红外高成像系统

p　　随着检测器和数据处理系统的发展，傅里叶变换显微红外光谱技术在短短的二十几年间从单纯的显微镜与红外光谱联用，发展到了红外成像系统。/pp　　将傅里叶变换红外光谱仪中的红外光束引入显微镜光路，可以获得在显微镜下观察到微小尺寸样品的光学影像及相应成分的红外光谱信息。由于红外光的波长较长，红外显微镜的空间分辨率一般在6um左右。若采用单点检测器收集红外光谱，则为傅里叶变换显微红外光谱仪 若采用阵列检测器收集红外光谱，则为傅里叶变换红外成像系统。红外图像系统的出现大大提高了样品的检测速度，目前在刑侦学、生物学、医学、化学、材料科学和矿物学等诸多领域都得到了广泛的应用。/pp　　无论是显微红外光谱仪或是红外成像系统，使用者最关心的还是仪器的性能指标，也就是显微模式下红外光谱的信噪比及空间分辨率，另外，如何从红外光谱图像中提取有用的信息，也是大家所关心的，下面将综合这几点，介绍红外成像系统的进展。/pp　　一、信噪比/pp　　在红外显微镜和红外成像系统测试中，通过特殊设计的光学系统将测量光束直径缩小到微米甚至亚微米量级，从而可测试尺寸非常小的样品或者是大尺寸样品中非常小的区域，显然此时光通量远远小于常规红外光谱仪，若要获得高的信噪比，对整体光学系统的光路系统要求相应也有很大的很高，通常需要多个光学聚焦镜(卡塞格林镜)联合使用，才能保证红外光同轴，且能量损失最小，如图1所示为PerkinElmer公司红外光谱成像系统中的三卡塞格林镜光学系统。/pp　　红外光先从光源到达卡塞格林镜1，该镜为聚焦镜，将光束聚焦，经过样品，到达卡塞格林镜2，即物镜上，在此光路图中，最重要的卡塞格林镜为3号镜，即到达检测器前，将红外光谱的信号再次聚焦，保证能量最大。/pp　　高的光通量，才能保证高的信噪比，所以红外光谱成像系统中三卡塞格林镜的光路设计在一定程度上决定了其较高的信噪比。/pp style="text-align: center "img style="width: 450px height: 338px " alt="" src="https://img1.17img.cn/17img/old/NewsImags/images/201481101535.jpg"//pp style="text-align: center "span style="font-size: 14px "图1 PerkinElmer公司红外图像系统中的三卡塞格林镜光学系统/span/pp　　如前所述，在红外显微镜和红外成像系统的光通量远低于常规红外光谱仪，且扫描速度较快，常规红外检测器不能满足要求，无论是单点还是图像分析，均需要使用液氮冷却的MCT检测器以保证在快速测量时的高信噪比。此处需要说明，虽然测试速度比较慢，但是单点检测器的信噪比更高、测量光谱范围更宽。/pp　　红外成像系统所用检测器基本上可以分为两种，一是焦平面阵列检测器，另一种是线阵列检测器。焦平面阵列检测器包括两类，第一类主要是由红外显微镜和大面积焦平面阵列检测器(凝视型，以64*64和128*128为主)组成，凝视型同时以步进扫描技术(Step Scan)作支撑 第二类主要是由红外显微镜和小面积焦平面阵列检测器(非凝视型，以16*16和32*32为主)组成，非凝视型不需要步进扫描技术作支撑，而是采用了快速扫描(Rapid Scan)的技术。由于焦平面阵列检测器源于美国军方的技术，美国国防部对此类产品向中国大陆的出口进行了限制，目前仍存在禁运的问题。因此，国内市场上常见的红外光谱仪器公司如PerkinElmer、Thermo Fisher Scientific、JASCO等则提供双排跳跃式线阵列检测器(2*16或2*8)或线阵检测器(1*16)，再结合快速扫描功能，实现红外光谱成像质量和速度的双重提高。目前各仪器厂商阵列检测器的信噪比从150/1~800/1不等。/pp　　二、空间分辨率/pp　　空间分辨率是指被测试的样品采用显微红外“见到”的最小测试面积。采用红外显微光谱仪器的可见光显微系统对样品进行观察，选择感兴趣的测试区域，然后将其划分成若干个采样微区，通常将这些采样微区称为“像素(pixel)”。像素的尺寸是由仪器测试能力与样品表征要求共同决定的。较小的像素尺寸可以提高测试结果的空间分辨率，但是光谱信噪比会降低，测量相同面积的区域时所需时间也要增加。/pp　　由于红外光波长较长，易产生衍射现象，不能像可见显微镜将样品放大至1um甚至更小，一般常规的红外图像系统空间分辨率极限在6um左右，所获得的红外指纹图谱为6*6um区域的信息集合。/pp　　若要提高红外光谱成像系统的空间分辨率，可以考虑选择衰减全反射(ATR模式)。由于常规红外光谱透射或反射成像时物镜与样品之间的介质为空气，而ATR模式中物镜与样品之间的折射率更高的内反射晶体为介质，因而光束半径可以更小，即成像测试时的空间分辨率更高。例如，锗的折射率是空气的4倍，因此以锗作为内反射晶体时，ATR模式的空间分辨率比常规透射或反射模式高4倍左右。所以，在仪器厂家的宣传中可见ATR模式空间分辨率为1.56um的说法，应特别注意，此时为其名义空间分辨率，或称像素空间分辨率，而非实际真正的空间分辨率。/pp　　ATR模式包括ATR单点物镜与ATR成像附件两种测量方式。如图2所示，如果使用ATR单点物镜进行成像分析，每次只能测量与内反射晶体接触的一个像素，然后使晶体与样品脱离，移动样品使内反射晶体接触下一个像素并进行测量，直到获得所有像素的光谱。很明显的问题是，内反射晶体与样品接触后很容易被污染，影响后续像素测试结果的准确性，而且所有像素逐个测量的方式非常耗时。如果使用ATR成像附件，内反射晶体与所测样品一起固定在样品台上，二者之间没有相对位移，避免了晶体污染造成的测量误差。样品台同步移动内反射晶体与所测样品，改变红外光束在内反射晶体上的入射位置，完成所有像素的测量。由于可以使用阵列检测器，ATR成像的测试速度也非常快。但是，受到内反射晶体尺寸的影响，ATR成像的测试面积比较小(目前仪器上通常配备的反射晶体的直径为500um，最大可以定制直径为2 mm的晶体，但应同时考虑检测器、软件等因素)。此外， ATR单点物镜与ATR成像附件有个共同的问题：该方法只能测量距离内反射晶体表面几个微米深的样品部分 在样品表面与内部不一致时，该方法获得的一般只是表面信息。/pp style="text-align: center "img style="width: 450px height: 277px " alt="" src="https://img1.17img.cn/17img/old/NewsImags/images/201481101556.jpg"//pp style="text-align: center "图2 ATR红外光谱成像的两种测量方式。左：ATR单点物镜 右：ATR成像附件。/pp　　2013年，Neaspec公司推出了nano-FTIR光谱仪，利用其独有的散射型近场光学技术发展出来的纳米傅里叶变换红外光谱技术，使得纳米级化学鉴定和成像成为可能。nano-FTIR光谱仪的工作原理如图3所示，将一束宽带中红外激光耦合进入近场显微镜(NeaSNOM)，对原子力显微镜(AFM)针尖进行照明， 通过一套包含分束器、参考镜和探测器在内的傅里叶变换光谱仪对反向散射光分析，即可获得针尖下方20 nm区域内的红外光谱，使得红外光谱成像系统的的空间分辨率突破了微米的界限。该类型仪器综合了AFM的高空间分辨率，和FTIR的高化学敏感度，实现了对有机、无机材料的纳米级化学分辨。/pp style="text-align: center "img style="width: 450px height: 269px " alt="" src="https://img1.17img.cn/17img/old/NewsImags/images/201481101615.jpg"//pp style="text-align: center "图3 Nano-FTIR光谱仪的工作原理/pp　　图4所示为在不使用任何模型矫正的条件下，nano-FTIR获得的近场吸收光谱，由图中可见，其分子指纹特征与使用传统FTIR光谱仪获得的分子指纹特征吻合度极高，这在基础研究和实际应用方面都具有重要意义，因为研究者可以将nano-FTIR光谱与已经广泛建立的传统FTIR光谱数据库中的数据进行对比，从而实现快速准确的进行纳米尺度下的材料化学分析。对化学成分的高敏感度与超高的空间分辨率的结合，使得nano-FTIR成为纳米分析的独特工具。/pp style="text-align: center "img style="width: 450px height: 271px " alt="" src="https://img1.17img.cn/17img/old/NewsImags/images/201481101630.jpg"//pp style="text-align: center "图4 Nano-FTIR所获得的光谱图与传统红外光谱图的比较/pp　　但目前昂贵的价格，较为复杂的操作(需要与AFM联合使用)，以及红外光谱波段的限制(每次扫描的波数范围有限)，光谱分辨率有待提高等，仍是该类仪器需要克服的难题，同时也是未来发展的方向。/pp　　三、红外光谱成像的信息提取/pp　　使用合适的信息提取方法，从像素光谱中获得所需要的信息，是红外光谱成像技术应用的关键。成像所测量的数据为若干个像素的红外光谱，这些像素具有特定的空间位置，一般用横坐标和纵坐标来表示。如果按照测量时的空间位置进行排列，像素光谱数据需要表示为一个r*c*n维的矩阵，因此需要使用适当的数据处理方法，对上述矩阵进行降维。若将每张像素光谱均转换为反映特定信息的单一数值之后，再按照像素的空间位置将这些数值排列成一个r*c维的矩阵，然后以二维或三维图形表示出来，就得到了反映特定信息的数据采集区域的化学图像。/pp　　常见的降维手段包括：像素光谱平均强度图像，该方法可以反映测试区域内样品数量较多的位置 像素光谱图像特征峰强度或面积图像，该方法可以反映测试区域样品中特征官能团的分布情况 使用模式识别方法对像素光谱进行分类，根据像素光谱所属类别将成像区域分割为不同部分，对各个部分的典型像素光谱进行解析，可以了解一些成分的分布情况等。/pp　　本课题组近期也提出了两种新的振动光谱成像数据信息提取方法。 “主成分载荷乘积聚类分析-交替最小二乘法” 可用于没有参考信息时的样品化学成分非靶向解析 “偏最小二乘投影-相关系数法”，则主要用于已知目标成分的靶向检测，对微量成分的识别能力更强。若有兴趣可查阅相关文献，此处不多加描述。/pp style="text-align: right "　　(撰稿人：清华大学 周群)/pp style="text-align: right "　　注:文中观点不代表本网立场,仅供读者参考/p

p style="text-align: justify text-indent: 2em "近日，中国科学院深圳先进技术研究院郑炜研究员团队与南京大学吴培亨院士、张蜡宝教授团队合作，成功研制出首台近红外二区荧光介观成像系统，成果论文" Depth-resolved NIR-II fluorescence mesoscope" 发表在Biomedical Optics Express期刊上。该期刊是由美国光学学会主办的生物医学光学领域旗舰期刊，当前影响因子3.91，在全球95本光学类SCI期刊里排名第15位，生物光学领域排名第1位。 /pp style="text-align: justify text-indent: 2em "近红外二区（NIR-II，1000-1700 nm）荧光成像是近年来迅速发展的新型成像技术，具有高穿透深度、高信噪比等优点。以往的近红外二区荧光成像研究多集中在荧光染料的开发上，光学成像系统的研究相对较少。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "在本项研究中，文章第一作者廖九零博士借助南京大学自主研制的高性能超导纳米线单光子探测器（superconducting nanowire single-photon detector，SNSPD），采用特殊的三维扫描和小孔滤光技术，实现了近红外二区的介观成像，成像视场可达7.5× 7.5 mm2，可以覆盖整个小鼠大脑，成像分辨率达到6.3 μm，可以分清单根毛细血管，并且该系统还具备大深度的三维成像能力。利用该系统，研究人员可以在活体、非开颅的条件下，对小鼠整个大脑的血管进行三维高分辨成像，可以观测单根毛细血管的形态、走向以及血液流动情况，为脑血管研究提供新的工具。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em "该研究得到了科技部重点研发计划、国自然重大科研仪器研制项目和国自然重大研究计划等项目支持。 /span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "a href="https://www.osapublishing.org/boe/abstract.cfm?uri=boe-11-5-2366" target="_self"span style="text-indent: 2em color: rgb(0, 112, 192) "strong论文链接/strong/span/a/pp style="text-align: center text-indent: 0em "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/e920d141-26cd-4a12-85cd-8512f780021d.jpg" title="W020200409423828001781.jpg" alt="W020200409423828001781.jpg"//pp图1 NIR-II介观成像结果。（A）正常小鼠大脑经颅三维成像结果；（B）脑缺血小鼠大脑经颅三维成像最大强度投影图。 /p

2020年以来，红外热成像行业经历了一场蓬勃发展的浪潮，因其测量速度快、测量范围广、测量精度高、非接触等优点，让红外热成像设备遍布社会的各个角落。近年来，随着科技的不断发展和市场需求的持续增长，为红外热成像仪的制造和应用提供了更多的机会和可能性，也使得红外热成像仪的应用领域愈加广泛，包括：电力检测、工业控制、医学诊断、安防、无人驾驶等。为了帮助广大用户更深入地了解红外热成像技术的发展及应用，促进交流学习，仪器信息网特别策划了“红外热成像技术发展及应用”主题约稿活动。特别邀请贵单位参与此次活动，向更多用户展示红外热成像技术的最新研究成果、技术应用和市场趋势。采编稿件将收录到红外热成像技术专题内，并在仪器信息网平台全渠道推送。一、主办单位仪器信息网二、厂商约稿提纲1. 请介绍贵司概况，当前发展情况如何？2. 请介绍当前中国及全球范围内红外热成像行业的市场规模及现状？3. 目前贵司主推的红外热成像仪有哪些？并谈谈产品的核心竞争优势。4. 贵司推出的产品主要聚焦于哪个领域？解决了什么技术痛点？有哪些代表性的用户单位？5. 如何看待红外热成像行业未来的发展前景？三、 回稿要求您可以根据上述问题进行稿件撰写，也可以由此展开相关话题。包括但不限于红外热成像技术在各个领域的应用情况、技术发展趋势、市场前景等。同时，我们也非常欢迎贵单位分享红外热成像技术在科研、生产和生活等各个方面的应用案例和经验。1. 稿件字符数不少于800字，如有图片，图片像素应不低于300DPI；2. 稿件无抄袭、署名排序无争议，文责自负，请勿一稿多投；3. 投稿须为Word文档，本网编辑有权对文稿进行修改，如不同意请注明；4. 供稿人请提供姓名、单位、个人简介、照片等信息。四、投稿邮箱zhangxir@instrument.com.cn五、活动时间长期约稿仪器信息网编辑部2023年12月

非凡的成像性能评价小动物活体荧光成像系统的关键要素——所选用相机的性能水平。NirVivo系列采用深度制冷科学相机产品，CCD制冷温度（-90℃）和InGaAs制冷温度（-80℃），基于这样的硬件配置，系统具备了高灵敏度的生物发光及荧光成像性能，同时能够满足微区成像和血管动态成像。全面而先进的荧光成像解决方案高透光率滤光片为了实现高品质的荧光成像系统，NirVivo配置了丰富且优质的荧光滤光片，光谱覆盖包括从VIS至NIR I区，NIR IIa区至NIR IIb区的全部区域，并且所有滤光片均采用硬涂层技术，在保证高透光率（95%以上）的同时具备长寿命耐损伤品质。系统内部构造及组成成像暗箱● 高避光性成像箱体● 高度整合的荧光成像组件● 用于维持动物正常体温的加热载物台● 用于控制载物台升级、滤光片轮切换的电动马达● 内置的气体麻醉接口● 电磁门锁● 可滑动脚轮CCD相机● 高量子效率背照式、科学一级CCD探测器● 像素尺寸13.5um，分辨率2048x2048● 高动态范围16 bit数字转换器● 帕尔贴型制冷，制冷温度-90℃，保证极低的暗电流● 曝光时间可达60分钟InGaAs相机 ● 高量子效率InGaAs探测器 ● 像素尺寸15um，分辨率640x512 ● 高动态范围16 bit数字转换器 ● 帕尔贴型制冷，制冷温度-80℃，保证极低的暗电流● 曝光时间可达5分钟半导体激光器 ● 808nm, 980nm和1064nm可选 ● 激光输出功率15W（可定制其它功率） ● 支持高重频调制工作参考型号系统型号NirVivo-LiteNirVivo-ProNirVivo-MIX成像光谱范围900-1700nm900-1700nm400-1700nm芯片类型InGaAs, TE1制冷InGaAs, TE4制冷CCD和InGaAs,TE4制冷芯片工作温度15℃-80℃-90℃ CCD芯片-80℃ InGaAs芯片芯片尺寸9.6mm x 7.7mm9.6mm x 7.7mm27.7mm x 27.7mm像素数量640 x 512640 x 5122048 x 2048640 x 512量子效率70% @1000-1600nm70% @1000-1600nm85%@500-700nm70% @1000-1600nm像素尺寸15um x 15um15um x 15um13.5um x 13.5um CCD15um x 15um InGaAs镜头1x, 2.5x, 5x, (8-50)x1x, 2.5x, 5x, (8-50)x1x, 2.5x, 5x, (8-50)x读出噪声(RMS)30e- 30e-2.3e- CCD芯片30e- InGaAs芯片暗电流60Ke-/p/s@15℃100e-/p/s@-80℃0.0001e-/p/s@-90℃100e-/p/s@-80℃激发滤光片数量449发射滤光片数量449加热恒温载物台有有有气体麻醉接口有有有计算机及软件有有有成像暗箱内部尺寸45 x 50 x 65cm载物台温度 20 - 40℃电源要求100-240 VAC, 50-60 Hz工作温度 0 - 50℃创新点：采用-80℃深度制冷的红外探测器，独特的光路设计，可以选择三种不同的激光波长进行测量，双相机设计，兼容了从可见光，近红外一区到近红外二区的全谱段小动物荧光成像应用的需求，属于业内领先的设计及系统。NirVivo系列 近红外二区活体荧光成像系统

