高通量场发射透射显微镜

2006年4月17日，JEOL Ltd.总裁Yoshiyasu Harada宣布，日本电子在全世界同步推出最新型号的300kV场发射透射电子显微镜——JEM-3100F。 JEM-3100F分辨率达到0.17nm(300kV，UHR)，是同档次世界上最先进的透射电子显微镜，尤其在纳米材料测试方面，具有非常高的效能。它的控制系统采用了最新的数字技术，使得操作更为简便。该款产品同样适合于过程测试，可以对由聚焦离子束切割的相对较厚的半导体器件进行高通量检测。

仪器信息网讯 2024年1月20日上午，正值寓意“寒去春来”的大寒节气， 由生物岛实验室科研团队领衔研制，拥有自主知识产权的国产首台商业场发射透射电子显微镜太行 TH-F120在广州面向全球用户发布！发布会现场发布会邀请中国科学院饶子和院士、中国科学院隋森芳院士、中国科学院徐涛院士，广东省科学技术厅、广州市市场监督管理局、黄浦区科技局、黄浦区市场监管局、中国科学院生物物理研究所、中国科学院广州生物医药与健康研究院、生物岛实验室等相关领导，以及国内知名电镜专家等五十余位代表出席。仪器信息网作为受邀行业媒体，共同见证这一历史时刻。太行 TH F120历经三年研制成功， 由生物岛实验室与国仪量子共同成立的慧炬科技承接转化，目前已具备量产条件。TH F120的问世将打破国内透射电镜100%依赖进口的局面， 是中国电子显微技术的重大突破。作为极难攻克的“卡脖子”高端科学仪器代表，TH F120是生物岛实验室与国仪量子强强联合的成果，也呈现了尖端仪器技术从科学端研制、成果转化，到商业端产业化的典范。而本次发布会 “研发成果汇报”、“新品发布会”两个环节的设置，相得益彰，是相互尊重，更是传承。环节一： 生物岛实验室研发成果汇报生物岛实验室科研与成果转化部部长李中华主持会议中国科学院院士、广州实验室常务副主任、生物岛实验室主任徐涛开场致辞徐涛院士首先代表生物岛实验室向莅临本次活动的各位领导和专家们表示热烈欢迎，向一直关心支持生物岛实验室发展的各界朋友表示衷心感谢。他讲到，1933年，世界上第一台透射电镜诞生，如今，电镜已成为现代科学研究不可或缺的研究工具，在半导体、材料科学、生命科学等战略性领域的科研活动中起到至关重要的作用，被誉为高端科学仪器“皇冠上的明珠”。透射电镜技术跨越多个学科，工程技术复杂，攻关难度大，被列为我国受限制的35项关键技术之一。为解决卡脖子问题，在生物物理所的大力支持下，孙飞研究员带领团队早在2016年就启动了预研工作。之后在生物岛实验室组建了完整的研发团队体系，在国家自然科学基金委、广东省科技厅的大力支持下，经过三年多的不懈努力，先后成功研制120kV场发射电子枪、120kV低纹波高压电源、400万像素和1600万像素CMOS电子探测相机，以及100万杂合像素直接电子探测相机等透射电镜核心关键部件。在此基础上，才有了今天发布的国内首台100%自主知识产权的120kV场发射透射电镜，实现0.2纳米分辨率的成像能力，达到产品化水平。这对于我国摆脱进口依赖，实现高水平科技自立自强具有重大意义。作为团队的一员，徐涛院士见证了整个项目艰难的研发过程，借此发布会的机会，对实验室电镜研发团队不惧困难挑战、勇于投身科研实践的责任担当表达了崇高的敬意。最后，徐涛院士表示，科学仪器研制是一场马拉松，虽然目前取得了一些成绩，但仍然存在许多受制于人的短板弱项。未来，生物岛实验室将继续坚持四个面向，在省市科技部门的指导下，坚定不移的在科技创新的道路上大步迈进，为广东省大湾区的生物医药产业高质量发展、加快构建先进生产力贡献力量。实现科技自立自强，道阻且长，然行则将至；行而不叕，则未来可期！中国科学院院士、清华大学教授饶子和致辞饶子和院士表示，正如徐涛院士所言，透射电镜为推动科学技术进步做出了重要贡献，但核心技术一直被国外垄断，面临卡脖子风险，如今能与大家一同见证国内首台自主知识产权的场发射透射电镜成果发布会，可谓振奋人心。