国产追赶加速 高端光学显微镜助力光学制造业高质量发展

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。