在背景与目标红外辐射量差距不大或背景较为复杂等情况下，传统红外成像技术对目标进行探测与识别的难度较大。而红外偏振探测在采集目标与背景辐射强度的基础上，还获取了多一维度的偏振信息，因此在探测隐藏、伪装和暗弱目标和复杂自然环境中人造目标的探测和识别等领域，有着传统红外探测不可比拟的优势。但同时，偏振装置的加入也增加了成像系统的复杂度与制作成本，且对于远距离成像，在红外成像系统前加入偏振装置对成像系统的探测距离有多大的影响，也有待进一步的研究论证。据麦姆斯咨询报道，近期，中国科学院上海技术物理研究所、中国科学院红外探测与成像技术重点实验室和中国科学院大学的科研团队在《红外与毫米波学报》期刊上发表了以“考虑探测器非理想性的红外偏振成像系统作用距离分析”为主题的文章。该文章第一作者为谭畅，主要从事红外偏振成像仿真方面的研究工作；通讯作者为王世勇研究员，主要从事红外光电系统技术、红外图像信号处理方面的研究工作。本文将从分析成像系统最远探测距离的角度出发，对成像系统的探测能力进行评估。综合考虑影响成像系统探测能力的各个因素，参考传统红外成像系统作用距离模型，基于系统的偏振探测能力，建立了红外偏振成像系统的作用距离模型，讨论了偏振装置非理想性对系统探测能力的影响，并设计实验验证了建立模型的可靠性。红外成像系统作用距离建模目前较为公认的对扩展源目标探测距离进行估算的方法是MRTD法。该方法规定，对于空间频率为f的目标，人眼通过红外成像系统能够观察到该目标需要满足两个条件：①目标经过大气衰减到达红外成像系统时，其与背景的实际表观温差应大于或等于该频率下的成像系统最小可分辨温差MRTD（f）。②目标对系统的张角θT应大于或等于相应观察要求所需要的最小视角。只需明确红外成像系统的各项基本参数与观测需求，我们就可以计算出系统的噪声等效温差与最小可分辨温差，进而求解出它的最远探测距离。红外偏振成像系统作用距离建模偏振成像根据成像设备的结构特性可分为分振幅探测、分时探测、分焦平面探测和分孔径探测。其中分时探测具有设计简单容易计算等优点，但只适用于静态场景；分振幅探测可同时探测不同偏振方向的辐射，但存在体积庞大、结构复杂，计算偏振信息对配准要求高等问题；分孔径探测也是同时探测的一种方式，且光学系统相对稳定，但会带来空间分辨率降低的问题；分焦平面偏振探测器具有体积小、结构紧凑、系统集成度高等优势，可同时获取到不同偏振方向的偏振图像，是目前偏振成像领域的研究热点，也是本文的主要研究对象。图1为分焦平面探测系统示意图。图1 分焦平面探测器系统示意图本文仿真的分焦平面偏振探测器，是在红外焦平面上集成了一组按一定规律排列的微偏振片，一个像元对应着一个微偏振片，其角度分别为 0°、45°、90°和135°，相邻的2×2个微像元组成一个超像元，可同时获取到四种不同的偏振态。图1为分焦平面探测系统结构示意图。传统方法认为在红外成像系统前加入偏振装置后，会对系统的噪声等效温差与调制传递函数MTF（f）产生影响，改变系统的最小可分辨温差，进而改变系统的最远探测距离。本文将从偏振装置的偏振探测能力出发，分析成像系统的最小可分辨偏振度差，建立红外偏振成像系统的探测距离模型。我们首先建立一个探测器偏振响应模型，该模型将探测器视为一个光子计数器，光子被转换为电子并在电容电路中累积，综合考虑探测器井的大小、偏振片消光比、信号电子与背景电子的比率以及入射辐射的偏振特性，通过应用误差传播方法对结果进行处理。从噪声等效偏振度（NeDoLP）的定义出发，NeDoLP是衡量偏振探测器探测能力的指标，即探测器对均匀极化场景成像时产生的标准差。对其进行数学建模，进而分析得到红外偏振成像系统的最远探测距离。图2 DoLP随光学厚度变化曲线对于探测器来说，积分时间越长，累积的电荷越多，探测器的信噪比（SNR）就越高，但这种增加是有限度的。随着积分时间的增加，光生载流子有更多的时间被收集，增加信号。然而，同时，暗电流及其相关噪声也会增加。对于给定的探测器，最佳积分时间是在最大化信噪比和最小化暗电流及噪声的不利影响之间取得平衡，为方便分析，我们假设探测器工作在“半井”状态下。通过以下步骤计算红外偏振成像系统最远作用距离：a. 根据已知的目标和背景偏振特性以及环境条件，计算在给定距离下，目标与背景之间的偏振度差在传输路径上的衰减。b. 结合系统的探测器性能参数，确定目标在给定距离下是否可被观察到。如果不能则减小设定的距离。目标被观察到需同时满足衰减后的偏振度差大于或等于系统对应于该频率的最小可分辨偏振度差MRPD，目标对系统的张角θT大于或等于相应观察要求所需要的最小视场角。c. 逐步增加距离，直到目标与背景之间的偏振度差不再满足观察要求。这个距离即为成像系统最远作用距离。τp (R)为大气对目标偏振度随探测距离的衰减函数，可根据不同的天气条件，根据已有的测量数据进行插值，计算出不同探测距离下大气对目标偏振度的衰减，图4. 5给出了根据文献中测量数据得到的偏振度随光学厚度增加衰减关系图。这里给出的横坐标是光学厚度，不同天气条件下，光学厚度对应的实际传播距离与介质的散射和吸收系数有关。综上，我们建立了传统红外成像系统和考虑了偏振片非理想性的红外偏振成像系统的作用距离模型，下面我们将对模型的可靠性进行验证，分析讨论探测器各参数对成像系统探测能力的影响。验证与讨论由噪声等效偏振度的定义可知，其数值越小，代表偏振探测器的性能越优秀。下面我们对影响红外偏振成像系统探测性能的各因素进行讨论，并设计实验验证本文建立模型的正确性。偏振片消光比消光比是衡量偏振片性能的重要参数，市售的大面积偏振片的消光比可以超过200甚至更多。对其他参数按经验进行赋值，从图3可以看到，对于给定设计参数的探测器，偏振片消光比超过20后，随着偏振片消光比的增加，探测器性能上的提升微乎其微。对于分焦平面探测器，为实现更高的消光比，不可避免地要牺牲探测器整体辐射通量。由于辐射通量降低而导致的信噪比损失可能远远超过消光比增加所获得的收益。这一结果同样可以对科研人员研制偏振片提供启发，对需要追求高消光比的偏振片来说，增大透光轴方向的最大透射率要比降低最小透射率更有益于成像系统的性能。图3 偏振片消光比与探测器噪声等效偏振度关系图探测器井容量红外探测器的井容量是指探测器像素在饱和之前能够累积的电荷数量的最大值。井容量是衡量红外探测器性能的一个关键参数，井容量通常以电子数（e-）表示。较大的井容量意味着探测器可以在饱和之前存储更多的电荷，从而能够在更大的亮度范围内准确检测信号。这对于在具有广泛亮度变化的场景中捕获清晰图像至关重要。从图4可以看出，增大探测器井的容量，同样能很好的提高成像系统的偏振探测能力。图4 探测器井容量与探测器噪声等效偏振度关系图然而，井容量的增加可能会导致像素尺寸增大或探测器面积减小，这可能对系统的整体性能产生负面影响。因此，在设计红外探测器时，需要权衡井容量、像素尺寸和其他性能参数，以实现最佳性能。目标偏振度虽然推导出的噪声等效偏振度公式包含目标偏振度这一参量，但目标的偏振度本身对探测器的噪声等效偏振度没有直接影响。NeDolp 是一个衡量探测器性能的参数，它主要受探测器内部噪声、电子学和其他系统组件的影响。然而，目标的偏振度会影响探测器接收到的信号强度，从而影响信噪比（SNR）。从图5也可以看出，探测器的NeDolp受目标的偏振度影响不大。图5 目标偏振度与探测器噪声等效偏振度关系图读取噪声与产生复合噪声比值读取噪声主要来自于探测器的读出电路、放大器和其他电子元件。它通常在整个光强范围内保持相对恒定。产生复合噪声是由光子的随机到达和电荷生成引起的，与光子数成正比。在低光强下，产生复合噪声通常较小；而在高光强下，它会逐渐变大。通过计算读取噪声和产生复合噪声的比值，可以确定系统的性能瓶颈。如果读取噪声远大于产生复合噪声，这意味着系统在低光强下受到读取噪声的限制。在这种情况下，优化读出电路和放大器等元件可能会带来性能提升。如果产生复合噪声远大于读取噪声，这意味着系统在高光强下受到产生复合噪声的限制。在这种情况下，提高信号处理和光子探测效率可能有助于改善性能。从图6可以看出，降低读取噪声与产生复合噪声比值可以有效提升系统偏振探测能力。图6 δ与探测器噪声等效偏振度关系图信号电子比例综合图4~6可以看出，提升β的数值可有效提高探测器的偏振探测能力，由β的定义可知，对于确定井容量的探测器，β的取值主要取决于探测器的各种噪声与积分时间，降低探测器的工作温度、优化探测器结构、减少表面和界面缺陷等途径都可以降低探测器的噪声，调节合适的积分时间也有助于探测系统的性能提升。实验验证根据噪声等效偏振度的定义，利用面源黑体与红外可控部分偏振透射式辐射源创建一组均匀极化场景。如下图7所示，黑体发出的红外辐射，经过两块硅片，发生四次折射，产生了偏振效应，通过调节硅片的角度，即可产生不同线偏振度的红外辐射。以5°为间隔，将面源黑体平面与硅片间的夹角调为10°~40°共七组。每组将面源黑体设置为40℃和70℃两个温度，用国产自主研制的红外分焦平面偏振探测器采取不少于128帧图像并取平均，然后将每组两个温度下相同角度获得的图像作差，以减少实验装置自发辐射和反射辐射对测量结果的干扰，差值图像就是透射部分的红外偏振辐射。对差值图像进行校正和去噪后，即可按公式计算出探测器对均匀极化场景产生的偏振度图像。计算出红外辐射的线偏振度，为减小测量误差，仅取图像中心区域的像元进行分析。该区域像元的标准差就是该成像系统的噪声等效偏振度（NeDoLP）。探测器具体参数如表1所示。图7 实验示意图表1 偏振探测器参数利用本文建立的探测器仿真模型计算出硅片的线偏振度仿真值，公式19计算出硅片线偏振度的理论值，与实验的测量值进行对比，图8展示了三组数据的变化曲线，从图中可以看出，三组数据存在一定偏差，这可能与硅片调节角度误差、面源黑体稳定性、干涉效应、硅片摆放是否平行等因素有关，但在误差允许的范围内，实验验证了偏振探测系统的性能，也证明了本文建立仿真模型的可靠性。NeDoLP测量结果如表2所示。图8 线偏振度理论值、测量值与本文模型仿真值曲线图表2 实验结果从上表可以看到NeDoLP的测量值与仿真值的差值基本能控制在5%以内，实验结果再次印证了本文设计的模型的可靠性。实例计算应用建立的模型对高2.3m，宽2.7m，温度47℃，发射率为1的目标的最远探测距离进行预测，目标差分温度6℃；背景温度27℃；发射率1；目标偏振度30%，背景偏振度1%，使用3.2节中样机的探测器参数，最后，采用文献中介绍的“等效衰减系数-距离”关系的快速逼近法对红外探测系统最远作用距离R进行求解，得到表3的结果。表3 红外成像系统的最远作用距离根据红外探测系统最远探测距离，利用本文第二节提出的方法，得到不同探测概率下红外偏振成像系统最远作用距离结果如表4所示。表4 红外偏振成像系统的最远作用距离所选例子为目标与背景偏振度差异大于其温差，所以在这种探测场景下红外偏振成像系统的探测能力要优于红外成像系统。探测器的参数不同，探测场景与目标的变化都会对模型的结果产生影响，但本文提供的成像系统作用距离模型可为实际探测中不同应用场景下的成像系统选择提供参考。结论针对不同的探测场景，红外成像系统与红外偏振成像系统在最远探测距离方面哪个更有优势并没有定论，探测目标的大小，背景与目标的温差与偏振度差，大气透过率，具体探测器的参数等因素都会对成像系统的最远探测距离产生影响。经实验验证，本文所建立的非理想红外偏振成像系统的响应模型是可靠的，可以用于估算成像系统的最远作用距离，针对不同的探测场景，读者可通过实验确定探测器的具体性能参数，利用仿真软件或实验测量的方式获取探测目标的温度与偏振信息，明确探测环境的具体大气参数，利用模型对红外成像系统与偏振成像系统的最远作用距离进行预估，选择更具优势的成像系统。这项研究获得上海市现场物证重点实验室基金（No. 2017xcwzk08）和上海技术物理研究所创新基金（No. CX-267）的资助和支持。论文链接：http://journal.sitp.ac.cn/hwyhmb/hwyhmbcn/article/abstract/2023041

近日，全国汽车标准化技术委员会正式发布了国家标准《汽车用被动红外探测系统》（GB/T 43249-2023），该标准自2018年开始历经5年时间，在各方组织的联合推动下，终于成功面世发布。众多红外热成像企业包括海康微影、睿创微纳、高德红外、飒特红外、轩辕智驾等，依托公司强大的科技实力与多年红外技术的沉淀，全程参与并大力支持该国标实施发行，推动红外热成像技术在汽车行业的应用和发展。什么是被动红外技术被动红外技术简单理解就是红外热成像技术，该技术最先在军事上应用，但随着市场需求的扩大和更多资本的投入，热成像技术逐渐扩展到预防检测、消防、制程控制、安防、汽车、环境监测等民用领域。被动式红外技术是利用大于绝对温度的物体自身会向外发射一定波长的红外光束的原理，并利用红外图像传感器来感知目标物，也就是热成像技术。其探测范围广、距离远、穿透性强、防强光照射。在汽车领域里，基于红外热成像技术的夜视系统可以大幅提升汽车夜间视觉感知能力。这一功能前些年由国外垄断与技术封锁，原本只在高端进口车型才有配置。近年来随着软硬件实现国产化，红外热成像夜视系统这只“旧时王谢堂前燕”已然“飞入”更多的寻常车型，并成为前装后装市场新的增长点。左图为可见光，右图为远红外《汽车用被动红外探测系统》标准实施的意义《汽车用被动红外探测系统》国家标准的实施，标志着车载红外热成像技术行业内的权威认可。车载红外热成像产品可广泛应用于乘用车、商用车、特种车、高铁和轨道交通的前装、后装及智能驾驶解决方案等，能解决雾霾雨雪等恶劣天气环境、夜间光照不良、眩光视线不佳等影响安全驾驶的重点问题，结合可见光摄像头、激光雷达、毫米波雷达等传感器实现多维感知，提升智能驾驶系统的安全性和可靠性。红外热成像的加速“上车”，将开启智能驾驶的新蓝海。