饶子和院士的研究方向长期聚焦在生物领域。推动生物领域向前发展，一个很关键的方面，便是新技术、新方法、新仪器、新手段的不断革新。生物结构学的发展随着蛋白晶体学技术、同步辐射技术、核磁共振技术、冷冻电镜技术、人工智能技术的突破而不断升华，仪器设备技术的发展对推动生命科学的发展至关重要。上世纪五六十年代以来，生物物理所一直是我国在生物电镜方面的研究基地之一，饶子和院士在担任所长期间也十分重视电镜中心的建设。饶子和院士回顾了孙飞研究员加盟生物物理所的往事，以及孙飞研究员在科研工作中展现出的优越的数理基础和对方法技术出众的敏感优势。最后，饶子和院士对在徐涛院士领导下，孙飞研究员带领团队能够取得这样的突破性成果表示祝贺，并对参与TH F120研制的科学家和工程师队伍给予最热烈的掌声，期待生物岛实验室的透射电镜能取得更加辉煌的成就，也期待在不久的将来，科学家能够用上我们自己研究的100kV、200kV、300kV冷冻电镜，促进我国生命科学和生物医学不断发展。生物岛实验室研发成果汇报：120kV场发射透射电子显微镜研制汇报人：广州生物岛实验室 /中国科学院生物物理研究所研究员孙飞冷冻电镜技术为生物分子结构研究带来革命性进展，主流厂商为赛默飞和日本电子，垄断全球市场。作为另一种专业化电镜，体电子显微镜技术是解析细胞谱系的重要工具。而透射电镜是冷冻电镜和体电子显微镜技术的基础，其由电子的发射、加速、成像和探测等基本单元系统构成，对应主要核心部件包括电子枪、电子探测相机等。同时，100kV场发射冷冻透射电镜是透射电镜发展的新方向，并将成为主流，用于大多数生物大分子结构解析。孙飞研究员分享了生物岛实验室基于以上背景开展的系列研究成果。其一，是120kV场发射冷冻透射电镜核心部件的研制。依托广东省重点领域研发计划项目，先后完成120kV场发射电子枪研制、120kV低纹波高压电源研制、电子探测相机研制，完成所有项目验收考核指标，并利用研制的核心部件完成对商业电镜Talos L 120C的关键部件替换，达到预期效果。其二，是100kV高通量高分辨率场发射冷冻透射电镜的研制。依托广东省重点领域研发计划项目，针对我国生命医学领域研究对冷冻电镜高度依赖进口的现状，突破100kV场发射电子枪、超高稳定高压发生器、平行光照明、恒定功率物镜、低加速电压下高性能高灵敏度探测相机等关键技术，研制场发射冷冻电子透射显微镜智能控制系统和高通量自动化数据收集软件，开展基于自主研发技术的工程化和产业化。电镜主机硬件搭建完成，已经能够进行成像，自研和国产部件比例高于90%。其三，是细胞图谱超微结构高通量分析系统研制，研发针对细胞谱系研究需求的高通量、超分辨、双模态 (光学+电镜) 显微成像系统，实现在1个月左右对1mm3尺度的生物组织样品的细胞超微结构图谱高通量分析的能力。研发成果转化便是本次发布的120kV场发射透射电镜。未来，团队将进一步开展100kV高通量高分辨率场发射冷冻电镜以及120kV高通量场发射体透射电镜的研制工作。突破“卡脖子”技术，国产首台场发射透射电镜发布仪式合影环节二：慧炬科技120kV场发射透射电镜产品发布会慧炬科技总经理曹峰致辞曹峰介绍道，慧炬科技成立于2022年11月，是由生物岛实验室和国仪量子共同出资成立，专注于透射电镜以及相关关键技术的研发与制造。融合了生物岛实验室透射电镜技术和国仪量子在科学仪器产业化方面的强大能力，慧炬科技有信心成为透射电镜研发领域的领导企业，让中国科学家用上国产的、世界领先的透射电镜。关于“慧炬”的释义，曹峰讲到，这源于透射电镜中电子束的“汇聚”，取其音义，“慧炬”又蕴含了“智慧聚集”、期待成为透射电镜领域的“火炬手”、带领电镜技术继续向前的寓意。