了巨大的领先。&rlm DSX系列光学数码显微镜，是一个全新的产品。通过先进的光学数码技术颠覆了传统显微镜的定义，DSX 系列为用户在检测效率上提供了很大的帮助。 划时代的光学数码显微镜DSX系列 奥林巴斯（中国）有限公司工业机器部部长致开幕词 嘉宾代表为DSX新产品揭幕 发布会现场 为客户进行新产品演示有关DSX光学数码显微镜的详细信息，请访问DSX光学数码显微镜专用网址：http://www.olympus-ims.com/zh/microscope/opto-digital/奥林巴斯仪器信息网网址： http://olympus.instrument.com.cn

泰思肯(TESCAN) 位于欧洲电子光学研发和制造基地捷克布尔诺市，主要研发和生产扫描电子显微镜，其前身是世界电子光学设备制造的领航者TESLA，有超过60年电子显微镜的研发制造历史。　　一直以来，泰思肯在电子显微镜领域深耕细作，然而就在不久前，泰思肯推出了一台全息显微镜Q-Phase，开始进军光学显微镜市场。目前这款产品已在中国上市。为何泰思肯会选择推出光学显微镜产品，这款产品又有着怎样的特点和竞争优势呢?仪器信息网编辑采访了泰思肯的相关负责人。　　Instrument：作为一家电镜厂商，泰思肯为何选择推出光学显微镜产品?　　泰思肯：TESCAN Brno在欧洲一直是一个开放性实验室，与很多大学和科研院所保持紧密的合作。捷克的布尔诺技术大学的Radim Chmelí k教授团队一直从事全息显微镜的研究，并且在2011年之后，就进入TESCAN接续进行研发。由于双方有非常好的合作关系，并共同申请了专利。TESCAN本身也具有极强的研发和制造能力，于是成功的将全息显微镜进行了商品化。　　Instrument：新推出的Q-Phase全息显微镜有什么样的特点?　　泰思肯：Q-Phase利用全息干涉法以及相干门控技术，具备多种成像模式，有定量相位成像、荧光成像、模拟DIC成像和明场成像。其中定量相位成像可以提供式样的立体形态、以及细胞干重的定量信息，细胞干重精确度可到pg/um2。　　此外，Q-Phase还可以选配恒温箱等附件，可以对显微镜环境(如温度、湿度、气氛等)进行精确控制，可根据用户需要，进行细胞的培养或处理，同时实时观测。　　Instrument：与同类产品相比，Q-Phase有哪些技术优势?　　泰思肯：和目前已有的常规技术相比，Q-Phase具有众多优势：首先，不需要进行染色处理；其次，Q-Phase所需要的光强要比一般的全息显微镜低7个数量级，对样品的损伤更小，有利于长期观察；再次，可以做到细胞干重的定量测试；然后，Q-phase具有更好的空间分辨率，没有图像失真、渐晕、伪影等；还有，Q-phase具有超出同类方法很多的扫描速度，非常适合做原位观察。　　另外，Q-Phase可以在散射介质中对细胞进行直接的观察，而且依然有非常优秀的衬度。这在传统的相衬技术中是难以实现的。　　Instrument：Q-Phase全息显微镜适用于哪些应用领域?　　泰思肯：Q-Phase主要用于生物与生物成像领域，以及活细胞的动态成像观察。比如：细胞的分裂和繁殖、干重测试、细胞运动、生命周期的观察；癌细胞的研究，药物的测试、组织切片等领域。