一、 neaspec推出全新一代纳米光谱与成像系统neaSCOPE系列产品 近期，全球知名纳米显微镜领域制造商neaspec推出了纳米光学显微镜neaSCOPE全新一代系列产品，加载了全新技术，拓展了产品功能，以满足客户多样的实验需求。neaSCOPE是基于针增强的纳米成像和光谱，以应用为目的，满足客户在科学，工程和工业研究等不同领域的科研需求。由于其高度的可靠性和可重复性，neaSCOPE已成为纳米光学领域热点研究方向的科研设备，在等离子激元、二维材料声子化、半导体载流子浓度分布、生物材料红外表征、电子激发及衰减过程等众多研究方向得到了许多重要科研成果。neaSCOPE技术特点和优势包括：♢ 行业的针增强技术，高质量的纳米分析实验数据。♢ 采用模块化设计，针对用户的实验需求量身定制配置，同时兼顾未来的升需求，无需重复购置主机。♢ 软件使用方便，提供交互式用户引导功能，让新用户也能快速上手。流程化的软件界面，逐步引导用户轻松完成实验操作。♢ 功能多样、可靠性高，已得到大量发表文章的印证，在纳米光学领域有很深的影响力，是国内外实验室的头号选择。二、neaSCOPE全新一代产品型号 IR-neaSCOPE：基于AFM 针的激光诱导光热膨胀的纳米红外成像和光谱。IR-neaSCOPE可测量纳米红外吸收谱。该设备利用AFM-IR机械信号来检测样品中激光诱导的光热膨胀。IR-neaSCOPE无需红外探测器和光学干涉仪，为热膨胀系数大的样品（如聚合物、生物材料等）提供了一种经济高效的纳米红外成像及光谱研究的解决方案。IR-neaSCOPE提供红外吸收成像，点光谱和高光谱成像，并可升到IR-neaSCOPE+s，拓展更多功能，实现更多种类材料的研究。♢ 将样品的光学与机械性质有效地去耦，实现无伪影的吸收测量。♢ 将激光地聚焦在探针上，实现优化条件下对样品的无损表征。♢ 互动式软件界面，帮助新用户直接上手，获取高质量数据。IR-neaSCOPE+s：探测商用AFM针的弹性散射光，实现纳米红外成像和光谱。IR-neaSCOPE+s能实现10 nm空间分辨率的化学分析和电磁场成像。该设备利用先进的近场光学显微镜技术来测量红外吸收和反射率，以及局部电磁场的振幅和相位。设备支持红外纳米成像、点光谱、高光谱、以及纳米 FTIR，可使用CW照明源，宽波激光器，以及同步辐射源。IR-neaSCOPE+s在有机和无机材料分析方面具有广泛的应用案例以及特殊的近场表征手段，如定量s-SNOM或亚表面分析。♢ 同时探测样品吸收和反射，适用于各类型材料。♢ 快速可靠的s-SNOM成像和光谱系统，在不影响数据质量的情况下实现高效数据产出。♢ 结合多光路设计和多项技术，实现大量选配功能（纳米 FTIR、透射、底部照明、光电流等）。...… VIS-neaSCOPE+s：局部电磁场偏振分辨的近场成像（振幅和相位）。VIS-neaSCOPE+s优化了可见光波长范围内的振幅和相位的矢量场成像。利用的s-SNOM技术实现对等离子体纳米结构和波导结构的近场成像和光谱研究。VIS-neaSCOPE+s提供灵活的光路配置，能够进行偏振测量、侧面和底部照明。同时支持升纳米FTIR 和TERS功能。♢ 检测局域电磁场的振幅和相位，实现对波衰减、模场和色散的全面表征。♢ 有的100%无背景检测技术和稳定的无像差对焦，保证在可见光全波数范围内的实验结果。♢ 灵活的光路选配，可将光源聚焦到样品或探针上，适用于等离子体不同的研究方向。 THz-neaSCOPE+s：纳米尺度太赫兹 （THz） 近场成像和光谱多功能平台。THz-neaSCOPE+s可在纳米尺度上实现太赫兹成像和光谱。该设备基于完全集成的紧凑型 THz-TDS 系统，可直接用于半导体纳米结构、二维纳米材料和新型复合材料系统的电导率研究。THz-neaSCOPE+s同时支持用户自由耦合太赫兹和亚太赫兹源，并集成了市面上SPM仪器中的软件界面，是强大的纳米太赫兹分析仪器。 ♢ 全反射光路，大程度上兼容宽波和单波太赫兹源，覆盖全部光谱范围。♢ 模块化设计和多光束路径设计，支持多种分析功能，包括光电流、泵浦以及纳米FTIR。♢ 基于THz-TDS 技术，实现紧凑且完全集成的太赫兹纳米光谱。 IR-neaSCOPE+fs：10 fs 时间分辨率和 10 nm 空间分辨率的超快泵浦光谱。IR-neaSCOPE+fs实现了泵浦光谱空间分辨率的突破。设备基于纳米FTIR 的fs激光系统，提供完全集成的硬件和软件系统，实现纳米的时间动态研究。该系统具备有的双光路设计、无色散光学元件、以及可选配的SDK，兼容各种泵浦激光器，使用成熟的高功率实验配置进行突破性的超快研究。♢ 完全集成的系统，帮助用户免于复杂的设备调试，专注于研究本身。♢ 无芯片的光学元件进行光聚焦和收集达到大时间分辨率。♢ 灵活的硬件和软件界面，可根据客户实验需求定制。 IR-neaSCOPE+TERs：nano-FTIR与nano-PL和TERS相结合，突破性的纳米尺度光谱探测技术。IR-neaSCOPE+TERs将纳米FTIR与针增强拉曼TERS和光致发光（PL）光谱相结合，在同一显微镜内利用弹性和非弹性散射光同时进行表征。该系统通过简单的光路校准可实现互补的红外光和可见光散射，可使用商用镀金的AFM探针进行稳定的纳米拉曼和PL表征。 ♢ 模块化设计和多光路设计，实现AFM探针在同一位置的纳米FTIR和纳米拉曼/PL光谱。♢ 通过简单的光路校准收集AFM探针针的强弹性散射光。♢ 使用商用AFM探针获得大 TERS 信号。♢ 优化的软件数据收集处理，在同一用户界面进行所有测量。 cryo-neaSCOPE+xs：超低温环境纳米光学成像和光谱。cryo-neaSCOPE+xs可在端低温下实现近场光学纳米成像和纳米光谱。该设备可获得高质量的近场信号，且支持可见光、红外光、以及太赫兹源。因此，该系统可实现10 K以下不同能相关的研究。cryo-neaSCOPE+xs 基于全自动干式低温恒温器，无需液氦。该系统同时具备共聚焦以及接电功能，以实现低温条件下的多功能研究。♢ 的s-SNOM和纳米FTIR技术，实现低温下纳米光学分析，温度低至10K。♢ 使用neaspec 照明和检测模块，兼容红外到太赫兹光源，应用领域广泛。♢ 使用全自动闭式循环高真空干式低温恒温器，降温速度快，使用成本低。 三、背景简介neaspec创立于2007年，起源于德国马克斯普朗克研究所，因其在纳米分析领域的一系列突破性技术而受到广泛关注。neaspec和Quantum Design结为全球战略合作伙伴，并于2013年次引入中国。产品经过多次升换代，设备的各方面性能均已达到高度优化。目前在国内的用户包括清华大学、北京大学、中国科学技术大学、中山大学、中科院诸研究所等高校和研究所。此次升使得系统在软件用户交互性、模块化、后续升兼容性方面具有更大的提升。 四、应用案例1. Nature: 双层旋转的范德瓦尔斯材料中的拓扑化激元和光学魔角 相关产品：IR-neaSCOPE+s 2018年W. Ma等在Nature报道了范德瓦尔斯材料α-MoO3 中的面内双曲声子化激元的重要发现。2020年6月，G.W. Hu等在此基础上通过理论预测并在实验上证实了双层旋转范德瓦尔斯材料α-MoO3体系，可以实现由转角控制的声子化激元从双曲到椭圆能带间的拓扑变换。在这个变换角附近，光学能带变成平带，从而实现激元的直线无衍射传播。类比于双层旋转石墨烯中的电子在费米面的平带，作者因此将这一转角命名为光学魔角。 研究中作者采用散射型近场光学显微镜（s-SNOM）对双层α-MoO3 旋转体系进行扫描测试。实验结果显示，在接近魔角时，光学能带变平，声子化激元沿直线无衍射传播。此外，通过测试不同转角的双层体系，作者成功观测到在不同频段大幅可调的低损耗拓扑转换和光学魔角。这一重要发现奠定了“转角光子学”的基础，为光学能带调制、纳米光操控和超低损耗量子光学开辟了新的途径，同时也衍生出“转角化激元”这一重要分支研究方向，为进一步发展“转角声学”或“转角微波系统”提供了重要的线索和启发。（引自：中国光学-公众号，2020年6月11日《Nature：光学魔角！二维材料转角遇见光》） 【参考】 Topological polaritons and photonic magic angles in twisted α-MoO3 bilayers. Nature, 2020, 582, 209-213.2. Nature: 天然双曲材料的声子化研究 相关产品：IR-neaSCOPE+s W. Ma在自然材料体系（α-MoO3）中观察到在平面内各项异性传播的声子化激元，包括传播速度不同的平面椭圆型和单向传播的平面双曲型声子化激元；并发现了在α-MoO3中支持的声子化激元具有低的损耗。实验发现，α相三氧化钼在两个光谱范围内存在两个剩余射线带，声子化激元的传播行为在两个剩余射线带内表现出不同的性质。在低剩余射线带内，α相三氧化钼可以在中红外波段支持双曲型声子化激元，也就是说声子化激元仅沿一个方向传播([001]方向)，在垂直方向[100]的传播完全被抑制，这种化激元有多种具吸引力的性质，它具有强的场局域特性，可以支持厚度可调节的波导模式，并且损耗低。而在另外一个剩余射线带内,α相三氧化钼在中红外波段支持椭圆型声子化激元,化激元沿着[001]和垂直方向[100]以不同的波长进行传播，这种化激元传播寿命高达约8 ±1 ps，远高于目前已知的高寿命。研究进一步促进了光学器件的微型化和多元的调制特性，并且再次证明自然材料中仍然具有无穷的挖掘潜力。 【参考】 In-plane anisotropic and ultra-low-loss polaritons in a natural van der Waals crystal. Nature, 2018, 562, 557–562. 3. 纳米空间分辨超快光谱和成像系统在范德瓦尔斯半导体研究中的应用 相关产品：IR-neaSCOPE+fs近年来，范德瓦尔斯（vdW）材料中的表面化激元(SP)研究，例如等离化激元、声子化激元、激子化激元以及其他形式化激元等，受到了广大科研工作者的关注，成为了低维材料领域纳米光学研究的热点。其中，范德瓦尔斯原子层状晶体存在特的激子化激元，可诱导可见光到太赫兹广阔电磁频谱范围内的光学波导。同时，具有较强的激子共振可以实现非热刺激（包括静电门控和光激发）的光波导调控。2020年7月，美国哥伦比亚大学Aaron J. Sternbach和D.N. Basov教授等研究者在Nature Communications上发表了题为：“Femtosecond exciton dynamics in WSe2 optical waveguides”的研究文章。研究者以范德瓦尔斯半导体中的WSe2材料为例，利用德国neaspec公司的纳米空间分辨超快光谱和成像系统，通过飞秒激光激发研究了WSe2材料中光波导在空间和时间中的电场分布，并成功提取了飞秒光激发后光学常数的时间演化关系。同时，研究者也通过监视波导模式的相速度，探测了WSe2材料中受激非相干的A-exciton漂白和相干的光学斯塔克（Stark）位移。【参考】 Aaron J. Sternbach et.al. Femtosecond exciton dynamics in WSe2 optical waveguides, Nature Communications, 11, 3567 (2020) 4. ACS Nano：光致发光、拉曼、近场光学同步测量技术揭示二维合金材料新特性 相关产品：IR-neaSCOPE+TERs 单层异质结构的应用潜力直接受到材料内在和外在的缺陷影响。乔治亚大学的研究人员在Abate教授的带领下，利用neaSNOM散射式近场光学显微镜，研究了二维（2D）单层合金光致氧化过程中纳米尺度下的奇异界面现象。他们发现界面张力可以通过建立稳定的局部势阱来集中本征激子，从而实现高的热稳定性和光降解稳定性。该实验结果由neaspec公司特的nano-PL / Raman和s-SNOM同步测量技术所采集，并已发表在ACS NANO中。在实验中，作者合成了由单层面内MoS2-WS2异质结构制成的2D纳米晶体，这些晶体在富Mo的内部区域和富W的外部区域间，显示出了较强的纳米合金界面。在针增强照明刺激下（100天），作者进一步观察到，光降解过程中界面的激子稳定性、局域性和不均匀性。得益于高度敏感的s-SNOM成像技术，作者探测到富W的外部区域的反射率出现急剧下降。该反射率始于晶体边缘，并随时间向内传播。在同一样品区域获得的高光谱纳米光致发光（nano-PL）图像显示，W氧化相关的激子的猝灭会遵循与s-SNOM相同的模式（在边缘开始并向内传播）。值得注意的是，合金界面的内部区域表现出了强大的抗氧化能力。即使在光降解100天后，它仍具有很强的s-SNOM信噪比和未淬灭的nano-PL信号。为了进一步研究结构变化，作者使用nano-PL进行了增强拉曼高光谱纳米成像测量，并在同一扫描区域的每个像素处获取了空间和光谱信息。实验结果表明，在整个晶体的光降解过程中，WS2拉曼峰逐渐消失，而在内部区域中的MoS2仍然存在。该结果表明在相同的环境条件、同一显微镜下测量相同的晶体，由于热诱导的合金和基底晶格常数的不匹配，导致光氧化与局部应变存在一定的关联。而合金界面可防止该应变传播到内部区域，从而防止其降解。 【参考】 Photodegradation Protection in 2D In-Plane Heterostructures Revealed by Hyperspectral Nanoimaging: The Role of Nanointerface 2D Alloys. ACS Nano 2021, 15, 2, 2447–2457. 5. Cryo-SNOM低温近场在氧化物界面的新应用 相关产品：cryo-neaSCOPE+xs 氧化物界面处的二维电子体系（2DES）做为一个特的平台，将典型复合氧化物、强电子相关的物理特性以及由2DES有限厚度引起的量子限域集成于一体。这些特的性质使其在电子态对称性、载流子的有效质量和其它物理特性方面与普通半导体异质结截然不同，可以产生不同于以往的新现象。然而氧化物界面多掩埋于物质间使其难以探测，为探究其局限2DES需要一个无创并且具有很高空间分辨率的表征技术，如果还能提供一个较宽范围内温度变化的平台将大地推进该领域的研究。通常光学显微镜可用于上述研究，其中，远场的探测技术由于受到波长和衍射限的限制缺乏空间分辨率，而红外波段的光束探测传导电子的Drude反应分辨率仅有几个微米的量，无法满足测试需求，而利用散射式近场光学显微镜(s-SNOM)可以克服这一限制，使其具有10-20 nm的空间分辨率并获得光响应信号中的强度和相位信息。近期，Alexey B. Kuzmenko团队在Nat. Commun.上获得新进展，他们利用s-SNOM来研究从室温下降到6K时LaAlO3/SrTiO3界面的变化情况，从近场光学信号，特别是其中的相位分量信息可以看出对于界面处的电子系统的输运性质具有其高的光学敏感度。这一模型说明了2DES敏感性来源于AFM针和耦合离子声子模型在很小穿透深度下的相互作用，并且该模型可以定量地将光信号的变化与冷却和静电选通控引起的2DES传输特性的变化相关联，从而提供操控光学信息的有效手段。从利用s-SNOM得到的实验结果和建立的模型结果来看，二者之间具有很好的拟合，这一结果说明了电子声子相互作用对于在零动量时的表面声子离子模型的散射化吸收具有至关重要的作用。【参考】 High sensitivity variable-temperature infrared nanoscopy of conducting oxide interfaces. Nature Communications 2019, 10, 2774. 6. Science：近场太赫兹光电流-石墨烯等离子体在近费米速度传播下的非局域量子效应 相关产品：THz-neaSCOPE+s西班牙光子科学研究所（ICFO）的 Marco Polini教授和Frank H. L.Koppens教授在《Science》上发表了题为：Tuning quantum nonlocal effects in graphene plasmonics的文章。 在本篇文章中，研究者利用散射式近场光学手段，对石墨烯-(h-NB)-金属复合体系表面进行了纳米尺度下的精细扫描，由此观测到了太赫兹波段下的石墨烯等离子体以近费米速度进行传播。研究发现，在慢的速度（数百倍低于光速）下，石墨烯等离子的非局域响应得以探测，通过近场成像能够以无参数匹配手段清晰地揭示无质量的Dirac电子气体的量子描述，进而展示了三种类型的非局域量子效应，即单粒子速率匹配，相互增强费米速率和相互减弱压缩性。通过该近场光学的研究方法，研究者终提供了确定电子体系的全时空反应的新途径。 【参考】 Tuning quantum nonlocal effects in graphene plasmonics. Science 2017, 357, 187. 五、部分发表文章[1]. Nature (2021) 596, 362[2]. Science (2021) 371, 617[3]. Nature Physics (2021) 17, 1162[4]. Nature Phot. (2021) 15, 594[5]. Nature Chem. (2021) 13, 730[6]. Nature (2020) 582, 209[7]. Nature Phot. (2020) 15, 197[8]. Nature Nanotech. (2020) 15, 941[9]. Nature Mater. (2020) 19, 1307[10]. Nature Mater. (2020) 19, 964[11]. Nature Phys. (2020) 16, 631[12]. Nature (2018) 562, 557 [13]. Nature (2018) 359, 892[14]. Science (2018) 362, 1153 [15]. Science (2018) 361, 6406 [16]. Science (2018) 359, 892[17]. Science (2017) 357, 187[18]. Science (2014) 344, 1369[19]. Science (2014) 343, 1125

广义上讲，波长从0.9微米到1000微米电磁辐射都可称之为红外辐射。大气对于不同波段的红外辐射透过率是不同的，一般说来对于红外辐射有两个波段透过率较高，一个是3微米到5微米，称之为中红外波段：另一个是8微米到12微米，称之为热红外波段。同可见光辐射一样，红外辐射也是一种电磁波，只不过波长更长一些。红外辐射也同样遵守反射定律和折射定律，因此同样可以像可见光一样通过光学系统成像。　　红外成像同可见光成像有许多明显不同之处。首先从目标特性来说，红外辐射由目标自身辐射而出，是一种被动成像系统：可见光则是由目标反射其他光源(如太阳)的辐射，属于主动成像系统：其次，红外成像系统的探测器经常需要制冷，并且探测器内置冷光阑。探器制冷可以大大降低暗电流，提高探测器灵敏度。探测器内的冷光阑的作用是栏掉视场外的杂散辐射。　　一种中红外成像系统发明的目的在于提供一种工作于中红外波段的成像光学系统，具体地说，是一种物距为有限远的、工作于中红外波段的、物方远心的、具有100%冷光阑效率、畸变非常小的光学系统。　　该成像系统包括位于同光轴的镜头和探测器，探测器从靠近镜头的一侧起依次包括探测器窗口、冷光阑以及成像焦面。它的特殊之处在于：镜头由六个镜片组成，具体的从远离探测器的一侧起依次包括第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片及第六镜片：第一镜片是正光焦度的弯向物方的弯月镜：第二镜片是正光焦度的弯向像方的弯月镜：第三镜片是由锗磨制而成的负光焦度的弯向物方的弯月镜，第四镜片是正光焦度的弯向像方的弯月镜：第五镜片是由锗磨制而成的负光焦度的弯向像方的弯月镜：第六镜片是正光焦度的弯向像方的弯月镜。本成像系统是理想的物方远心、并且畸变小于万分之五、非常适合于将中红外光纤传像束转换为点信号的耦合器件。　　该成像系统由我所马小龙、杨建峰等科研人员完成，并于近日获得国家发明专利授权，专利号 “ZL200910218528.5”。

在高内相乳液(HIPE)中，初始离散单元在聚合过程中或之后转变成由窗口高度互联聚合体的时间和方式，一直是一个有争议的问题。其中，以苯乙烯/二乙烯苯作为油相的油包水高内相乳液，是该领域研究的一个热点体系。在诱导聚合过程中，以支化的聚乙烯亚胺(PEI)为亲水端和聚苯乙烯(PS)链作为疏水端。这类大孔表面活性剂可以在大剂量范围内稳定HIPE并导致不同的开孔多聚形态。然而由于受到表征技术的限制，原位探测上述过程详细的机理仍然较为困难。Photothermal Spectroscopy Corp研发的光学光热红外(optical photothermal infrared)表面成像新技术可适用于液体环境测试，为探索polyHIPE的窗口形成机理提供了机会。光学光热红外技术通过探测红外光被吸收后所诱导的热响应信号来测试待测样品的红外振动峰，该技术有四大优势：使用可见光为检测光，可以将分辨率提高到 ~ 500 nm；非接触式的光学显微镜；分辨率不依赖于红外光波长；不会产生弥散的伪影。有鉴于此，同济大学万德成教授课题组与Photothermal Spectroscopy Corp合作，利用基于光学光热红外技术（O-PTIR）技术的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统mIRage（图1），对polyHIPE的聚合体进行了红外光谱和成像分析，探究其演变过程及形成机理。图1. A) 3%表面活性剂用量诱导的polyHIPE选取区域的光学照片，B)相应的mIRage图（条件: 红色代表强烈的反应，绿色代表几乎没有反应，而黄色代表对1492 cm-1处的激光束的中等反应），C)插图为典型的选定区域附近的局部表面形貌(通过SEM)，D) 插图为立方状样品的光学照片(?5×5×5 cm3)如图1B所示，PS对在1492 cm-1处激光束有红外响应，对新鲜的多聚体表面进行该波长激光扫描，发现了三个有代表性的区域。区域1几乎没有PS信号，说明表面完全覆盖 PEI 大孔表面活性剂, 对其他组成不太敏感 , 区域3显示 一 个 强烈红外信号,对应 PS 块体人工样品处理后的横截面。区域2呈现出岛状的PS微区，点缀在大孔表面活性剂覆盖的表面。由此推断，PS微区可能起源于相分离诱导的大孔表面活性剂的析出。图2. 在1600 (绿色)和1492 cm-1(红色)激光束照射下的多聚体表面的mIRage 2D O-PTIR图像。B)一系列的FTIR光谱提取采样点(箭头尾)。每个采样点的高度比为1600/1492 cm-1，如(C)所示，相邻的采样点为250 nm进一步对区域2进行1600和1492 cm-1位置逐点热成像扫描得到二维图像(图2A)，可以观察到一个不均匀的表面，表明发生了相分离。1600和1492 cm-1的波长分别用绿色和红色表示，PS对1600和1492 cm-1的激光束均有红外响应, PEI也对1600 cm-1的激光束有红外响。因此，如果表面仅仅是由PS决定的，那么1600和1492 cm-1的强度比应该不发生变化。1600/1492 cm-1红外强度比分布图(图2C)以及线性点提取红外光谱(图2B)都可以显示目标位置的表面化学成分，证实了相分离的发生。综上所示，非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统mIRage为polyHIPE表面相分离的存在提供了强有力的证据，有助于未来窗口的发展。 参考文献：[1]. C. H. Li, M. Jin, D.C. Wan, Evolution of a Radical-Triggered Polymerizing High Internal Phase Emulsion into an Open-Cellular Monolith, Macromol. Chem. Phys. 2019, 220, 1900216.

p style="text-align: justify text-indent: 2em "近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所生物医学光学与分子影像研究室研究员郑炜团队，与南京大学教授吴培亨、张蜡宝团队合作，研制出近红外二区荧光寿命共聚焦成像系统，在近红外二区波段实现三维多色荧光寿命成像，相关研究成果以Intravital confocal fluorescence lifetime imaging microscopy in second near-infrared window为题，发表在Optics Letters上。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em "荧光寿命成像可以在体现荧光物质形貌信息之外，还能够灵敏地反应荧光基团生化特性以及周围微环境的变化情况。科研人员（余佳与张荣丽，论文第一作者）利用高性能超导纳米线单光子探测器（superconducting nanowire single-photon detector，SNSPD）将荧光寿命成像与共聚焦成像技术结合起来，实现活体三维荧光寿命成像，时间分辨率可达109 ps，空间分辨率可以区分生物组织的亚细胞结构。该系统为进一步实现活体三维功能成像奠定基础，有潜力应用于肿瘤识别，病变诊断等领域。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "研究工作得到了科技部重点研发计划、国自然重大科研仪器研制项目和国自然重大研究计划等的支持。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "a href="https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-45-12-3305" target="_self" style="color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline "strongspan style="color: rgb(0, 176, 240) "论文链接 /span/strong/a/pp style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202006/pic/e5f1df2a-da39-4368-a17c-925b39d93258.jpg"//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "strong近红外二区荧光寿命成像区分不同染料染色的细胞。（a）-（b）荧光强度图；（c）-（d）荧光寿命标记图。/strong/p

时光飞逝，您的2021年余额已不足80天留给我们奋斗的时间不多啦想成为进阶红外热像师热像分析师的各行业技术人员本年度还有2次机会对专业技能进行提升赶快抓紧报名Teledyne FLIR的“明星课程”ITC红外培训ITC红外培训ITC红外培训，是全球一大红外技术培训和国际认证的提供者。凭借国际上最权威的红外培训课程，在全球30几个国家设有培训基地，遍布欧洲、中东、非洲、亚太和拉丁美洲等地，是一家通过ISO9001:2000质量管理标准认证的培训中心。行业涉猎范围广ITC红外培训由于温度这个决定性的因素，测温工作在现代化社会中变得极其重要，菲力尔公司的热像设备在军事、安防、机械、电气、医疗、建筑、兽医等，甚至家用领域都有广泛的应用场景，因此ITC培训的范围非常广，几乎和温度相关的行业都覆盖。讲师经验技术牛ITC红外培训ITC讲师是在全球相关行业拥有丰富经验的培训人员和热像师，拥有ASNT、EPRI、EN、BINDT和ISO资质，他们丰富的知识与经验将带你更好地领悟红外世界！学业完成技能强ITC红外培训完成ITC培训后，你将获得以下技能：★ 提高解释热图的能力，利用测温数据的历史纪录做出趋势分析；★ 在创建红外检测报告时，学习使用最恰当的技术；★ 学会区分真正的热点和虚假的热点，以避免出现代价高昂的错误；★ 满足许多雇主和客户要求的认证、培训和质量标准；★ 结合热力学和红外电磁辐射的知识在各行各业中，更好地使用红外热像仪。证书到手未来棒ITC红外培训ITC红外培训，提供红外热成像所有领域的培训课程，以及国际认证与再认证，包括：ITC一级、ITC二级、ITC三级红外热像技术认证培训。ITC的一级和二级课程是基于美国无损检测学会的ANSI/ASNT CP-105 和CP-189的要求设立。完成所有培训课程要求和热成像实地作业后，学员将获得ITC国际认证证书及证书的身份卡片。2021可选课程ITC红外培训时间地点等级11/22-11/26上海一级12/27-12/31上海一级在日常工作中用热像仪助力检测定位问题是关键如何熟练掌握红外热像仪的理论和实践能力？快来参加Teledyne FLIR的明星课程ITC红外培训顺利毕业之后你就可以熟练掌握红外热成像知识全面提高工作效率与能力