曹峰表示，本次发布的透射电镜新品，凝聚了慧炬科技团队几年来的心血与汗水，承载着慧炬科技的梦想和理想，也寄托了慧炬科技“承鸿鹄之志，造大国电镜”的决心，相信在团队的努力下，在生物岛实验室以及广东省科技厅等各级政府的支持下，慧炬科技一定能够将透射电镜进行产业化，为我国科学和产业界的高质量发展提供强大助力。广州开发区管委会二级巡视员、生物岛实验室主任助理杨寿桃致辞杨寿桃主任表示，生物岛实验室与国仪量子合作共同成立慧炬科技，实现了场发射透射电镜科研成果的转化，推出商业化产品。TH F120完成了从科学研究到技术开发，再到市场推广的三级跳，为我国高端科学仪器市场注入新活力，是实验室发展历史上一个重要里程碑。生物岛实验室2021年完成了创建国家实验室的战略目标任务后，迅速响应政府号召，转型为专注成果转化和产业孵化，截至目前，已经孵化了12家创新型企业，其中4家企业估值过亿元。未来，生物岛实验室将继续紧盯成果转化与产业孵化，围绕产业链布局创新链，以满足重大产业化需求为己任，充分发挥国家战略科技力量的引领作用，协同推出更多原创性的科技成果，打通从科技强到产业强，再到经济强、国家强的通道，为广东省在生物医药领域提升科技自立自强能力贡献力量。国仪量子董事长贺羽致辞贺羽讲到，慧炬科技今天的发布成果源于徐涛院士、孙飞研究员等科学家不懈的努力和探索，在此谨代表国仪量子对徐涛院士团队致以崇高的敬意，对慧炬科技团队取得的成果表示热烈祝贺。本次慧炬科技发布国产首台量产场发射透射电镜，对中国电子显微事业与高端科学仪器国产化的发展而言都具有重要意义，相信慧炬科技一定能在透射电镜领域取得更加辉煌的成就，和国仪量子一起彻底打破高端电镜卡脖子的局面，为国家科技自立自强作出更大贡献。成立7年来，国仪量子陆续研制并发布了多款人无我有，人有我优的高端科学仪器，已经交付至全球数千家客户，并且在德国、美国、新加坡等发达国家完成了海外交付。截至目前，实现了量子精密测量仪器全球市占率领先，顺磁共振谱仪国内市占率第一，电子显微镜年成交量近200台等突出成绩。国仪量子很荣幸能够与生物岛实验室合作成立慧炬科技，共同研制填补国内空白的透射电镜。未来国仪量子将继续发挥自身在工程化、市场开拓等方面的优势，全力支持慧炬科技的产品研发和产业化，共同为客户提供更高品质的产品和服务。中国科学院院士、清华大学/南方科技大学教授隋森芳致辞隋森芳院士表示，很荣幸与大家一起见证我国首台场发射透射电子显微镜研制成功。当前，我国冷冻电镜技术应用研究在国际上已经具有领先地位，孙飞研究员这种新技术新方法研究在国际上也可圈可点。然而，由于冷冻电镜硬件装备不能自主研制，我国在冷冻电镜技术方法领域的创新受到了很大限制。很高兴看到生物岛实验室联合生物物理研究所在冷冻电镜研制方面的持续发力，多年成绩显著，抓住冷冻电镜技术领域国际前沿，率先选择100kV场发射冷冻电镜这一新赛道发力。首先成功研制了120kV场发射透射电镜，成像分辨率可以达到两个埃，并通过慧炬科技完成了工程化和产品化。这一重要时刻，是令我国冷冻电镜领域乃至整个电镜领域相关科技工作者兴奋的时刻，可以预见，该电镜设备成功投入市场将极大地推动我国冷冻电镜应用研究进步。相信在不久的将来，生物岛实验室和慧炬科技能够进一步完成专业化的100kV高通量场发射冷冻电镜，为我国高端科学仪器的自主研制事业作出重要贡献。此外，隋森芳院士强调，希望慧炬科技能够坚持下去，不断优化仪器的性能和稳定性，不断面向用户，提升仪器的易用性，虚心接受用户的反馈，不断实现仪器的迭代，最终在市场上赢得广大用户的认可和尊重。最后，隋森芳院士祝愿科研人员再接再厉，取得更大的成绩，祝愿我国高端电子显微镜自主研发事业蓬勃发展。中国科学院物理研究所/松山湖材料实验室研究员、中国电子显微镜学会副理事长、粤港澳大湾区电镜联盟理事长马秀良致辞马秀良研究员代表粤港澳大湾区显微科学技术联盟向由徐涛院士、孙飞研究员领衔的国产首台场发射透射电镜成功研发表示热烈祝贺。