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。

p　　由浙江省宁波永新光学股份有限公司主导制订的显微镜国际标准ISO 9345《Microscopes-Interfacing dimensions for imaging components》近日顺利进入DIS询问草案阶段。这标志着该项目已取得重大进展，预计今年进入批准及出版阶段。/pp　　据了解，该项目由ISO/TC172/SC5显微镜和内窥镜国际标准化组织工作代表团主要成员永新光学受全国光学和光子学标准化技术委员会委托负责具体实施。项目开展以来，在项目负责人、永新光学总经理兼技术总监毛磊的带领下，标准制订工作屡屡告捷，此前已分别于2016年进入WD工作草案阶段，2017年进入CD委员会草案阶段。/pp　　2015年9月ISO美国博尔德会议上，会议主席曾提出对几项传统显微镜标准是否作废进行讨论。该项提议如果通过，国内有几十万台显微镜将会成为非标产品，国产光学显微镜在世界市场上将失去一大块阵地。作为中国代表团主要成员的永新光学负责人毛磊总经理及时提出，可由中国来重新制订该项标准。该意见得到了与会各国代表团的一致通过。这意味着在显微光学精密仪器领域，中国将拥有更多的话语权和主导权。/pp　　作为一家光学仪器和各类光学元部件的专业制造企业，永新光学有着二十余年光学仪器产品设计和专业生产经验，是国家重点研发计划重大仪器专项《高分辨荧光显微成像仪研究及产业化》项目的课题承担单位，全国制造业单项冠军培育企业。作为中国显微镜国家标准主要起草和制定单位，目前已累计制修订国家标准项78项、浙江制造团体标准1项。/pp　　此项显微镜国际标准顺利进入DIS询问草案阶段，取得重大进展，展现了我国在显微镜标准制订领域的技术实力，有力促进了中国显微镜行业国际地位的确立和提升。/ppbr//p

p　　12月26日，由中国科学院苏州生物医学工程技术研究所(简称“苏州医工所”)承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨显微光学核心部件及系统研制”通过验收，标志着我国具备了高端超分辨光学显微镜的研制能力。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/f803a627-1300-4f36-923e-c53c4d3ad202.jpg" title="1123909972_15458328762871n_副本.jpg" alt="1123909972_15458328762871n_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong科研人员在用自主研制的激光扫描共聚焦显微镜观察细胞结构。/strong/ppstrong/strong/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/603787a6-59a2-4609-bb37-a8c293834c42.jpg" title="1123909972_15458328763351n_副本.jpg" alt="1123909972_15458328763351n_副本.jpg"//pp style="text-align: center "strong科研人员在用自主研制的双光子-STED显微镜观察亚细胞结构。/strong/pp　　在当今生物学和基础医学研究中，高/超分辨光学显微镜发挥着至关重要的作用，10-100nm尺度的超分辨显微光学成像是取得原创性研究成果的重要手段。我国对光学显微镜特别是高端光学显微镜的需求极其旺盛，但基本依赖于进口，这严重制约了我国生物学和基础医学等相关前沿领域的创新。/pp　　历时五年攻关，苏州医工所科研人员全面突破大数值孔径物镜、特种光源、新型纳米荧光增强试剂、系统集成与检测等关键技术，已经申请90余项国家发明专利，其中获得授权30余项 研制出激光扫描共聚焦显微镜、双光子显微镜、受激发射损耗(STED)超分辨显微镜、双光子-STED显微镜等高端光学显微镜整机 建成了高端显微光学加工、装调、检测以及显微镜整机技术集成工程化平台，培养出一支具备研制复杂精密高端光学显微镜能力的研发团队，为我国高端光学显微镜的发展提供了系统解决方案。/pp　　苏州医工所研制的超分辨显微镜或核心部件已在国内外多家研究机构使用并已取得部分成果。如：中科院动物所利用高端光学显微镜观察发育生物学中的基本现象，研究潜在调控机制。中科院药物所应用高端光学显微镜观察药物胞内靶向定位和输送，加速创新性新药研发。美国斯坦福大学、日本东京大学、陆军军医大学脑科学研究中心等专业实验室利用双光子显微成像技术进行了信息识别、行为控制等脑科学核心问题的研究以及动物在体成像实验，获得了高分辨实时神经元活动成像数据。/pp　　目前，显微镜和关键部件已有部分成果实现销售，例如：双光子显微镜已销往德国、以色列、美国等多家国外研究机构。北京大学、中科院神经科学研究所等国内科研机构也使用了该设备。具有自主知识产权的特种LED光源体系具备了国际竞争力，支撑了包括新一代投影、光医疗仪器以及远程照明等新兴产业的快速发展。共聚焦显微镜也已完成工程化，拟进行产业化生产和销售。/pp　　该项目的成功实施，极大改善了我国高端光学显微镜基本依赖进口的状况，对满足我国生物医学等前沿基础研究的定制化需求、提升创新能力，以及推动我国光学显微镜行业转型升级具有重要的战略意义。下一步，苏州医工所将结合研究所工程化及成果转化创新模式，实现科技成果在研发平台、工程化平台、产业化平台、市场平台的高效对接，通过系列化、组合化的产品布局，对显微镜系统和核心部件进行工程化、产业化。/p