生命科学研究过程离不开各类科学仪器的帮助，仪器信息网特别策划话题：“生命科学技术平台经验分享”，邀请高校、科研院所公共技术平台的老师分享技术心得和经验，方便生命科学领域研究人员了解相关技术进展，学习仪器使用方法。本篇由中国科学院分子细胞科学卓越创新中心化学生物学技术平台陈铭研究员和高级工程师赵宏伟联合供稿，以下为供稿内容：高内涵成像分析系统，通俗来讲就是自动化成像平台和图像定量分析平台的集成，于20世纪90年代中后期推出第一代产品。高内涵成像分析系统的出现得益于自动化技术的进步，也依赖于计算机辅助的图像自动采集和信息提取能力的提升，其鲜明特点就是图像采集速度快、样品检测通量高、数据分析功能强。高内涵主要应用于高通量药物筛选和功能基因组筛选的细胞表型类实验检测，也适用于中低通量的细胞学研究中实验条件的摸索和优化。本文主要从图像高通量采集和图像批量分析两个方面介绍一下应用心得，并简要介绍一下我们在高内涵使用中遇到的一些思考。1. 自动化成像：图像采集要兼顾成像速度和成像质量的平衡作为高通量检测设备，高内涵的成像速度非常快，现在的技术能在5分钟之内完成一整块384孔板的单通道单视野的高质量图像采集。高内涵的成像对象通常是板底透明的微量多孔板，包括1-1536孔板，其中以96孔板和384孔板的使用最为常见。当然，借助于适配器的使用，也可以实现对培养皿和玻片的观察。根据板底材质的不同，分为PS材质多孔板和玻璃底多孔板，其中板底透明的黑色PS材质微孔板使用较广泛。根据板底厚度的不同，板底厚度大于200 μm的属于厚底板，小于等于200 μm的属于薄底板。薄底板多用于高数值孔径物镜的成像，厚底板适配于长工作距离物镜。同时，由于高数值孔径物镜比较宽，容易与多孔板边缘的裙边相撞，导致多孔板最外面的一圈的孔无法成像，现在也有低裙边的多孔板来兼容高数值孔径物镜的整板成像。此外，出于特定的实验目的，还有一些特殊的板型，也可以在高内涵上进行图像采集，比如适用于3D 类器官培养的U型底多孔板，用于研究细胞迁移能力的Transwell孔板等。区别于一般的荧光显微镜，高内涵属于自动化的倒置荧光显微镜，通常搭配自动化的载物台来驱动多孔板的移动。目前通用的载物台是机械载物台和高精度磁悬浮载物台，可以实现连续时间点成像后稳定的视频输出。由于所有的微孔板的板底都无法保证厚度是绝对一样的，因此高质量图像采集的自动化还依赖于精确自动聚焦技术的发展。常用的聚焦方式包括基于激光的硬件聚焦和基于图像的软件聚焦。基于激光的硬件聚焦是通过光源的反射或折射实现的，利用近红外激光探测微孔板的底部界面作为自动聚焦的参照，特点是速度快、重复性高、光毒性低。我们平台目前使用的高内涵设备的聚焦方式为硬件聚焦，包括双峰探测和单峰探测两种板底探测方式。双峰探测的原理是利用激光探测微孔板板底下表面和空气之间的界面得到第一个探测峰，物镜继续向上移动，激光会探测到微孔板板底上表面和溶液之间的界面得到第二个探测峰，对于样品的聚焦就是在第二个探测界面上加上聚焦高度实现的。这种双峰探测方式可以保证同一个荧光通道的图像都是在样品的同一高度上采集得到，聚焦精确，但同时也相对容易受到一些因素的干扰造成聚焦困难，包括微孔板板底的厚度及均一度，以及溶液的性质和体积等。当使用低倍物镜或检测玻片样品时，双峰探测模式不再适用，只能使用单峰探测方式，即在自动聚焦时只能探测到多孔板板底的下表面和空气之间的界面或者玻片和空气之间的界面。单峰探测模式下，自动聚焦的实现是把单峰界面作为聚焦参照，加上板底厚度或玻片厚度作为理论上的第二个界面从而实现样品的自动聚焦。这种单峰探测方式下聚焦更容易些，但共聚焦成像的精确度会降低。需要特别注意的是硬件聚焦对于板底的洁净程度要求较高，多孔板在进行成像前最好用喷过消毒酒精的无尘纸擦拭，而且要保证物镜镜头洁净无尘，避免因为板底和物镜上的灰尘造成聚焦失败。另外有些自动化微孔板成像设备，还配置了软件聚焦模式。软件聚焦是指机器自动在z轴上拍摄一系列图像，根据算法挑选最大对比度的图像作为样品图像，这种软件聚焦模式速度通常较慢，而且容易因细胞碎片或死细胞等原因导致聚焦不精确。作为显微镜，高内涵的成像模式也包括宽场成像和共聚焦成像。高内涵仪器上宽场成像用途比较广泛，但对于一些信噪比很低的实验或者需要观察亚细胞结构的筛选则必须使用共聚焦成像。为了适配检测通量和检测速度，因此高内涵上的共聚焦只能是转盘共聚焦，有效提高了成像速度的同时但也会导致图像分辨率受一定损失。目前主流的高内涵品牌推出的共聚焦，有较低端的LED光源的单转盘共聚焦，也有激光光源的双转盘共聚焦。由于共聚焦排除了非焦平面的杂散光，到达样品的激发光的光子数量的急剧锐减，微透镜双转盘共聚焦能极大地提高到达样品的光子数量，从而达到比较好的成像效果。高内涵的共聚焦通常搭配水镜使用，与空气镜相比，水镜的透光量是空气镜的4倍以上。另外，目前虽然有的高内涵搭配了油镜，但是油镜并不适用于高通量筛选，进行稳定的大规模自动化实验时还是空气镜和水镜更为适用。作为高通量自动化仪器，高内涵通常会搭配机械臂和多孔板堆栈来提高检测通量。考虑到荧光成像样品最好避光保存，降低荧光淬灭或衰减风险，在使用多孔板堆栈时，条件允许的情况下最好能做适当的避光措施以更好地保护样品的荧光信号。在实际科研应用中，有的实验细胞密度较低，有的实验因为药物处理或siRNA处理导致的细胞毒性问题使部分样品孔内细胞比较稀疏，有的类器官成像实验中样品只存在于孔内的部分区域，对于上述这些情况可以考虑使用低倍物镜进行预扫描，对扫描结果进行简单的图像分析确认精确的检测区域，再对目标区域进行高倍物镜下的正常图像采集。这不仅可以节省大量的检测时间，同时也避免了大量冗余数据的产生。2. 细胞图像分析：标准化、多参数、高通量、无偏差高内涵图像采集速度快和检测通量高的直接结果是会产生海量的图像数据，因此，标准的、无偏差的批量图像分析是必不可少的。同一批次的筛选样品，设置一个通用的图像分析方法，可以稳定的用于所有筛选数据的批量分析。高内涵分析软件能够根据细胞图像提取数百到数千个特征参数，用于定义或区分不同细胞表型，也可以输出所有的特征参数用于实验数据的评价。高内涵的图像分析软件可包含三个难度的分析模式：简单的预设方法模式，灵活的模块化组合模式，以及难度最大的个性化分析方法开发模式。预设方法模式对操作新手比较友好，按照实验类型简单修改后套用即可，比如细胞计数、荧光强度分析、细胞增殖分析、细胞凋亡分析、蛋白核质转位分析、蛋白受体内化分析、Spot分析等等。由于面临的实验需求多种多样，在我们平台的实际科研应用中高内涵图像分析通常采用灵活的模块化组合模式，优化调整不同的模块参数使其更加贴合具体的实验需求。基于这种分析模式，细胞的亚群分析、基于图像的纹理分析、细胞周期分析、Spot分析、神经细胞分化分析、单细胞迁移轨迹追踪分析、微核分析、类器官分析、免疫细胞杀伤分析等实验类型，都已获得很好的分析效果。图像分析主要包括以下步骤：图像的处理、图像分割、特征参数的定量和提取、细胞亚群分类和结果输出。图像分析环节特别具有挑战性的步骤就是图像分割，尤其是对于样品质量比较差或者是没有荧光标记的明场图像而言。对于细胞分布不均匀，细胞核拥挤成团的样品的分割，往往要尝试很多分割方法，包括对图像进行锐化或模糊化处理、通道叠加、调整细胞识别方法的荧光阈值或对比度、优化不同切割方法的参数等，从而获得最好的分割效果。对于分割不理想的图像，可以将细胞区域和背景区域分割，对细胞区域进行整体定量。现在随着机器深度学习技术在高内涵图像分析软件中的应用拓展，软件图像分割能力已得到很大提升。当微孔板上孔内细胞表型的异质性比较大的时候，采用整孔平均值这样的参数定义不同处理之间的差异时，往往信号的窗口比较小。为了增大信号窗口，可以考虑采用将细胞群体划分为不同的亚群，针对不同的亚群进行数据分析，或者是计算某个亚群在群体细胞中的占比。对于荧光图像的分析，多数情况下平均荧光强度（即mean-mean值，每个孔内所有像素点的平均荧光强度）可以反映不同孔之间的差异，但当不同处理导致细胞形态发生变化时，总荧光强度的平均值（即sum-mean，每个孔内所有细胞的总荧光强度的平均值）更能反映真实的孔间差异。对于一些荧光强度比较低的样品，阴性样品和阳性样品的信号窗口不够大的时候， 通过扣除背景信号，也可以提高阴性阳性之间的信号窗口。我们常用的背景信号的计算方法有四种：① 通过平均荧光强度和对比度，反推背景荧光强度；②通过纹理分析，找出没有细胞的区域定义为背景区域，定量该背景区域的荧光值为背景荧光强度；③圈选细胞之外的一圈无细胞区域为背景区域，定量该区域的荧光强度；④制备没有荧光标记的细胞孔，该孔的荧光值作为背景荧光。高内涵分析软件虽然能够对细胞图像提取成百上千个生物学参数，但大多数情况下，简单表型只需要其中一个或几个参数就可以进行数据评价，判断药物处理效果和反映趋势。常用的参数包括：荧光强度、荧光总强度、细胞数量、细胞面积、阳性细胞比例、荧光强度比值等。但是有一些复杂的细胞表型，无法用单个或几个参数进行简单区分，这时候结合软件的机器自学习功能/深度学习功能，利用多参数体系对细胞群体进行分类，可能更容易实现不同表型的区分。3. 高内涵系统使用过程中需注意完善的地方总的来说，高内涵细胞成像和图像分析功能都很强大，但是在实际的使用中也面临着一些问题和挑战。首先，高内涵实验产生的数据量非常庞大，高效安全的数据存储管理非常重要。如果由于配套电脑的硬盘容量跟不上实际实验规模的需求，仪器管理员往往会处于频繁的数据备份和硬盘清理工作中。同时也需要有高速稳定的数据信息传输途径，确保采集好的图像能及时传输到分析软件系统，避免发生数据丢失的情况。其次，图像分析对电脑的运算性能要求比较高，特别是有些类型的图像分析方法步骤复杂，定量参数繁多。比如单细胞实时追踪实验，需要对单个细胞的多个连续时间点进行多参数定量统计，最后的结果输出阶段也需要对单个细胞数据进行呈现，因此对电脑的运算能力很有挑战。如果配置的数据分析电脑性能与这类图像分析的需求不太匹配，往往会导致分析速度过慢甚至容易发生宕机现象。最后，对于实心的类器官样品，目前常见的高内涵系统的激光穿透效率和成像分辨率还不足够理想，重构获得的三维图像可以用于获取体积面积等参数，但还不太能对球体深处内部细胞进行高质量分割，也较难获取准确的蛋白定位信息。相信这也是高内涵成像系统在未来发展提升中会逐渐优化解决的一些要点。本文作者：赵宏伟，化学生物学技术平台，高级工程师陈铭，化学生物学技术平台，平台主任，研究员

p　　strong仪器信息网讯/strong 为做好新冠肺炎疫情防控工作，2月3日，中国科学院大学疫情防控工作领导小组发布《进一步加强人员进出校园管理的通知》。2月6日，中国科学院大学党委书记、校长李树深在党委视频会上提出，要尽快部署红外热成像体温快速筛查系统，切实加强校园管理和人员车辆管控。中国科学院半导体研究所和文华聚信向国科大捐赠了一批红外热成像体温快速筛查系统，相比此前的额温计、腕温计等常规测温工具，更能在室外低温的工作环境中，发挥其准确、快速的体温筛查优势。/pp　　红外热成像体温快速筛查系统为非接触式人体温度监测设备，通过接收人体热辐射信号，经计算机处理重建各部位温度分布，可记录分析人体热场，监测显示额面温度。按“新冠肺炎”体温筛查要求设置后，当监测到进出人员体温超过37.3° C时，该系统会自动报警，能实现多人员、多层叠的体温监测功能，同时快速筛查10至20人的体表温度。/pp　　截至2月12日，中国科学院大学玉泉路、中关村、奥运村及雁栖湖四个校区校园入口的体温筛查工作全面“升级”。据悉，由中国科学院半导体研究所和北京文华聚信投资管理有限公司捐赠的红外热成像体温快速筛查系统将替代常规测温工具，更准确、便捷、快速地对各校区进出校园人员进行体温监测和排查。/pp　　/pp　　/ppbr//p

p style="text-align: justify text-indent: 2em "2018 年 12 月 20 日，安捷伦科技公司(纽约证交所：A)宣布《分析科学家》杂志已将其产品列入年度最具创新性产品名单。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "该杂志关注分析化学领域的技术发展，并将Agilent 8700 LDIR 激光红外成像系统列为今年的顶级创新产品之一。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "安捷伦于10月推出了8700 LDIR激光红外成像系统。 这一创新系统采用了一种新的化学成像方法，为制药，生物医学，食品和材料科学带来了更高的清晰度和前所未有的速度。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "Agilent 8700 LDIR 激光红外成像系统提供了全新的尖端化学成像和光谱分析能力。针对专家和非专家使用而设计的 8700 LDIR 提供了一种简单的高度自动化方法，能够使表面成分获得可靠的高清化学图像。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "Agilent 8700 LDIR 采用最新量子级联激光器 (QCL) 技术，结合快速扫描光学元件，可提供快速、清晰的高质量图像和光谱数据。这项技术与直观的 Agilent Clarity 软件相结合，可通过“放置样品-自动运行”的简单方法，以最少的仪器交互实现大样品区域快速、详细的成像。span style="text-indent: 2em "使用 8700 LDIR，可以在更短的时间内更详细地分析更多样品，得到更多的统计数据，有助于完成片剂、多层薄膜材料、生物组织、聚合物和纤维的组成分析。可以在产品开发过程中制定更明智、更快速的决策，从而降低成本、缩短分析时间。/span/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/ae54a009-95dc-4b4c-b5e0-4f6143509cf7.jpg" title="8ca1cde5-f9a5-48b5-b99b-7823a6cac144.jpg" alt="8ca1cde5-f9a5-48b5-b99b-7823a6cac144.jpg"//pp style="text-align: center "Agilent 8700 LDIR 激光红外成像系统/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "《分析科学家》创新奖重点关注革命性技术带来的创新成果。获奖者由专家小组选出，小组成员包括杂志编辑顾问委员会的成员和编辑人员。/pp style="text-align: justify text-indent: 0em "　　strong关于安捷伦科技公司/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 0em "　　安捷伦科技公司(纽约证交所： A)是生命科学、诊断和应用化学市场领域的全球领导者，拥有 50 多年的敏锐洞察与创新，我们的仪器、软件、服务、解决方案和专家能够为客户最具挑战性的难题提供更可靠的答案。在 2017 财年，安捷伦的营收为 44.7 亿美元，在全球拥有 14500 名员工。/ppbr//ppbr//p

项目编号：TC229D00Q项目名称：锁相红外热成像系统和多功能X射线光电子能谱仪采购预算金额：505.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：505.0000000 万元（人民币）采购需求：分包号采购内容数量最高限价（万元）投标保证金（万元）中标人数量采购标的对应的中小企业划分标准所属行业一锁相红外热成像系统1套140.0021名工业二X射线光电子能谱仪1套365.0071名备注：1.本次采购可以采购进口产品，进口产品价格为最终交货价。2.各投标人均可就上述两个分包分别进行投标，同一投标人可中两个分包。3.以上招标内容的具体技术需求，见第二篇相关内容。合同履行期限：各分包中标人在合同签订之日起6个月内交货并完成安装调试，同时向采购人提供设备供货清单，由采购人确认。本项目( 不接受 )联合体投标。