国际上透射电镜的研制始于上世纪30年代初的德国。上世纪50年代到70年代，我国科学家、工程技术人员也曾为研发透射电镜付出了不懈的努力，并在当时的条件下取得一定进展，只是由于复杂历史原因没有得到传承和延续。到改革开放初期，我国高考恢复以及国际上材料科学的广泛兴起，激发了国内青年学子对掌握知识的广泛渴望，对探索未知的热情空前高涨。时至今日，历经几代人，这种高涨的热情还在持续。以1980年成立的中国电子显微学会为例，每年一届的全国电子显微学学术年会，参会规模从当时的几十人，到现在已经达到3000多人。电镜已经成为科学家探索微观世界的重要手段，是材料科学、生命科学、半导体等领域不可或缺的高端科学仪器。从数量讲，我国已经成为透射电镜的最大市场，但过去四十多年里，我们对透射电镜几乎完全依赖进口，所以本次透射电镜成功研制的重大意义不言而喻。马秀良研究员表示，相信在120kV场发射透射电镜成功研制的基础上，在材料科学领域常用的200kV、300kV场发射透射电镜的成功研制也指日可待，这也势必会带动我国高端制造业的发展。学术报告：生物医学电镜自主研制之路报告人：中国科学院生物物理研究所/广州生物岛实验室研究员、广州慧炬科技首席科学家孙飞研究员孙飞研究员为大家分享了120kV透射电镜成功研制背后的心路历程。2016年8月，以生物物理研究所为主办单位，召集了国内各方有志于国产电镜装备研制事业的专家学者、企业家、政府领导，在西安交通大学召开了针对我国开展电镜装备研制必要性和可行性的研讨会议。至此，新时代下，我国电镜自主研制再出发。先后完成电镜相关研发项目和成果，包括光电融合超分辨生物显微成像系统、生物大分子跨尺度结构研究前沿技术、生物超快冷冻电子显微镜、冷冻电镜样品制备技术、冷冻聚焦离子束减薄技术、冷冻电镜图像处理技术等。在这些研发项目历程中也逐渐组建起以孙飞、曹峰、季刚、金亮、卢志钢、姚一帆等为代表的体系化工程技术队伍。随后电镜关键技术从装备研发的30kV开始，成功研制了针对病理组织切片样品的高通量扫描透射电子显微镜SmartView。接着再到120kV透射电镜关键部件的突破，最终实现向整机研制的进发。最后结合数年转化历程，针对我国高端科学仪器自主研制的战略出路分享了自己的几点看法。整机揭幕：饶子和院士、 隋森芳院士揭幕，专家代表共同见证广州慧炬科技产品发布讲解讲解人：广州慧炬科技有限公司总经理曹峰【命名】：作为慧炬科技首款透射电镜产品，同时也是我国国首台正式发布的商业场发射透射电镜，TH-F120取名源自中华名山“太行”(TH) ，寓意TH-F120将如太行山一样成为中国透射电镜产业的脊梁。产品参数如下：【设计理念】：越级体验（将场发射电子枪、高自动化模组等越级配置集成至120kV平台，入门即高配）；高效操作（所有控制高度集成至PC端，全中文软件交互界面一目了然，提升操作效率）；模块设计（每一个模块自成一体，可以独立升级或替换，为用户打造与众不同的科研利器提供便利）；拓展丰富（预设充足的附件加装接口以及整机升级空间，满足用户使用新需求，有效应对多样的应用场）。现场展示产品：120kV场发射电子枪（左），120kV低纹波高压电源（右）【产品特点】：肖特基场发射电子枪；高像素CMOS相机；平行束/会聚束自适应切换照明系统；四轴高精度样品台；对称式极靴、恒功率物镜 (高衬度/高分辨模式可选)；全中文软件交互界面。高稳定低纹波高压电源（HJ-HT120，新品）：加速电压输出-10kV~-120kV；高压电源加速电压稳定性 10ppm/h；加速高压纹波2ppm。现场展示样机：50万像素直接电子探测相机（左）、1600万像素CMOS电子探测相机（中）、直接电子探测器芯片（右）【高亮度场发射电子枪（HJ-FEG120，新品）】：加速电压10~120kV低能散、高相干性，带来更优信噪比；40nA大束流发射。产品规划：慧炬科技透射电镜产品取名均源自中华名山。