安捷伦科技公司(纽约证交所：A)近日宣布，公司推出增强型 8700 LDIR 激光红外成像系统。该系统针对环境样品中的微塑料分析实施了进一步优化。这一新改进的系统方案包还包含了 Clarity 1.5 软件，这一重大升级可加快分析速度，增强光谱采集、转换和谱库匹配，并提供自动化工作流程，可直接分析滤膜上的微塑料。重新设计的创新样品支架能够更轻松地将滤膜上的样品递送至仪器，并且操作更加一致。 　　环境中广泛存在的微塑料成为全球日益关注的问题，这也促使政府更加重视微塑料污染，与此同时，环境机构也加强了对河流和海洋的监测。想要充分评估环境中的微塑料污染情况，研究人员就需要确定样品中塑料颗粒的粒径、形状和化学特性，但由于更小的颗粒往往具有更强的生物学相关性，因此该分析必须扩展到微米级的颗粒。 　　微塑料分析面临的主要挑战是分析周期长且操作复杂，阻碍了对现实系统的研究。此外，方法的差异性也限制了研究之间的可比性，因此难以评估微塑料污染趋势。FTIR 和显微拉曼成像技术等振动光谱提供了一种有用的替代方案，但由于分析时间长且方法过于复杂，这些方法都存在局限性。 　　VAgilent 8700 LDIR 使红外光谱分析兼具快速分析和易用性，并迅速成为微塑料颗粒分析的基准技术。该平台能够直接对滤膜上的颗粒进行分析，标志着速度和通量的又一次飞跃。测试量显著增加将使研究人员能够更好地了解环境中微塑料的污染程度，并有助于制定合理的标准和法规。 　　安捷伦副总裁兼分子光谱事业部总经理 Geoff Winkett表示：“当我与微塑料研究人员交谈时，一个反复提及的问题是如何使检测更快速、更简便。如果实际处理的样品数量有限，这可能会掩盖问题的真实本质。目前，其他可用的技术分析周期太长，并且无法捕获饮用水和环境水中大量的微塑料。一些快速且简便易用的分析方法，如 8700 LDIR，提供了一种重要且急需的替代方案，使研究人员能够在一定的区域或时间内采集更多样品，从而应对这些局限。” 　　作为食品与环境分析解决方案的优质供应商，安捷伦致力于为学术研究领域和商业检测公司提供能够改善用户结果的出色技术。增强型 8700 LDIR 的推出有望加强安捷伦在这一不断发展的市场中的前沿地位。 　　关于安捷伦科技公司 　　安捷伦科技公司(纽约证交所：A)是生命科学、诊断和应用化学市场领域的全球领军者，致力于提供敏锐洞察与创新，帮助提高生活质量。安捷伦提供涵盖仪器、软件、服务及专业技能的全方位解决方案，能够为客户挑战性的难题提供更可靠的答案。在 2021 财年，安捷伦的营业收入为 63.2 亿美元，全球员工数为 17000 人。

ul class=" list-paddingleft-2" style="list-style-type: disc "lipstrong红外成像进击之路：从军用到民用市场延伸/strong/p/li/ulp　　有很多技术，最开始是由于军事的需求推动发展的，比如核技术、航天技术，今天谈及的红外热成像也是其中一个代表。夜视技术主要分为微光成像和红外热成像，由于微光成像容易受到环境强光影响，红外热成像变得越来越受欢迎，近年来民用市场发展非常迅速。/pp　　红外热成像最早起源于美国，法国、以色列、日本等国家早早掌握了核心技术。经过十几年的发展，以红外探测器为主的红外成像市场及其应用在中国逐渐形成了完整的产业链。/pp　　红外热成像仪是一种可将红外图像转换为热辐射图像的技术，该技术是一种无损检测技术。由于红外成像技术的热敏感性，可用于军事战斗，特别是夜间战斗，同时可用于战斗机、雷达探测，以及航空航天应用，也可帮助边防监控设备在丛林、雨林等观测条件不利的场所及时发现目标。红外成像设备在夜间监控与公共安防也大显神威，在岸防、港口监控、夜间海面搜救、船只辅助驾驶、船上监控等领域得到了广泛应用。/pp　　在消防方面，红外成像发挥了巨大的作用，如今的消防人员可以手持红外热成像仪，准确判断着火点位置。另外，红外热成像仪能够穿透烟雾，发现浓烟弥漫下晕倒、等待救援的生还人员。这比盲目搜索，会节省更多宝贵的时间，能拯救更多人的生命。/pp　　近年来随着红外热成像仪价格下降和性能提高，已经进一步得到推广，在安防、消防、电力、医疗、个人视觉系统、交通、气象等领域得到应用，红外热成像仪的商业应用前景非常乐观。/pp　　每年在北京举办的光电子中国博览会将会展示我国许多红外成像的最新技术，2018年高德红外、艾睿光电等公司在该展会上重磅推出了自主研发高端红外探测器。2019年第十一届光电子中国博览会再次盛大来袭，会议将于8月5-7日继续在北京国家会议中心举办，将集中展示红外材料、器件以及红外热像仪、红外探测器、红外测温仪、红外夜视仪器、红外智能高速球等红外设备及应用。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 634px height: 373px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/b5b3d184-bf10-4db4-8f68-68038882607f.jpg" title="1.png" alt="1.png" width="634" height="373"//pul class=" list-paddingleft-2" style="list-style-type: disc "lipstrong红外成像市场国产化：机遇大于挑战/strong/p/li/ulp　　以往很长一段时间，我国的红外成像产品被美国、日本、法国等国家垄断，而且由于红外成像可用于军事领域，西方国家针对红外产品芯片对我国实现严格审批甚至禁运。可喜的是，如今我国已经打破了西方国家对我国长达20年的技术封锁!中国是全世界第四个具备红外芯片的产业化生产能力的国家。目前，我国红外成像芯片领域三强为高德红外、大立科技和烟台睿创微纳。/pp　　近年来，我国的近红外光谱技术取得了长足的发展，业界普遍认为，近红外在中国有着非常大的市场前景。但一方面，近红外应用拓展不足，相关的检测标准、应用建设还不完善 另一方面，国内近红外市场主要由进口品牌占据，国产厂商市场拓展难度很大，种种原因使得国产近红外厂商面临着巨大挑战 最后，红外成像产业规划不足，企业各自为战，缺乏统一的顶层设计发展，甚至出现低端的恶性竞争，也制约了行业壮大。/pp　　如上述红外成像的应用多样化，功能逐渐在各行各业显现，市场需求量的增长是必然的。目前中国的红外探测器企业数量呈增长趋势，企业技术水平逐步提高，市场份额也不断提升。根据美国Maxtech International 的红外热像仪市场调查报告，2014 年民用红外热像仪的市场规模达到 31.07亿美元，预计在 2020 年，其市场规模可达 56.01 亿美元，民用红外热像仪的销售金额复合增长率 为 10.00%。据统计显示，2012-2017年，我国红外探测器市场规模年均复合增长率为14% 预计2018-2024年，市场规模年均复合增长率将达到15%。/pul class=" list-paddingleft-2" style="list-style-type: disc "lipstrong光电子红外展 开创红外产业新时代/strong/p/li/ulp　　作为红外成像技术展示的一大盛事，2019年第十一届光电子中国博览会令人期待。展会期间，中国光学工程学会将牵手红外与微光技术应用产业联盟举办strong第八届红外及光电子产业大会/strong，此次会议将沟通航天航空、军事国防等单位对新型红外探测器应用的需求，促进新技术的实用化和工程化，为我国新一代红外系统发展确定方向，对促进业内各方人士的交流与合作都具有非常积极的意义。/pp　　会议邀请到来自中国航天科工集团飞航技术研究院张锋、南京理工大学陈钱、天津津航技术物理研究所卢进等多领域的专家学者将与红外行业专业人士齐聚一堂。沈阳自动化所罗海波、洛阳电光设备研究所王合龙等专家将从《智能化图像处理技术及其应用》、《国产化红外探测器技术及应用》、《国产化集成芯片技术及应用》等多方面解读行业的未来走向，为突破中国红外成像核心技术瓶颈献言建策。/pp　　我们诚邀各位专业人士与会，共同分享全球红外成像的市场发展报告!/pp　　/ppstrong会议联系人/strong：孙萍 sunping@csoe.org.cn，/ppstrong联系电话：/strong 022-58168877 13752197287/pp　　/pp 本届光博会观众免费参观预登记已全面上线，欢迎登陆展会官网或官方微信预约登记。/pp 展会报名地址：http://www.cipeasia.com//pp　　/pp　　strong联系方式/strong/ppstrong　　光电子· 中国博览会组委会/strong/pp　　服务热线：010-83739883/pp　　展会网址：http://www.cipeasia.com//pp　　宣传合作： 010-83739885/pp　　联系邮箱：zhanjiahe@csoe.org.cn/ppbr//p

红外显微光谱法是非破坏性、结构敏感的检测方法，目前已在基于分子结构的单细胞领域的研究中发挥重大作用，诸如蛋白构象改变、氧化还原、脂质体的产生与降解等。但是受制于红外光谱仪本身的限制，对于生物组织样品来说制样非常困难，因此极大的限制了红外光谱在生物医学方面的应用。O-PTIR (Optical Photothermal Infrared) 光学光热红外光谱是一种快速简单的非接触式光学技术，通过检测由于本征红外吸收引发的样品表面快速的光热膨胀或收缩，克服了传统IR衍射的极限，空间分辨率可达500 nm。近期，美国PSC公司又推出了非接触亚微米分辨荧光红外拉曼同步测量系统mIRage-LS，将O-PTIR技术与荧光（FL）进一步有机结合，利用落射荧光快速定位 O-PTIR 测量的区域，提供了对样品荧光标记区域以及邻近未标记组织的化学结构的快速光谱分析。图 1. FL-OPTIR 显微镜基本原理和观测方法这项全新的技术对样品要求非常低，而红外光谱的空间分辨率可达亚微米级别，为红外光谱在生物医学方面的应用提供了全新的视角。比如在阿尔茨海默病 (AD) 研究方面，AD的关键病理特征是淀粉样蛋白折叠，这些 β-折叠结构具有特定的振动特征，对于红外光谱来说十分敏感，但是受制于传统红外光谱仪本身的限制，在生物组织样品上直接测量非常困难。而非接触式的FL-PTIR技术却能够很好适用于这些样品，并且已经有多个小组通过实验证明了FL-PTIR能够应用于具有特殊化学敏感性的活细胞成像研究。Craig Prater等人通过这项技术成功实现了荧光定位下的OPTIR红外观测，并且完成了对组织中单个病理结构内的 β-折叠结构进行结构分析、在脑组织的特定细胞和培养的原代神经元分析。首先，作者使用了12个月周龄的 APP/PS1 转基因小鼠的大脑切片，用淀粉样蛋白特异性发光共轭聚电解质探针mytracker R（Ebba Biotech，Solna，Sweden）进行标记，并用OPTIR进行观测β 折叠结构的分布。相比于传统红外很难定位的问题，FL-OPTIR通过宽场荧光能够快速定位淀粉样蛋白斑块。并直接在脑组织中评估其在单个斑块中的结构。通过 k 均值聚类方法对其进行分析，清楚地显示了在 1630 cm–1处具有高振幅和低振幅的两组光谱的存在，并且具有 1630 cm–1高振幅的光谱清楚地与荧光信号共定位。光谱分析表明 Amytracker 没有对酰胺 I 和 II 区域有明显的吸收，因此表明 Amytracker 可用于 OPTIR 测量的荧光引导。图 2. FL-OPTIR 对脑组织中的淀粉样斑块进行成像荧光和红外图谱和热图的展示。 在第二个实验中，作者提供了一个概念性方法验证实验，证明 FL-OPTIR 可用于研究组织中的特定细胞类型，而这对传统红外显微光谱法来说十分具有挑战性。为此作者对脑组织中与淀粉样斑块相关的小胶质细胞进行成像，以评估它们的光谱特征，从而了解小胶质细胞是否可以将 Aβ 原纤维转化为单体的问题。这个实验使用 Aβ 特异性抗体 82E1 标记的 16 μm 组织切片，并用抗体 Iba1 对小胶质细胞进行了免疫标记。通过FL-OPTIR可以定位淀粉样斑块附近的小神经胶质细胞并测量 OPTIR 光谱。通过测量，发现 82E1 阳性小胶质细胞表现出β-折叠含量升高，表明小胶质细胞与 Aβ 原纤维相关。图 3. 脑组织中淀粉样斑块周围小胶质细胞的成像。 在第三个实验中，作者研究了 FL-OPTIR 在培养的原代神经元中 Aβ结构成像的适用性。与组织研究类似，淀粉样蛋白的结构异质性使得研究神经毒性与 Aβ 结构之间的关系仍具有挑战性。因此，为了直接评估神经元中的淀粉样蛋白结构，作者使用FL-OPTIR技术基于荧光信号引导的光谱测量，发现远端比近端神经突部分（分支后）相关的 Aβ 包含更多的 Aβ-聚集体, 作者认为这些神经元隔室可能本质上更容易结合 Aβ或者能够主动运输到远端。图 4. 初级神经元中 Aβ (1–42) 的结构成像。 总结：新型成像方法FL-OPTIR 结合了荧光成像和红外光谱来描述生物组织内的结构变化。能够针对复杂系统中的特定细胞、细胞器和分子进行分析和检测，解决了生物标本中红外光谱定位困难的问题。能够直接在组织中定位和分析淀粉样蛋白和相关的小胶质细胞，这可以解决局部环境在 AD 进展中的作用，帮助识别与淀粉样斑块相关的小胶质细胞，并在亚细胞水平上直接研究小胶质细胞中的纤维结构。为复杂样品中的蛋白质和细胞进行红外光谱分析提供了新的测量方法，为红外在生物领域的应用提供更加便捷实验途径。 作为美国PSC公司在中国的独家代理，Quantum Design中国于2020年将非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统—mIRage系统引入国内，助力中国科研工作者取得一个又一个重大突破： 国内经典案例分享：南京大学环境学院借助mIRage建立了一种新型的塑料表面亚微米尺度化学变化表征方法。该工作发表在知名期刊Nature Nanotechnology上。 中国农业大学借助mIRage成功实现对玉米粉中痕量微塑料的原位可视化表征。该工作发表在Science of the Total Environment上。为满足国内日益增长的生物红外表征需求，更好的为国内科研工作者提供专业技术支持和服务，Quantum Design中国北京样机实验室引进了荧光引导光学光热红外显微光谱，为您提供样品测试、样机体验等机会，期待与您的合作！

超声红外热成像技术具有选择性加热、可检测复杂工件裂纹缺陷的优点，是一种具有很大研究价值的无损检测方法。近期，南京诺威尔光电系统有限公司和上海复合材料科技有限公司的科研团队在《红外技术》期刊上发表了以“超声红外热成像技术国内研究现状与进展”为主题的文章。该文章第一作者和通讯作者为江海军，主要从事红外无损检测技术及图像处理方面的研究工作。本文介绍了超声红外热成像技术原理与系统组成，并对国内的发展历程、发展现状进行了回顾和总结。重点针对仿真研究、复合材料损伤、疲劳裂纹、金属构件裂纹、混凝土零件裂纹应用领域的研究现状进行了详细论述，最后展望了超声红外热成像技术的未来发展趋势。超声激励系统装置超声红外热成像系统一般包括超声激励源、红外图像采集系统、红外图像处理系统；超声激励源包括超声电源、超声换能器、超声枪，红外采集系统主要使用红外热像仪采集红外图像，超声红外热成像系统原理如图1所示。红外图像采集和超声激励之间需要同步，当超声枪头能量注入到试件表面时，红外热像仪开始采集图像，采集红外图像包括缺陷升温过程和降温过程。图1 超声红外热成像技术原理超声红外热成像检测技术最早由美国弗吉尼亚大学于1979年开始研究，2000年，美国韦恩州立大学的Lawrence Dale Favro等人首先使用超声波焊接发生器作为超声激发源进行金属疲劳裂纹检测。2003年，南京大学张淑仪等采用超声红外热成像技术对铝合金板疲劳裂纹进行了检测研究。近年来，国内有很多团队对超声红外热成像技术进行研究，研究重点包括理论仿真、金属裂纹检测、疲劳裂纹检测、航空发动机叶片裂纹检测、复合材料冲击损伤。北京航空航天大学研究人员主要研究复合材料脱粘/冲击缺陷；哈尔滨工业大学研究人员主要研究金属表面裂纹以及超声锁相红外热成像技术；陆军装甲兵学院研究人员主要研究仿真、超声激励参数（预紧力，夹具，激励方式，激励位置）对检测结果的影响，并将该技术引入到装甲设备缺陷检测；湖南大学研究人员主要对复合材料平底孔缺陷以及冲击损伤缺陷进行研究；火箭军工程大学主要研究合金钢裂纹缺陷、复杂型面裂纹缺陷、复合材料冲击损伤；福州大学研究人员主要研究超声激励参数（不同方向、频率、幅值）对金属焊缝裂纹缺陷的影响；西南交通大学研究人员主要研究超声激励对混凝土板裂纹的检测；南京水利科学研究院研究人员主要研究激发频率、功率、预紧力、声波吸收能力对混凝土裂纹检测的影响；中国南方航空工业有限公司和南京诺威尔光电系统有限公司研究人员主要研究航空发动机喷涂前和喷涂后叶片裂纹检测；武汉理工大学研究人员主要研究复合材料的螺栓连接件裂纹缺陷和分层缺陷的检测。超声红外热成像系统的核心是预紧力单元和夹具单元，预紧力单元一般靠机械弹簧或者气动系统产生预紧力；夹具单元需要根据检测试件的结构进行优化设计，夹具单元采用医用胶带或者刚性耦合方式把超声耦合进试件中，从而会使得各研究机构的系统装置有所差异，图2展示了部分研究机构的超声红外热成像系统装置。图2 超声红外热成像系统装置主要应用领域仿真研究金国锋对不同曲率复合材料裂纹缺陷进行仿真，仿真结果表明构件曲率越大，温升阶段斜率越大，缺陷信号越容易被激化。田干等用数值仿真方式研究了多模式超声激励形态，仿真结果表明多模式激励方法对于消除驻波非常有效，同时产生更为丰富的次谐波和高次谐波，可有效提高超声激励红外热成像技术的检测能力。徐欢等采用ANSYS和ABAOUS仿真软件对裂纹进行三维仿真，结合模态和谐响应分析手段，可以获取裂纹试件固有频率，对超声激励频率和裂纹生热提供了相关理论依据。郭怡等对宽度为10 μm钛合金裂纹进行了检测，并采用ANSYS模拟数值分析，与试验数据基本一致。蒋雅君采用ANSYS对混凝土板裂纹进行仿真，为混凝土裂纹检测提供了理论依据。复合材料损伤复合材料具有高比强度、高比刚度、耐腐蚀、耐老化、耐热性的优点，广泛应用在航空航天、新能源、建筑、汽车、体育等领域。复合材料在低速冲击下，承载能力弱、抗冲击性能差，容易出现基体开裂、分层、断裂等。J. Rantala、G. Busse等最早采用超声红外热成像技术检测复合材料内部缺陷。田干等采用超声红外热成像技术对航空复合材料进行数值仿真研究，建立含裂纹缺陷复合材料的有限元模型。金国锋、张炜等通过数值计算和试验研究了超声红外热成像技术对复合材料冲击损伤检测的适用性；吴昊等对复合材料螺栓连接件损伤检测，分析了螺栓预紧力对螺栓孔损伤生热特性的影响。李胤等研究了复合材料在不同冲击能量（24 J和29 J）的冲击损伤情况，检测结果与C扫进行对比，实验结果表明超声红外热成像技术具有检测速度快、检测精度高、结果直观的优点。杨正伟等研究复合材料在不同冲击能量（15 J和30 J）冲击下，复合材料分层损伤情况，检测结果与超声C扫进行对比，试验结果表明超声C扫损伤检测误差在30%，超声红外热成像损伤检测误差在5%。图3为作者采用超声红外热成像系统在不同低速冲击能量（10~50 J）下，复合材料冲击损伤检测图像，从图中可以看出冲击能量越大，损伤区域面积越大，且对于编织型复合材料，损伤裂纹具有延展性。图3 不同冲击能量试件检测图像疲劳裂纹闵庆旭等验证了超声红外热成像技术可用于金属疲劳裂纹的检测；高治峰等对航空航天7075铝合金疲劳裂纹进行检测，模拟和试验研究了激励参数和生热关系，并研究了检测参数对检测效果的影响；激励源距离裂纹15 mm时，检测效果最佳，侧面激励和正面激励都可以检测出7075铝合金疲劳裂纹，但侧面激励效果好于正面激励。郭伟等对喷涂层下基体疲劳裂纹进行检测研究，涂层厚度为300~400 μm，该方式可用于拉-拉疲劳载荷的二次拉伸制备的疲劳裂纹。韩梦等模拟裂纹开口宽度（5~30 μm）对激励后最高温度影响，开口宽度增加导致裂纹面接触降低和摩擦作用的减弱，导致开口宽度越大，最高温度反而越低，最后通过试验进行验证，如图4所示制作的宽度为20 μm疲劳裂纹以及检测结果。图4 金属疲劳裂纹检测金属构件裂纹金属构件，特别是异形结构的金属构件，其内部或者表面裂纹缺陷采用光激励红外热成像技术检测都难以实现检测。Guo等检测重型铝制飞机结构裂纹，发现该技术对闭合裂纹的探测效果良好。李赞等对金属构件裂纹发热情况开展研究，研究表明当激励于最佳位置时，裂纹发热最高。江涛等对汽车轮毂裂纹进行了检测，同时采用磁粉检测技术进行对比研究，对比研究发现超声红外热成像技术可以更好检测出轮毂内部裂纹以及看出裂纹延伸方向。敬甫盛等对35 kg重量的铁路机车钩舌进行裂纹检测，检测出中部L型裂纹和角端裂纹。冯辅周等对装甲车底板裂纹展开研究，表明该技术能够在3.5 s内实现对装甲车底板裂纹快速检测。作者采用超声红外热成像系统对8 kg锻钢块进行裂纹检测，裂纹位于试件端面，如图5所示，图5(a)为试件整体外观，图5(b)为试件端面图像，可以看出有一条无分叉的裂纹；检测结果如图6所示，展示了激励前后检测到图像的变化，对比激励前后图像可知，有一条裂纹信息，并且裂纹分叉了，存在一条隐裂纹，图6(c)中圈出部分，表明该技术可以探测到人眼看不见的裂纹信息。图5 锻钢块试件图6 锻钢块试件检测结果航空发动机叶片裂纹航空发动机叶片在交变拉应力、热腐蚀、扭转应力、高速冲击等复杂载荷的作用下，叶片容易生成裂纹。服役过程中，叶片裂纹在大应力作用下，小裂纹会扩展为大裂纹从而危害飞行安全。航空发动机叶片复杂，传统无损检测在复杂叶片时有各自的局限。借助超声红外热成像对试件形状不敏感的特点，国内外学者广泛开展了研究工作。Bolu等采用超声红外热成像技术对60个涡轮叶片进行检测，评估该技术对叶片裂纹检测的可靠性。寇光杰等采用ANSYS仿真模拟了合金钢叶片裂纹生热过程，采用激光切割预制裂纹进行检测，并分析了预紧力对检测效果的影响。苏清风对导向叶片和工作叶片服役过程中产生的裂纹进行检测，并测试预紧力对检测结果的影响。习小文等对航空发动机工作叶片进行研究，同时采用渗透检测进行比对，试验结果表明超声激励红外热成像可以检测出裂纹宽度为0.5 μm的裂纹信息，渗透检测无法检出，表明该技术对微小裂纹检测有优势。袁雅妮等针对2块无涂覆层和3块带涂覆层空腔叶片进行检测，并用荧光检测进行对比，结果发现荧光检测对于涂覆层空腔叶片容易出现漏检，表明超声红外热成像技术对受到叶片结构及涂覆层影响更小，能够检测含涂覆层空腔叶片裂纹。图 7为作者采用超声红外热成像系统对航空发动机工作叶片进行检测，同时采用渗透检测进行对比，图7(a)为工作叶片光学图像，图7(c)为超声红外热成像检测结果，可以看到叶片中部有一个裂纹，图7(b)为渗透检测结果，除了叶片中部裂纹，在叶片四周由于清洗渗透剂不干净，导致叶片边缘也会出现零星亮点区域。图7 工作叶片裂纹检测混凝土零件裂纹混凝土结构常见的缺陷是混凝土裂纹，裂纹严重削弱了混凝土结构的承载水平，加速了结构的老化程度，并严重影响了结构的安全性和耐久性。裂纹很难避免。一般来说，这项工作的主要目的是检测和处理裂纹。谢春霞等基于红外热像检测方法推导出了混凝土缺陷深度的定量计算公式；胡振华等以混凝土结构缺陷为检测目标，采用超声红外热成像检测技术对其进行了检测分析，证明了超声红外热成像缺陷检测技术对混凝土试件中肉眼不能发现的微小裂纹或隐裂纹的检测能力。Jia Yu等使用振动热成像技术检测混凝土零件中的裂缝，开发了声激励设备（声波和超声以及低功率和高功率激发设备），并研究了激发频率，功率和预紧力对声吸收能力的影响。Jia Yu等预制了充满标准微裂纹的预裂混凝土标本，以量化裂纹的可检测性，结果表明，超声激发热成像可以有效地检测出宽度为0.01~0.09 mm的混凝土裂缝。任荣采用ANSYS仿真研究V形裂缝混凝土板裂纹生热机理，并对激励位置、激励时间、激励频率等影响因素进行了模拟分析，图8所示为混凝土裂纹检测图像，圈出部分为裂纹区域。图8 混凝土裂纹检测发展趋势超声红外热成像技术在金属材料中可识别0.5 μm宽度的裂纹，在复合材料中可识别1.0 μm的裂纹，在混凝土材料中可识别10 μm量级的裂纹。超声红外热成像技术具有选择性加热的特点，仅对裂纹区域加热，正常区域不加热，可检测复杂结构试件，非常适合于金属裂纹、混凝土裂纹、航空航天叶片裂纹、复合材料损伤等材料的检测。超声激励方式与光激励方式不同，光激励方式系统比较统一；超声激励方式由于试件结构复杂，同时需要夹具固定试件并对激励头施加预紧力，例如金属疲劳裂纹夹具、航空发动机工作叶片夹具、航空发动机导向叶片夹具都不同，需要根据试件制作各自合适的夹具，系统比较复杂与多样，但如果针对同一类型的试件，可以制作统一的夹具、形成标准化的检测流程，因此超声红外热成像技术具有广阔发展前景，未来的研究重点包括以下3个方向：1）激励装置的优化。激励装置需要具备夹具单元和预紧力单元，夹具单元需要根据检测试件单独设计，预紧力单元有机械结构和气动结构。机械结构体积小、设计简单，但施加/释放预紧力需要手动旋转手柄；气动结构体积大、设计复杂，但可设计为自动施加预紧力和释放预紧力，从而可以实现集超声激励、自动装配、红外图像采集、红外图像处理一体化集成的超声红外热成像系统，以便适用于工业领域裂纹检测。2）检测标准化。超声激励与光激励具有很大不同，超声激励与检测人员经验有关，超声激励位置、超声激励时间、超声耦合效率都会影响检测结果。因此针对该技术形成统一检测规范和技术，可以加速该技术工程实践应用。3）缺陷检测自动化识别。超声红外热成像需要采集数百帧序列图像，从采集数百帧序列图像中识别出缺陷信息，相比于自动视觉检测，该方式需要人工判断、准确度依赖于检测人员主动判断，容易导致缺陷识别出现误检、漏检等情况。随着人工智能深度学习的兴起，深度学习模型具有图像特征信息感知能力，在大量数据训练的基础上，更容易实现缺陷的自动检测。结语与展望超声红外热成像技术经过几十年的发展，在生热特性、仿真研究、缺陷可检测性和检测材料应用领域取得了突出进展，但是在工业应用方面落后于光激励红外热成像技术；闪光灯红外热成像技术已形成国家标准，应用在飞机复合材料胶接质量、航天飞机耐热保护层脱粘检测、热障涂层缺陷检测等，并且有成熟的工业检测设备。目前超声红外热成像技术还基本处于实验室阶段，随着科学技术的发展，工业特别是航空航天对裂纹检测需求的提高，超声红外热成像技术也会从实验室逐步进入到工业、航天航天应用领域。论文链接：http://hwjs.nvir.c n /cn/article/id/6e1aff8c-e3f5-4c4d-aedd-d6074696f17a

高内涵细胞成像分析系统是一种利用高倍镜成像技术对细胞进行图像采集和分析的仪器设备。得益于显微成像、自动化和计算机等技术的迅猛发展，使其能够对大量细胞进行高分辨率成像和数据分析，实时提供海量多维生物学信息，广泛应用于生物医学、药物筛选等领域。为帮助大家及时了解高内涵成像分析前沿技术、创新产品与解决方案，仪器信息网特别组织策划《窥微探秘，高内涵细胞成像前沿技术与进展》专题（点击查看），本期，特别邀请到江苏艾玮得生物科技有限公司谈一谈艾玮得高内涵成像分析系统发展历程、创新技术以及对未来市场的看法。仪器信息网：请介绍一下高内涵成像技术的发展历史。艾玮得：上世纪90年代，随着光学技术和高分辨率显微镜的出现，科学家们开始意识到利用高倍镜成像技术对细胞进行观察和分析的潜力。而高内涵细胞成像分析系统的诞生正是基于传统显微镜的改进与创新，通过将高倍数物镜和高灵敏度的图像采集设备与显微镜相结合，实现了对细胞进行高分辨率成像的技术突破。然而，尽管早期高内涵细胞成像分析系统具备高分辨率成像能力，但由于需要手动操作，图像采集效率低下。随着计算机技术和自动化控制技术不断创新与突破，高内涵细胞成像分析系统得到了快速发展。通过引入自动化控制系统和图像处理算法，高内涵系统具有了自动对焦、快速采集、图像处理和数据分析等功能。同时，硬件设备的升级和优化也大幅提升了成像质量和分辨率。近年来，随着高通量筛选技术和单细胞测序技术的兴起，高内涵细胞成像分析系统变得尤为重要。不仅能够对大量细胞进行高分辨率成像和数据分析，显著提高了研究效率和数据准确性，同时，随着细胞生物学和药物研发等领域的发展，高内涵细胞成像分析系统也在不断创新和改进，为科学研究和药物开发提供更全面的支持。仪器信息网：请介绍当前全球及中国高内涵细胞成像分析系统市场规模及现状。艾玮得：据调查报告显示，当前全球高内涵的整体市场规模在15亿美元左右。随着生物技术和制药研发的不断发展，对高内涵的需求也会与日俱增，这也是为何高内涵产品的年复合增长率（CAGR）能够稳定保持在8~10%的快速增长状态，预计亚太地区市场将在预测期内实现最高增长。根据仪器信息网报道，从全国招标数据来看，主要玩家以进口品牌为主，包括Molecular Devices（美谷分子，美国）、Revvity（瑞孚迪，前身是PE，美国）、Thermo Fisher Scientific（赛默飞，美国）、Agilent（安捷伦，美国）、YOKOGAWA（横河电机，日本）等，国产品牌所占空间较小。另外，市场细分之下，超半数集中在医院、高校和科研院所。艾玮得自23年异军突起，已经在上述市场中有所建树，未来随着工业市场的复苏和蓬勃发展，艾玮得高内涵产品的市场占有率将进一步提升。仪器信息网：贵司高内涵细胞成像分析系统的发展历程是怎样的？ 艾玮得：江苏艾玮得生物科技有限公司（AVATARGET）成立于2021年，是一家专注于人体器官芯片及生命科学设备研发与生产的创新科技公司。艾玮得核心技术转化于东南大学器官芯片科研团队，技术成果已成功应用在新药研发、精准医疗、疾病建模、美妆安全性评价等科研场景中。通过产学研转化与自主研发，艾玮得已布局专利近百件，其中发明专利申请占比50%，专利分布涵盖器官芯片、生物模型及材料、仪器设备及软件等核心产品。2023年7月，艾玮得正式推出了AvatarInsight高内涵智能成像分析仪重磅新品，将AI技术融入底层架构设计中，深度学习的图像分析结合高内涵筛选(HCS)的一体化成像分析工作流程，强大的人工智能训练单元帮助科研人员解放双手，更加专注于科研过程。另外，AvatarInsight高内涵智能成像分析仪除独立使用外，还可以与细胞成像环境控制系统、器官芯片摇摆灌注仪、器官芯片灌流控制系统、微型类器官培养自动化液体处理工作站等艾玮得智能设备结合，为科研人员提供生命科学内的多场景一站式解决方案。仪器信息网：目前贵司主推的高内涵细胞成像分析系统产品有哪些？并谈谈该产品的核心竞争力（包括成像、数据处理、算法分析和自动化等方面）。艾玮得：艾玮得AvatarInsight高内涵智能成像分析仪以AI智能分析为核心，集结光学显微成像、智能传感器、可视化呈现等关键技术，实现了精湛成像、多层扫描、智能训练等多项功能，满足用户对科研力、稳定性、智能一体化的多样化需求，为新药研发、生命科学等研究构建了一个“无限”3D智能成像分析平台。AvatarInsight高内涵智能成像分析仪AvatarInsight高内涵智能成像分析仪具有多项亮眼功能。首先，可以精准识别待检测样本孔位并高速自动定位对焦，对96孔整板精细对焦成像仅在５分钟内即可完成。其次，孔板导航功能可以自动记录孔板的孔位具体位置，实现实时或定时在同一位置的连续成像，实现对同一视野的定时追踪。同时，AvatarInsight具备超高清成像和全景拼接能力，自动切换Koehler照明不同模式，生成对应光学图像，可同时进行明场、相差、荧光高分辨率观察，并始终保持成像画质的高精确度。此外，艾玮得多年深耕AI领域在高内涵产品的应用，强大的软件功能、AI算法与数据管理等模块可针对类器官、肿瘤球、心肌球、皮肤等不同项目样本类型进行AI识别，自动分析识别出的半径、周长、面积等定量数据并出具报告。仪器信息网：贵司高内涵细胞成像分析系统主要应用哪些领域的哪些实验环节？有哪些代表性用户单位？艾玮得：凭借软件设计和硬件研发的强强结合，艾玮得高内涵产品适用多种应用场景，包括但不限于类器官的培养与药敏检测、药物敏感型评价、大规模药物筛选、安全性评价、血管生成、皮肤模型构建等，囊括了细胞、组织、类器官、器官芯片等多种样本的高质量成像及数据分析。目前，艾玮得高内涵产品凭借过硬的产品实力和高质量服务与诸多客户建立了战略合作，并赢得了一大批用户的认可和赞誉。目前代表性用户包括但不限于北京协和医院、江苏省疾病预防控制中心、江苏省人民医院、复旦肿瘤医院等大型医院和疾控中心，以及东南大学、中国科学院、中国药科大学、天津大学等高校院所，还有赛诺菲、药明康德等知名生物制药企业。仪器信息网：未来高内涵细胞成像分析系统技术发展趋势如何？最看好哪些应用细分？艾玮得： 目前一线科研工作者在使用不同品牌的高内涵细胞成像分析系统时，需要投入大量精力和时间学习并精通仪器操作，为了获得高质量的图像数据，必须针对不同样本的目标位置、成像信噪比和荧光强度等一系列参数进行调整优化，这往往涉及复杂多维度考量。即便如此，得到理想图像数据的过程仍充满挑战。AI智能图像分析的出现使得高内涵更具智能化，基于AI自动分析海量图像，不仅能够获得精准的定量数据，而且有效消除人为误差，从而极大提升工作效率，这必将是高内涵日后的发展方向，同时也是艾玮得一直以来的战略目标。就如今的细分领域而言，随着类器官技术的不断发展，类器官可逐步替代部分传统体外、体内药物评价模型成为药筛新宠，有望成为临床疾病模型构建、新药研发、大规模药筛的新窗口，准确地反应药效在评价体系中的真实数据，极大地提升新药研发效率。目前只有高内涵可以胜任这一艰巨任务，所以高内涵在类器官领域的作用无可估量。欢迎投稿！投稿文章将在《高内涵成像技术》专题展示并在仪器信息网相关渠道推广。投稿邮箱：zhaoyw@instrument.com.cn，关于征稿内容要求也可邮件咨询或电话联系：13331136682（同微信）。

可以“看见”温度的红外产品，正快速从小众走向大众。而在炙手可热的红外热成像市场中，中国红外企业凭借核心技术，正在快速崛起。郭晨凯 制图8月底，东风猛士发布全新豪华电动越野车M-Terrain，这款已实现L3级智能驾驶的新车型搭载了红外辅助驾驶系统。9月初，高德红外宣布全资子公司轩辕智驾收到广汽埃安的《零部件开发试制通知书》，又一次在国内乘用车红外前装项目上完成定点。“这是红外热成像产品在智能驾驶领域国产车型中的全新应用。”武汉高德智感科技有限公司董事长黄晟在接受上海证券报记者采访时表示，国内乘用车厂商均已在自己的旗舰车型上规划红外辅助驾驶功能，“红外将成为自动驾驶感知方案的必选项”。不仅仅是智能驾驶，红外热成像芯片已成为物联网时代不可或缺的重要传感器件。记者采访了解到，随着红外热成像技术的突破、推广和普及，户外夜视、工业检测、海关出入境检验检疫、辅助医疗中的疾病检测、日常红外测温、安防监控等方面，都可以看到红外热像设备的身影。智能驾驶“锁定”红外红外热成像产品，会成为智能驾驶的刚需或者标配吗？“会。”黄晟回答得很干脆。保障驾驶安全，这一个理由就够了。黄晟介绍，大约10年前，在红外探测器核心技术取得突破后，高德红外（高德智感母公司）开始寻找下游的应用场景，汽车是最被看好的领域之一。对标奔驰、宝马等高端车型，部分中高端新能源车开始探索智能驾驶方案，但高达近万元的价格成为红外探测器拓展市场的主要障碍，毕竟可见光摄像头、毫米波雷达等产品成本比较低，在一般情况下也够用。然而，随着智能驾驶技术需求的不断提升，人们发现，传统雷达并不能有效解决汽车驾驶中全天候场景的问题，复杂场景下，红外热像产品的价值体现则越来越清晰。“智能驾驶，尤其是复杂环境下如何更安全地驾驶，对红外设备的需求非常明确。”黄晟介绍，与传统 CIS（接触式图像传感器）和激光雷达相比，红外探测器在高动态范围、雨天、雾天、暗光及沙尘暴等多种场景下优势明显，可以全时全天候提升视觉感知能力。同时，红外探测器晶圆封装技术的成熟，也使得红外探测器的成本有了较大下降，为大规模应用提供了条件。“对于高等级自动驾驶系统来说，红外探测不可或缺。”日前，长江证券发布研报认为，多传感器融合的自动驾驶方案是未来汽车发展的必然趋势，如视觉+雷达+红外混合。“热数据”赋能千行百业凭借超越人眼的视觉能力，红外热成像技术已经在多个工业领域实现了广泛的应用。“热数据”已成为物联网的一个重要支撑。据了解，红外热成像不需要直接接触被测物体的表面，就能够捕捉静止和移动的目标物体温度，获取目标温度分布红外图，检测出温度异常、热分布不均匀等问题。利用好红外的这一特性，可以帮助及时发现与定位缺陷，消除潜在隐患，优化生产过程、完善质量管控体系，助力工业生产提质增效。譬如，在工业自动化领域，呈现汽车零部件生产过程中的温度分布；在PCBA电路板领域，为设计研发提供热数据，检测电路板故障；在太阳能光伏发电中，检测太阳能电池板工作状态及热缺陷；在石油石化生产过程中，检测储罐液位、衬里损伤等。据统计，红外的下游应用已拓展到钢铁冶金、石油化工等20多个大行业。在应用最成熟、渗透率最高的电力行业，红外热成像设备的总需求量达到约2.5万台，市场需求总额约20亿元。再如视频监控领域，由于不可避免的昼夜交替以及恶劣天气的影响，在一定程度上限制了可见光监控设备的正常发挥，而红外热成像监控产品正好弥补了这一缺失，特别适合高安全级别区域的入侵防范。还有医疗领域，除了人们已熟知的红外测温，红外热像仪还是皮肤、血管等病变诊断的标准手段，目前已开始用于手术中监视病人的心脏和血管，以便发现异常现象，及时采取措施。“如今影响红外市场发展的关键，不是成本，也不是技术，而在于应用。我们和客户一起探讨解决方案，做到从能用到好用。”黄晟说，红外产业的特征之一就是“碎片化的需求”，随着成功案例的示范效应不断显现，红外产品的价值正逐步被越来越多的行业认可，产业自身也进入新一轮高速发展期。中国红外企业迅速崛起据统计，目前，国内从事红外热成像产品研发、生产和销售的企业已有400余家。据Yole《2020年热像仪和热探测器报告》，在2020年全球红外热成像整机的出货量上，我国的高德红外、海康威视、睿创微纳和大立科技四家厂商合计占据全球44%的市场份额。关键技术的自主可控，为我国红外产业的发展提供了稳健的根基。经过多年的发展，我国已具备了材料、MEMS传感器芯片、CMOS读出电路、制冷机、杜瓦封装、整机制备的全产业链生产能力。据Yole统计，高德红外以17%的市场份额成为我国第一大红外传感器企业，同时也是全球第二大红外传感器公司。再如海康威视，公司目前已实现非制冷红外探测器量产，并借助安防销售渠道快速拓展到工业探测领域。今年1月，海康威视披露控股子公司海康微影将投资12.8亿元建设红外热成像整机产品产业化基地。“随着中国红外热成像厂商在产品研发和科技创新上的持续发力，中国红外企业在全球的市场份额将迅速扩大，这将重塑全球红外行业竞争格局。”Yole预测，到2025年中国红外厂商的全球市场占比将提升至64%。