代表慧炬科技立足中国，放眼世界，助力科研工作者勇攀高峰，不断突破!场发射透射电镜系列: “太行”TH-F120，“峨眉”EM-F200，“昆仑”KL-F300； 冷冻透射电镜系列: “珠穆朗玛”ZMLM-F300C“唐古拉”TGL-F200C，"玉龙”YL-F100C；热发射透射电镜系列: “秦岭”QL-T120，“丹霞”DX-LaB120。【慧炬科技透射电镜产品路线四年计划】：2024年（120kV 透射电镜、100kV 冷冻电镜）；2025年（200kV 透射电镜、200kV 冷冻电镜）；2026年（200kV 球差电镜、300kV 透射电镜）；2027年（300kV 球差、新型透射电镜）。实验室参观、TH F120真机演示合影留念

项目编号：M4400000707014224-南海室招（货）〔2022〕013号项目名称：场发射透射电子显微镜采购项目采购方式：公开招标预算金额：6,560,000.00元采购需求：合同包1(场发射透射电子显微镜采购项目):合同包预算金额：6,560,000.00元品目号品目名称采购标的数量（单位）技术规格、参数及要求品目预算(元)最高限价(元)1-1光学计量仪器场发射透射电子显微镜1(台)详见采购文件6,560,000.00-项目编号：M4400000707014226-南海室招（货）〔2022〕012号项目名称：扫描电子显微镜采购项目采购方式：公开招标预算金额：1,020,000.00元采购需求：合同包1(扫描电子显微镜采购项目):合同包预算金额：1,020,000.00元品目号品目名称采购标的数量（单位）技术规格、参数及要求品目预算(元)最高限价(元)1-1光学计量仪器扫描电子显微镜1(台)详见采购文件1,020,000.00项目编号：M4400000707014234-南海室招（货）〔2022〕008号项目名称：分布式声学传感系统采购项目采购方式：公开招标预算金额：1,650,000.00元采购需求：合同包1(分布式声学传感系统采购项目):合同包预算金额：1,650,000.00元品目号品目名称采购标的数量（单位）技术规格、参数及要求品目预算(元)最高限价(元)1-1光学测试仪器分布式声学传感系统1(套)详见采购文件1,650,000.00项目编号：M4400000707014236-南海室招（货）〔2022〕010号项目名称：傅里叶变换红外光谱仪采购项目采购方式：公开招标预算金额：1,450,000.00元采购需求：合同包1(傅里叶变换红外光谱仪采购项目):合同包预算金额：1,450,000.00元品目号品目名称采购标的数量（单位）技术规格、参数及要求品目预算(元)最高限价(元)1-1光学式分析仪器傅里叶变换红外光谱仪1(套)详见采购文件1,450,000.00-项目编号：M4400000707014230-南海室招（货）〔2022〕004号项目名称：三代高通量测序仪采购项目采购方式：公开招标预算金额：4,000,000.00元采购需求：合同包1(三代高通量测序仪采购项目):合同包预算金额：4,000,000.00元品目号品目名称采购标的数量（单位）技术规格、参数及要求品目预算(元)最高限价(元)1-1临床检验设备三代高通量测序仪1(台)详见采购文件4,000,000.00-项目编号：M4400000707014231-南海室招（货）〔2022〕005号项目名称：数字PCR仪采购项目采购方式：公开招标预算金额：1,820,000.00元采购需求：合同包1(数字PCR仪采购项目):合同包预算金额：1,820,000.00元品目号品目名称采购标的数量（单位）技术规格、参数及要求品目预算(元)最高限价(元)1-1其他分析仪器数字PCR仪1(台)详见采购文件1,820,000.00-本合同包不接受联合体投标合同履行期限：合同签订后250个日历天以内完成交货