为帮助广大实验室用户及时了解高内涵成像前沿技术、创新产品与解决方案，向用户传递准确、实用的技术干货和宝贵的实验经验，仪器信息网特别组织策划“高内涵成像技术” 主题约稿活动(点击查看)。本期，特别邀请到浙江大学药学院药物信息学研究所副教授赵璐博士和研究生葛栩涛同学谈一谈高内涵成像系统在斑马鱼活体成像中的应用心得。高内涵成像技术（High-Content Imaging，HCI）近年发展迅速，2D及3D的细胞成像技术均趋于成熟。例如，Pelkin Elmers公司推出了Opera Phenix Plus高内涵成像分析系统，采用Nipkow转盘和sCMOS相机，配套Harmony®集成软件，提供了高内涵筛选的整体解决方案。Thermo Fisher公司推出了CellInsight CX7 Pro LZR高内涵筛选平台，同样采用Nipkow 旋转和sCMOS相机，配套Amira软件，助力高内涵筛选和分析。而Molecular Devices 公司的ImageXpress Micro Confocal 共聚焦高内涵成像分析系统采用AgileOptix™转盘式共聚焦和 sCMOS 相机，具有大视野、宽动态范围，多种成像模式，支持自动加样等特点，同时其具有3D成像和分析的能力。新款的ImageXpress Confocal HT.ai系统进一步增加了自动水浸物镜、IN Carta 图像分析等功能，简化高级表型分类和 3D 成像分析的工作流程。模式生物斑马鱼凭借繁殖力强、发育迅速、幼鱼体积小且通体透明等特点，加上众多特定细胞标记转基因荧光鱼系的运用，成为目前适合活体高通量荧光成像的唯一脊椎模式生物，在大规模药物筛选领域被日益关注。然而，常规的荧光显微镜成像具有速度慢、清晰度不佳以及图像处理过程繁琐等问题。本文主要以Molecular Devices公司的ImageXpress Micro Confocal 共聚焦高内涵成像分析系统为例，分享本团队在对斑马鱼幼鱼进行高内涵成像及图片处理分析中的一些经验。首先，为了较好的成像效果，用于成像的胚胎一般需要进行以下预处理：(1) 黑色素的抑制：斑马鱼胚胎约发育至24小时左右，躯干及脑部皮肤及视网膜会开始形成逐渐黑色素，影响胚胎成像效果，所以通常在胚胎收集后1天内在培养基中添加苯硫脲（200uM），以抑制黑色素的生成；(2) 胚胎破膜：若用以成像或药物处理的斑马鱼胚胎尚未破膜，需将胚胎孵育于蛋白酶（2mg/ml）中一段时间，随后加入培养基轻轻吹打，使胚胎与绒毛膜分离；(3) 胚胎麻醉和摆放：大部分情况下，成像需保持胚胎于静止位，可考虑使用三卡因（0.016%）对斑马鱼进行麻醉，随后将斑马鱼逐孔加入96孔板内，轻吹并尽量保证其处于侧卧的体位。01 斑马鱼动态血流成像Micro Confocal系统在细胞上能够支持心肌细胞跳动和干细胞分化等快速和罕见事件进行成像。在斑马鱼模型上同样可以支持血液流动以及心脏跳动的成像。以动态血流为例，我们选择了红细胞绿色荧光标记的鱼系Tg (Lcr:eGFP)进行测试。具体拍摄流程为：首先在 2 倍镜或 4 倍镜下定位胚胎并进行初步手动对焦，也可使用高内涵成像平台自带软件MetaXpress 编程进行自动对焦。选中血管区域（一般选择在斑马鱼背主动脉和尾静脉位点，方便后续统计），切换 20 倍镜拍摄视频。另外，后续的人工量化血细胞流动通常费时费力，可以使用MetaXpress 软件的journal模块自动测算单位时间内流过的红细胞数目（Ref. 任灿, 陈雪纯, 吴慧敏, 赵璐, 王毅. (2021). 基于高内涵成像系统的斑马鱼血流动态分析. // 高内涵成像及分析实验手册. Bio-101: e1010854. DOI: 10.21769/BioProtoc.1010854）。02 斑马鱼静态多通道成像ImageXpress支持至多5或7通道的荧光成像，因此可以实现不同荧光标记细胞的共同成像。拍摄方式与动态摄影类似：先在低倍镜下初步对焦，然后选择心脏区域，切换10倍镜分别拍摄两个通道下的荧光图像。在多孔或整板成像过程中，由于孔与孔之间的斑马鱼位置存在偏差，或不同胚胎本身发育状态有所差异等原因，不同孔的最佳聚焦平面往往会变化，限制了高通量成像。为了方便焦平面的寻找，一个应对方案是使用大步长（10~30um）的Z-stack拍摄初始焦平面上下一定厚度范围内（200um）的一系列图像，再从中挑选最清晰的一帧即可。图1a展示了3dpf斑马鱼心脏和血管内皮Tg (Cmlc2:eGFP Kdrl:mcherry)共同成像的效果图，可以清晰地看到心房和主动脉连接处存在共定位。图1b为3dpf斑马鱼红细胞和血管内皮Tg (Lcr:eGFP Kdrl:mcherry) 共同成像的效果图，可以清晰地看到红细胞位于血管中。此外，目前有一些商品化的特殊孔板可帮助保持胚胎在特定位置，但使用场景仍有较多局限性，尚需进一步优化。图1 斑马鱼静态多通道成像代表图03 斑马鱼高分辨率及3D成像斑马鱼胚胎器官厚度通常在几十至上百微米之间，或拥有复杂的立体结构，因此简单的2D图片往往不能获取高质量信息。我们同样可以使用Z-stack程序拍摄立体图像，不同的是步距需要设置比较小，通常为1~3um。拍摄结束后，可以使用Z project将堆栈图三维投影成一张2D图像，也可以使用3D project将系列图重构成立体图像。另外，10倍镜下难以拍摄全鱼，可以使用多视野拼接的方式得到全鱼荧光。这一部分同样支持多通道荧光成像，图2a展示了Z project重构的中性粒细胞和血管内皮荧光Tg (Lyz:eGFP Kdrl:mcherry)共同成像的效果图，图2b展示了红细胞和血管及淋巴管细胞Tg (Gata1:dsRed Fli1:eGFP)共同成像的效果图。补充视频1和2分别展示斑马鱼脑部血管以及血管叠加红细胞的3D重构图像。图2 斑马鱼高分辨率三维投影成像代表图视频1：斑马鱼脑部血管三维重建视频2：斑马鱼血管红细胞叠加三维重建最后，使用ImageXpress成像系统进行斑马鱼成像还存在一些问题。比如，高强度的激光光源对斑马鱼有一定的刺激，可能会导致其产生应激性游动，造成成像失败，因此对麻醉效果有较高的要求，但在减少应激反应的同时也要注意不能麻醉过度（浓度太高或时间太长）引起胚胎损伤或死亡。另外，目前大部分高内涵成像系统的配套软件在自动定位斑马鱼胚胎及寻找最佳焦平面的功能模块中还有比较大的局限性。在批量成像中，大多数只能做到相似焦平面的孔间自动成像，对于焦平面差异较大的孔，则需要手动调焦，极大影响了拍摄效率。因此，高通量成像目前仅能支持孵化天数较小的胚胎（一般3dpf以内，鱼泡尚未发育且运动能力较弱）的成像，对发育后期的斑马鱼胚胎或幼鱼还不能进行批量成像。期待未来在功能模块进一步完善后，可支持孔板内任意位置及焦平面的高质量成像。最后，在图像数据分析上，尽管我们的前期工作已开发了多个模型的自动分析算法（如心脏、血流动力学），但仍有许多其他模型缺乏对应的分析算法（如血管、免疫细胞、神经系统的分布和行为）等，值得进一步开拓。本文作者： 葛栩涛（研究生） 赵璐（副教授），浙江大学药学院药物信息学研究所浙江大学药学院药物信息学研究所 赵璐 副教授赵璐博士，浙江大学药学院药物信息学研究所副教授、博士生导师、浙江大学“求是青年学者”，博士毕业于美国耶鲁大学医学院。现为浙江大学中药科学与工程学系模式生物平台负责人，研究方向为基于斑马鱼多模态成像的中药药效物质发现。获浙江省杰出青年科学基金支持，主持国家自然科学基金项目2 项，浙江省自然科学基金项目2 项，研究成果获教育部自然科学二等奖1 项。以第一或通讯作者发表PNAS, Engineering等学术论文18 篇，被Nature、Lancet等期刊引用1050 余次。浙江大学药学院药物信息学研究所 葛栩涛 研究生葛栩涛，浙江大学药物信息所21级研究生。主要研究方向为斑马鱼高内涵活体荧光成像技术在中药药效物质筛选中的应用。擅长斑马鱼相关实验技术以及多种荧光显微的斑马鱼活体成像。曾获2022长三角天然药物化学研讨会论文评选二等奖，浙江大学医学院公共技术平台显微注射比赛一等奖，2022-2023学年浙大药学院研究生学术创新能力单项荣誉。如有技术干货、科研成果、仪器使用心得、生命科学领域热点事件观点等内容，欢迎投稿，投稿邮箱：zhaoyw@instrument.com.cn，关于征稿内容要求也可邮件咨询或电话联系：13331136682（同微信）。

压缩感知成像作为一种计算成像技术，具有突破奈奎斯特采样极限、高通量测量、单像素成像等优势，在对地遥感、激光雷达、生物医学等领域具有重要应用价值。然而，传统压缩感知成像在空间、时间动态范围上与普通成像相比均存在不足。一方面，压缩感知成像对探测器提出了过高的动态范围要求，导致在有限探测器位数条件下的成像质量较低；另一方面，由于压缩感知成像需要多次调制与测量获取信息，因此难以满足实时成像的应用需求。针对空间、时间高动态压缩感知成像的实际需求，中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室的刘雪峰团队开展了一系列研究工作，并不断取得新进展。在空间高动态成像方面，该研究团队提出了一种稀疏测量结合并行抖动的压缩感知成像方法，利用稀疏调制降低待测信号动态范围，并以叠加随机抖动信号的多像素探测提升光学测量的有效动态范围，显著提高了探测器位数受限时的压缩感知成像质量，并将对探测器的动态范围需求降低至1比特（图1）。相关工作发表在光学领域国际学术期刊Optics Express（IF:3.833）上，并于近日被全球工程领域著名科技网站Advances in Engineering（AIE）遴选为关键科学文章进行专题报道。在时间高动态成像方面，该研究团队与北京理工大学量子技术研究中心合作开展了并行压缩感知成像技术的研究，提出基于并行调制采样的系统标定与图像重建方法，使压缩感知成像达到实时成像速度，同时具备像素超分辨成像能力。基于此原理，研制高分辨率中红外成像样机，可利用320×256像素中波红外探测器实现1280×1024分辨率实时成像（图2），该技术对于解决高性能红外传感器分辨率不足对红外成像设备发展的制约具有重要意义。相关工作发表在光学领域国际学术期刊Optics and Laser Technology（IF:4.939）上。图1. 不同探测器动态范围条件下的压缩感知成像结果对比图2. (a) 中红外像素超分辨成像样机示意图 (b) 对分辨率靶标及远距离目标的超分辨成像结果

近日，国家药典委发布《关于化学成像指导原则标准草案的公示》的通知，公示期自发布之日起三个月。本指导原则主要适用于基于振动光谱（例如，近红外、中红外、远红外和拉曼光谱）的化学成像系统，但也适用于其他成像技术。起草单位为浙江大学、浙江省食品药品检验研究院，参与单位为中国食品药品检定研究院。充分获取药品的化学成分及物理形态信息，对于准确评价药品质量至关重要。化学成像可同时提供样品的成分信息与空间信息，能可视化分析样品表面的分布特征，可实现不同样品之间的快速和无损比较，是传统光谱分析方法的重要补充，已收载于欧洲药典和英国药典。本指导原则围绕药学实践应用需求，参考欧洲药典、英国药典和其他相关技术要求，旨在通过建立统一的技术指南，为化学成像在药品成分鉴别、含量分布评估、物理形态表征等应用中提供指导，实现该技术在我国制药行业的规范和广泛应用，促进我国药品质量控制与国际接轨。制修订的主要内容如下：征求意见稿附件1 化学成像指导原则公示稿（第一次）.pdf附件2 化学成像指导原则增订说明.pdf点击原文链接进行公示反馈 。

p　　日前, 福建中医药大学红外光谱脑成像系统等采购项目结果揭晓，此次公布的4包采购结果中标金额共计716万元，其中近红外光谱脑成像系统由岛津中标，单价459.3万元。/ppstrong　　[3500]ZDZB[GK]2020007-1 包1/strong/pp　　福州唯冠医疗设备有限公司：/pp　　货物类/ptable border="1" cellspacing="0" cellpadding="0" width="605" align="center"tbodytr class="firstRow"td width="60"p style="text-align:center "品目号/p/tdtdp style="text-align:center "品目编号及br/ 品目名称/p/tdtdp style="text-align:center "采购标的/p/tdtdp style="text-align:center "品牌/p/tdtdp style="text-align:center "规格型号/p/tdtdp style="text-align:center "数量br/ （单位）/p/tdtdp style="text-align:center "单价br/ （元）/p/tdtdp style="text-align:center "金额br/ （元）/p/td/trtrtdp style="text-align:center "1-1/p/tdtdp style="text-align:center "A02100308br/ 红外仪器/p/tdtdp style="text-align:center "近红外光谱脑成像系统/p/tdtdp style="text-align:center "岛津/p/tdtdp style="text-align:center "LabNIRS/p/tdtdp style="text-align:center "1（套）/p/tdtdp style="text-align:center "4593000/p/tdtdp style="text-align:center "4593000/p/td/tr/tbody/tablep　　代理服务费收费金额：br//pp　　合同包[3500]ZDZB[GK]2020007-1 包1 ：54523元/ppbr//ppstrong　　合同包[3500]ZDZB[GK]2020007-2 包2/strong/pp　　厦门建发高科有限公司：/pp　　货物类/ptable border="1" cellspacing="0" cellpadding="0" width="605" align="center"tbodytr class="firstRow"td width="60" valign="top"p品目号/p/tdtd valign="top"p品目编号及br/ 品目名称/p/tdtd valign="top"p采购标的/p/tdtd valign="top"p品牌/p/tdtd valign="top"p规格型号/p/tdtd valign="top"p数量br/ （单位）/p/tdtd valign="top"p单价br/ （元）/p/tdtd valign="top"p金额br/ （元）/p/td/trtrtd valign="top"p2-1/p/tdtd valign="top"pA02100604br/ 生物、医学样品制备设备/p/tdtd valign="top"p超高速冷冻离心机/p/tdtd valign="top"pThermo Scientific/p/tdtd valign="top"pSorvall WX+/p/tdtd valign="top"p1（台）/p/tdtd valign="top"p620000/p/tdtd valign="top"p620000/p/td/trtrtd valign="top"p2-2/p/tdtd valign="top"pA02100604br/ 生物、医学样品制备设备/p/tdtd valign="top"p冷冻切片机/p/tdtd valign="top"pThermo Scientific/p/tdtd valign="top"pHM525 NX/p/tdtd valign="top"p1（台）/p/tdtd valign="top"p240000/p/tdtd valign="top"p240000/p/td/trtrtd valign="top"p2-3/p/tdtd valign="top"pA02100301br/ 显微镜/p/tdtd valign="top"p正置荧光显微镜/p/tdtd valign="top"pNikon/p/tdtd valign="top"pCI/p/tdtd valign="top"p1（台）/p/tdtd valign="top"p230000/p/tdtd valign="top"p230000/p/td/trtrtd valign="top"p2-4/p/tdtd valign="top"pA032017br/ 临床检验设备/p/tdtd valign="top"p流式细胞仪/p/tdtd valign="top"pBeckmanCoulter/p/tdtd valign="top"pCytoFLEX/p/tdtd valign="top"p1（台）/p/tdtd valign="top"p460000/p/tdtd valign="top"p460000/p/td/tr/tbody/tablep　　代理服务费收费金额：br//pp　　合同包[3500]ZDZB[GK]2020007-2 包2 ：21050元/ppbr//ppstrong　　合同包[3500]ZDZB[GK]2020007-3 包3/strong/pp　　福州德瑞康医疗设备有限公司：/pp　　货物类/ptable border="1" cellspacing="0" cellpadding="0" width="605" align="center"tbodytr class="firstRow"td width="60"p style="text-align:center "品目号/p/tdtdp style="text-align:center "品目编号及br/ 品目名称/p/tdtdp style="text-align:center "采购标的/p/tdtdp style="text-align:center "品牌/p/tdtdp style="text-align:center "规格型号/p/tdtdp style="text-align:center "数量br/ （单位）/p/tdtdp style="text-align:center "单价br/ （元）/p/tdtdp style="text-align:center "金额br/ （元）/p/td/trtrtdp style="text-align:center "3-1/p/tdtdp style="text-align:center "A032003br/ 医用电子生理参数检测仪器设备/p/tdtdp style="text-align:center "听力计/p/tdtdp style="text-align:center "Inventis/p/tdtdp style="text-align:center "Piano Plus/p/tdtdp style="text-align:center "1（台）/p/tdtdp style="text-align:center "134000/p/tdtdp style="text-align:center "134000/p/td/trtrtdp style="text-align:center "3-2/p/tdtdp style="text-align:center "A032003br/ 医用电子生理参数检测仪器设备/p/tdtdp style="text-align:center "中耳分析 仪/p/tdtdp style="text-align:center "Inventis/p/tdtdp style="text-align:center "Flute Plus/p/tdtdp style="text-align:center "1（台）/p/tdtdp style="text-align:center "134000/p/tdtdp style="text-align:center "134000/p/td/trtrtdp style="text-align:center "3-3/p/tdtdp style="text-align:center "A032003br/ 医用电子生理参数检测仪器设备/p/tdtdp style="text-align:center "无线视频耳镜/p/tdtdp style="text-align:center "Inventis/p/tdtdp style="text-align:center "Delfino/p/tdtdp style="text-align:center "1（台）/p/tdtdp style="text-align:center "45000/p/tdtdp style="text-align:center "45000/p/td/trtrtdp style="text-align:center "3-4/p/tdtdp style="text-align:center "A032008br/ 物理治疗、康复及体育治疗仪器设备/p/tdtdp style="text-align:center "交流沟通辅具套装/p/tdtdp style="text-align:center "汉尼康/p/tdtdp style="text-align:center "汉尼康/p/tdtdp style="text-align:center "1（套）/p/tdtdp style="text-align:center "49000/p/tdtdp style="text-align:center "49000/p/td/tr/tbody/tablep　　代理服务费收费金额：br//pp　　合同包[3500]ZDZB[GK]2020007-3 包3 ：5430元/ppbr//ppstrong　　合同包[3500]ZDZB[GK]2020007-5 包5/strong/pp　　福建智享舒适科技有限公司：/pp　　服务类/ptable border="1" cellspacing="0" cellpadding="0" width="605" align="center"tbodytr class="firstRow"td width="60"p style="text-align:center "品目号/p/tdtdp style="text-align:center "品目编号及br/ 品目名称/p/tdtdp style="text-align:center "采购标的/p/tdtdp style="text-align:center "服务范围/p/tdtdp style="text-align:center "服务要求/p/tdtdp style="text-align:center "服务时间/p/tdtdp style="text-align:center "单位/p/tdtdp style="text-align:center "服务标准/p/tdtdp style="text-align:center "金额br/ （元）/p/td/trtrtdp style="text-align:center "5-1/p/tdtdp style="text-align:center "C02010302br/ 行业应用软件开发服务/p/tdtdp style="text-align:center "学生公寓管理系统/p/tdtdp style="text-align:center "定制开发学生公寓管理系统/p/tdtdp style="text-align:center "1、系统管理；2、基础信息管理；3、住宿管理；4、费用管理；5、通知管理等/p/tdtdp style="text-align:center "30/p/tdtdp style="text-align:center "套/p/tdtdp style="text-align:center "1、系统管理；2、基础信息管理；3、住宿管理；4、费用管理；5、通知管理等/p/tdtdp style="text-align:center "486000/p/td/tr/tbody/tablep　　代理服务费收费金额：br//pp　　合同包[3500]ZDZB[GK]2020007-5 包5 ：7290元/ppbr//p

大家好，今天给大家分享一篇近红外二区荧光宽场显微活体成像技术和应用的文章，本文的通讯作者是浙江大学的钱骏教授。传统的荧光成像技术是基于可见光波段（400~760 nm）和近红外一区波段（760~900 nm）实现的，但是由于受生物组织散射和自发荧光的影响，这些波段的光对厚样本、活体样本成像时，成像深度和空间分辨率受到了很大的影响。而近红外二区波段（1000~1700 nm， NIR-II）的光受生物组织散射和自发荧光的影响大大降低，因而用这个波段的光成像时，成像的深度和信噪比都显著提高。近年来，NIR-II荧光宽场显微术在高时间分辨率、高空间分辨率、高信背比和大深度组织穿透方面获得突破性发展，这些得益于荧光探针和成像仪器设备的开发和改进。作者在本文中通过介绍NIR-II荧光宽场显微活体成像的机制特点、演进历史、系统进展以及在不同生物模型上的最新应用，展现其临床试验的巨大潜力，使NIR-II荧光宽场显微成像术在基础研究和临床应用上得到更进一步的普及。1、NIR-II荧光活体生物成像近年来，研究者们展开了一系列的NIR-II荧光成像研究，实现了对活体生物样本的深层和功能性成像，尤其伴随着探测器性能的提升和荧光新探针的开发，NIR-II的活体荧光成像迅速成为热点。尽管NIR-II荧光成像应用日趋广泛，但其成像窗口的定义却并不统一。长期以来，NIR-II在学术界被定义为1000~1700 nm。然而，工业领域认可的典型短波红外波段为900~1700nm。浙江大学钱骏教授团队模拟了NIR区域（至2340 nm）中的光子传播，确认了活体成像中适度利用水对散射光子的吸收能提高信背比，并将NIR-II窗口扩展为900~1 880 nm，定义了2080~2340 nm为近红外三区。其中，1400~1500 nm和1700~1880nm分别被定义为NIR-IIx和NIR-IIc区域。图1：定义并扩展NIR-II窗口为900-1880nm2、NIR-II荧光宽场显微成像系统活体成像研究中，NIR-II的宏观成像不仅可以实现主动脉和微小血管循环检测，也可以实现各类器官的成像，如心、肝、脾、肺、肾、肝、肠、胆道等。但是，组织的微结构观察和检测需要更大倍率的成像系统，以提高生物组织的空间分辨率和对比度，实现生物微结构的清晰成像。钱骏教授团队与宁波舜宇仪器（SOPTOP）公司合作，开发出新型NIR-II荧光正置显微成像系统，将短波红外探测器与传统的荧光显微成像系统结合，可实现宽场激发、面阵探测，具备成像深度大、时间分辨高、空间分辨好、操作简便等优势，可实现深层组织的高倍探测，已满足商用要求。此系统先后被相关科研院所购置，已在宫颈癌靶向化疗、小鼠脑血管研究等领域得到应用和报导。图2：舜宇仪器 NIR II-MS 近红外二区活体显微影像系统3、NIR-II荧光宽场显微成像的应用基于NIR-II荧光成像的大深度、高分辨率等优势，诸多生物医学应用得以开发。其中，活体大深度显微成像不仅能够对脉管系统、组织器官清晰破译，而且能够获取生物体内生命活动细微过程的动态信息，具有对生理和行为动态观察的巨大潜力。NIR-II荧光宽场显微系统提供高时间分辨率和高空间分辨率，可实现脑血管实时解析成像，以及血流速度和心跳周期的测量。作者团队针对血流测速开展工作，静脉注射IR820（0.5 mg/mL， 200 μL）后，使用NIR-II荧光宽场显微系统监测小鼠脑血管结构和实时血液流动，实时获取150 μm深度处的毛细血管血流速度为725 μm/s。同时，研究人员使用NIR-II荧光宽场显微系统记录开颅小鼠头骨下方0 ~800 μm深度下脑血管图像，并在800 μm的深度下区分出直径仅6.1 μm（半高全宽）的毛细血管。图3：小鼠活体脑血管成像血管造影方法可提供血管状态的有用信息，用于监测疾病过程。NIR-II荧光宽场显微成像技术能以高时空分辨率实现深层组织血管可视化。作者及唐本忠院士课题组开发了一种近红外聚集诱导发射（Aggregation-Induced Emission ，AIE）纳米颗粒，借助NIR-II荧光宽场显微成像系统，对小鼠大脑中的光致血栓形成缺血（Photo-Thrombotic Ischemia， PTI）和血脑屏障（Blood–Brain Barrier，BBB）损伤过程实现了精确监测。图4：NIR-II荧光宽场显微成像系统用于血流动力学研究和小鼠脑血栓性缺血的实时跟踪肿瘤和炎症性病变的检测和诊断仍是临床的巨大挑战，而NIR-II荧光宽场显微系统亦可用于肿瘤的精准检测。唐本忠院士、钱骏教授等将AIE纳米颗粒TQ-BPN注射进入具有旧肿瘤（4周）和新肿瘤（2周）的小鼠体内，使用NIR-II荧光宽场显微系统来识别不同生长阶段的肿瘤。NIR-II荧光宽场显微系统凭借穿透深度大和成像实时的优点，能够清晰地原位显示肿瘤部位的EPR效应，这将有利于早期肿瘤检测和转移研究。图5：使用NIR-II荧光成像在肿瘤部位原位显示高渗透长滞留（EPR）效应除普通小鼠、大鼠外，大型灵长类动物（如狨猴）的NIR-II荧光成像技术的探索更有利于临床转化，对于这些动物神经活动和脑血流调节的研究，有利于揭开人类大脑疾病的神秘面纱。钱骏教授、高利霞教授及唐本忠院士等首次在非人类灵长类动物中进行了穿薄颅骨大深度脑血管显微成像。图6：高空间分辨率的狨猴穿颅脑血管显微系统NIR-II荧光宽场显微系统拥有高时间分辨率以监测动态生物过程，提供高空间分辨率以观察微小生物结构、精准定位药物分布，还具备大成像深度。同时，该系统对比其他显微成像系统（如共聚焦显微术、光片显微术）易于上手使用并且成本适中，便于在活体研究和临床实践中推广。通过相关研究团队的努力，实现了从小鼠、大鼠、狨猴到猕猴，从脑血管、肿瘤血管到炎症组织及离体细胞、组织切片等的NIR-II荧光宽场显微成像，证明了NIR-II荧光宽场显微成像技术的巨大潜力。综上所述，NIR-II荧光宽场显微成像技术不断在更大的成像深度、更优的信背比、更高的空间分辨率、更快的成像速度上得到创新、改进和突破。NIR-II荧光宽场显微成像系统有望在各种生物和材料研究实验室推广，甚至在医学机构和医院临床获得普及和应用。以上便是今天为大家分享的近红外二区荧光宽场显微活体成像技术与应用，其中所采用的实验设备均为宁波舜宇仪器的NIR II-MS活体显微影像系统。作为全球首款近红外二区活体正置显微成像系统，可以实现对近红外二区荧光探针的光学表征以及活体生物样品、厚生物组织等的大深度、高时空分辨成像，选择25X红外水镜时，活体成像深度≥1.4mm，空间分辨率≤2μm。其操作简便的系统，具备在医学研究、临床诊断和手术治疗领域作为活体成像的基础工具的潜力。本文为SOPTOP舜宇显微系统供稿。如有技术干货、科研成果、仪器使用心得、生命科学领域热点事件观点，欢迎广大相关行业朋友投稿。投稿邮箱：lizk@instrument.com.cn

华东师大精密光谱科学与技术国家重点实验室曾和平教授与黄坤研究员团队在中红外三维成像领域取得进展，发展了宽视场、超灵敏、高分辨的中红外上转换三维成像技术，获得了单光子成像灵敏度与飞秒光学门控精度，可为芯片无损检测、远程红外遥感和生物医学诊断等重要应用提供有力支撑，相关成果以“Mid-infrared single-photon 3D imaging”为题于2023年6月9日在线发表于Light: Science & Applications。华东师大为论文的第一完成单位，博士研究生方迦南为论文第一作者，曾和平教授和黄坤研究员为共同通讯作者。激光三维成像技术具有成像分辨率高、测量距离远、探测信息丰富等优点而被广泛应用于自动驾驶、卫星遥感、工业生产检测等众多领域。特别是，中红外波段位于分子指纹光谱区，涵盖多种官能团吸收峰，能够对三维目标进行化学特异性识别，在无损伤物质材料鉴定、无标记生物组织成像，以及非入侵医学病理诊断等领域备受关注。此外，该波段包含多个大气透射窗口，且相较于近红外光有更好穿透烟尘、雾霾的能力，在形貌测绘与遥感识别等方面具有独特优势。长期以来，如何实现趋近单光子水平的探测灵敏度都是中红外三维成像领域的国际研究热点，对于促进其在低光通量、光子稀疏的微光探测场景下的应用具有积极意义。然而，单光子水平的激光三维成像长期以来仅局限在可见光/近红外波段，主要制约因素在于中红外波段缺乏高探测灵敏度与高时间分辨率的光子探测与成像器件。近年来，随着红外器件工艺精进与新材料涌现，中红外探测器性能得到了长足发展，但依然面临着增强灵敏度、提升响应带宽、扩大像素规模、提高工作温度等亟待解决的难题。中红外三维测量可以采用光学相干层析、光热成像、光声成像等技术方案来实现，但往往需要逐点扫描，无法单次获取高性噪比的大面阵成像。因此，实现大视场、高分辨的中红外单光子三维成像仍颇具挑战。图3：中红外单光子三维成像装置图为此，华东师大研究团队发展了基于高精度非线性光学取样的中红外上转换测控技术，实现了超灵敏、高分辨、大视场的中红外三维成像，展示了单光子探测灵敏度、飞秒门控时间精度以及百万像素宽画幅。具体而言，研究人员采用非线性光学和频过程将信号波长高效转换至可见光波段，利用高性能硅基相机即可实现红外成像，从而规避了现有红外焦平面阵列灵敏度不足的技术瓶颈。同时，该上转换成像系统采用同步脉冲泵浦方案，可将背景噪声限制在极窄时间窗口内，结合精密频谱滤波可以有效提升探测信噪比，进而实现单光子水平的成像灵敏度。此外，研究人员沿用课题组此前发展的非线性广角成像技术[Nature Commun. 13, 1077 (2022)]，通过单次曝光即可获得大视场成像，免除了逐点机械扫描过程，大幅提升了成像速度。图4：中红外三维立体成像，被测信号强度约为1光子/像素/秒进一步，研究人员采用超快光学符合门控技术，精确测量中红外信号的相对飞行时间，从而得到被测物体表面的形貌信息。该时间飞行成像系统的时间分辨能力取决于光学脉冲宽度，可以达到飞秒水平的时间标记精度，通过高速延时扫描与宽场全幅采集，对被测场景进行快速时域切片，进而反演出目标界面的反射率、透射率以及材料的吸收率、折射率、色散量等丰富信息。图4展示了多角度中红外照明下三维数据信息融合重构出的被测目标立体形貌，其中被测信号强度约为1光子/像素/秒。图5：时空关联去噪算法，信号和噪声水平分别约为0.05和1000光子/像素/秒 在稀疏光子场景中，有效信号往往被淹没在严重的背景噪声中，仅从强度信息通常难以识别被测目标。为此，如何有效地区分信号和噪声光成为单光子成像的关键难点。为模拟极低照度、高噪声场景，该研究团队将红外信号衰减至0.05光子/像素/秒，对应的信噪比低至1:20000。如图5a-c所示，传统强度峰值识别算法并不能有效甄别信号。在主动成像中，成像系统接收的信号光子在时-空域上具有一定的连续性，而背景噪声光子则会随机分布在整个时间轴与空间像素点上。 基于该特性，研究人员发展了精确、高效和鲁棒的点云去噪算法，通过关联增强空间相邻像素与相邻时间帧的强度，有效提取与甄别信号光子，进而实现高背景噪声下的中红外单光子三维成像（图5d-i）。 所发展的中红外三维成像技术具备高灵敏与高分辨的独特优势，结合该波段优越的抗散射干扰能力，对于复杂环境下的红外场景恢复具有重要意义，可以发展出中红外散射成像与中红外非视域成像。此外，通过调谐中红外信号波长，可以实现四维高光谱成像，可为材料检测、无损探伤、生物成像等创新应用提供有力支撑。 近年来，曾和平教授与黄坤研究员课题组在红外单光子测控方面开展了系列创新研究，先后发展了中红外非线性广角成像 [Nature Commun. 13, 1077 (2022)]，中红外单光子单像素成像[Nature Commun. 14, 1073 (2023)]，以及高帧频中红外单光子光谱 [Laser Photonics Rev. 2300149 (2023)]等。相关工作得到了科技部、基金委、上海市、重庆市与华东师大的资助。

高校及科研院所重大科研基础设施和大型科研仪器是国家科技基础条件资源的重要组成部分。但由于管理模式及制度，高内涵细胞成像分析系统等科学仪器设备不对外开放，大多养在“深闺”，大量科研资源潜能没有得到充分发挥。为解决这个问题并加速释放科技创新的动能，中央及各级政府在近几年来制订颁布了关于科学仪器、科研数据等科技资源的共享与平台建设文件。2021年1月22日，科技部和财政部联合发布《科技部 财政部关于开展2021年度国家科技基础条件资源调查工作的通知（国科发基〔2020〕342号）》，全国众多高校和科研院所将各种科学仪器上传共享。仪器信息网对平台高校和科研院所上传的高内涵细胞成像分析系统数量和品牌分布进行统计分析，在一定程度上可反映科研用高内涵细胞成像分析系统的市场信息。（注：本文搜集信息来源于重大科研基础设施和大型科研仪器国家网络管理平台，不完全统计分析仅供读者参考）。高内涵细胞成像分析系统是什么？高内涵细胞成像分析系统又称高内涵筛选系统（high content screening, HCS），是一种结合自动化荧光显微镜的细胞定量成像分析技术。HCS可同时检测多个细胞参数，通过实时监测多种信号通路阐明细胞损伤，在单一实验中获取大量与基因、蛋白及其他细胞成分相关的信息, 确定其生物活性和潜在毒性，被广泛应用于大规模的药物筛选，具有微量、快速、灵敏和准确等特点。全国共享HCS市场调研据统计，网络管理平台上HCS的总数量为144台，涉及25个省份、直辖市、自治区。其中，北京、上海、江苏等地区共享HCS数量最多，分别为40台、16台、16台。除此之外，湖北、广东、浙江均大于5台，分别为9台、9台、8台。从全国共享HCS地区分布图可以看出，共享HCS主要分布在高校教育资源集中的地区。全国共享HCS地区分布图这144台HCS的单位来源共涉及113所高校及研究院所，共享HCS数量超过1台的单位有15所，分别为北京大学、清华大学、中山大学、中国科学院上海药物研究所等。其中，北京作为共享HCS最多的地区，涉及28所高校及研究院所，且高校的共享HCS数量比科研院所多。全国共享HCS数量超过1台的单位北京28所共享HCS单位从全国共享HCS品牌分布来看，HCS市场完全被进口垄断。美谷分子、珀金埃尔默、赛默飞世尔、GE占据了85%的市场，其中，前二者更是抢占到总份额的60%，在高校和科研院所中占据绝对优势。除此之外，BD、奥林巴斯、Leica也在HCS市场中存在一定的竞争力。全国共享HCS品牌分布从全国共享HCS产地分布来看，HCS市场完全被来自美国的仪器生产厂商垄断，它们占据总市场份额的90%。日本的尼康、奥林巴斯等，德国的Leica、蔡司，抢占剩余的市场，在高校和科研院所的仪器采购中占有一席之地。全国共享HCS产地分布更多高内涵细胞成像分析系统讯息，点击专场查看。

20世纪60年代，自骨髓移植成功治疗造血系统疾病以来，人们对干细胞治疗的研究产生了极大的兴趣。干细胞是具有自我复制和多向分化潜能的原始细胞，是机体的起源细胞。在一定条件下，它可以分化成多种功能细胞或组织器官。干细胞治疗是把健康的干细胞移植到病人体内，以达到修复病变细胞或重建功能正常的细胞和组织的目的。 在刚刚结束的&ldquo 2011细胞治疗技术研讨会&rdquo 上， GE医疗的全球研发总监Dr. Stephen Minger做了题为《Therapeutic and Research Potential of Human Stem Cells》的演讲，分享了他对人类干细胞研究与临床应用潜力的看法。 Dr. Stephen Minger 演讲现场 干细胞疗法就像给机体注入新的活力，相比于常规方法，具有很多突出优势。目前很多细胞退行性疾病的发病机理幵不明确，如心脑血管疾病、糖尿病、肝硬化、肢体缺血性疾病等，由于干细胞具有"修复再生"的生物学特性，干细胞治疗有可能成为此类疾病的终结者。无论是自体干细胞移植还是异体干细胞移植，由于所采用的干细胞免疫原性非常低，几乎不引起排异反应，因此，干细胞治疗高效安全、无毒副作用，同时，干细胞治疗可以很好的与基因治疗相结合，还是基因治疗的良好载体。成体干细胞取自成人自体或胎盘和脐带血，因此来源十分广泛，不用担心治病"原材料"短缺的问题。 干细胞技术是当今生命科学的聚焦点，被誉为二十一世纪生物和医学技术领域可能取得革命性突破的项目，有望启动具有划时代影响的一场"医学革命"，将会为社会带来巨大的社会效益。 干细胞研究和临床应用需要严格的监测细胞的属性，以确定该细胞是否保留其多能性，处于分化阶段，这对于确认干细胞性质非常重要。此外，也需要有适当的分析方法用于测试和优化干细胞的培养和分化条件。这些方法通常包括使用流式细胞仪分析生物标志物的表达，以及用RT - PCR迚行基因表达的研究。然而当前，高内涵分析技术较上述技术体现了更多的研究优势，帮助研究者更好地定量研究干细胞的多能性与分化作用，实现科研与临床的转化。 通用电气医疗集团（GE Healthcare）推出了IN Cell系列最新一代高端产品IN Cell Analyzer 6000 激光共聚焦高内涵细胞成像分析系统，它将高质量激光光源和高内涵细胞成像分析相结合的系统，使高速度和高质量细胞图像获取和分析达到统一，为客户提供了快速而精准的细胞技术分析平台。它可以满足要求更高的高内涵分析和筛选。拥有专利技术的光学系统采用了全新的设计理念：IN Cell Analyzer 6000的共聚焦光阑是可变的，类似于眼球虹膜控制瞳孔的大小；感光成像采用了新一代科研级sCMOS技术。针对不同要求和难度的实验，IN Cell Anaylzer 6000提供成像速度和图像质量最优组合。 与此同时，GE还推出了以金属卤素为荧光光源的IN Cell Analyzer 2000全自动荧光显微镜型细胞高内涵成像分析系统。该系统非常灵活，使用广泛，可以为您实现一些以前无法完成的实验设想。可实现从显微观察到自动化筛选，以及细胞器、细胞、组织和整个生物体的成像。IN Cell Analyzer 2000有着硬件和软件的独特组合，能够非常快速地获取图像，是筛选的理想选择。该仪器是利用六西格玛原理来设计的，结构坚固，能确保它在多用户环境中高通量应用的可靠性。

项目编号：SDJDHF20220626-Z390项目名称：山东大学高内涵细胞成像分析系统采购项目预算金额：420.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：420.0000000 万元（人民币）采购需求：标包货物名称数量简要技术要求1高内涵细胞成像分析系统 1套详见公告附件合同履行期限：详见招标文件要求。本项目( 不接受 )联合体投标。山东大学高内涵细胞成像分析系统采购项目公开招标公告.pdf