“四大家”格局久矣 国产共聚焦显微镜如何破局？

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@istrumen.com.cn)。

本篇为北京世纪桑尼科技有限公司（以下简称“世纪桑尼”）投稿，作者重点从共聚焦技术角度叙述了共聚焦显微镜的发展现状，世纪桑尼共聚焦成像模块产品是最早的国产共聚焦商业化产品之一。

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。

近20年中国的激光加工产业发展迅猛，增速全球领先，而且绝大部分部件都已经实现国产化，形成了国内供应链，这是我国所有激光相关企业共同努力的结果，也是中国强国梦的基础。

北京世纪桑尼科技有限公司成立于2001年，一直致力于激光扫描振镜及控制系统的研发生产，是国内最早开发同类产品的高科技企业，打破了同类产品完全依赖进口的局面，产品被广泛应用于激光加工、激光医疗、激光演示等各个领域。

2002年公司推出了第一代CS系列扫描振镜产品——扫描振镜是控制光束（主要是激光）高速地、精确地扫描样品的器件，主要应用在激光打标。激光打标系统和共聚焦扫描成像相比，仅是少了荧光返回分离和检测单元。

2014年，经过在激光打标领域的多年积累，我司正式立项开发共聚焦扫描成像系统。第一个项目是阵列（多点）扫描共聚焦成像系统SUNNY ASM，于2015年中完成开发，并于当年年底完成第一台销售。

图1ASM与Zeiss LSM780联用

为什么第一个项目选择看似更高端（至少从国外产品对比来说，多点扫描共聚焦是当时最贵的）的阵列扫描共聚焦？因为阵列扫描共聚焦使用的是EMCCD或sCMOS这样的相机成像，开发时只需要将相机的曝光和振镜的扫描做好同步就可以使系统正常工作，甚至是很好地工作，相对来说比较简单。而对于单点扫描共聚焦成像系统来说，还需要涉及到信号转换电路和图像软件的开发——这两点我们直到今天也仍然在优化，以使产品性能更上一层楼。

2017年，我司立项单点扫描共聚焦成像系统。2018年初完成样机试制，并于7月份在兰州大学生科院做了第一次演示：当时用的是老师自己的IX71倒置显微镜，只有7：3的分光，但我们拍的线虫肌动蛋白仍然非常清晰。

图2 线虫肌动蛋白，100X物镜

2019年，我们在广西大学完成了第一台CSIM 100共聚焦扫描成像系统的销售，至今已有7套系统/模块的销售。

我们可以为已经采购了研究级显微镜的单位配套CIM共聚焦模块及激光器、配套的控制软件，升级为一套完整的共聚焦显微镜，满足研究人员对共聚焦显微镜的需求，又大大降低了科研经费的投入，这也是我们开发这套系统的初衷。这样的系统我们目前已经完成了几个单位，系统操作方便实用、图片质量不逊色于国外大品牌产品，得到了用户的良好反馈。

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？

当前，我司在生物成像领域主推的产品是CSIM 100/110共聚焦扫描成像系统，后续的工作除了继续优化系统性能、丰富软件功能外，我们也在开发我们自己的超分辨系统，基于环形光束替代高斯光束方法的超分辨技术。

共聚焦成像系统是一个光、机、电一体化的工程，要做好共聚焦产品，需要在这三方面同时都做好，不能有短板。否则，做出来的产品只是能用，能动起来完成基本的扫描成像，但得到的图像无法满足实际的应用需求，更不用说追求更好的图像质量了。另外，不管是国外还是国内，第一家做出共聚焦成像系统产品的从来都不是传统的光学显微镜公司，尽管显微镜公司在光学和机械方面一直有着巨大的技术优势。

从这里可以看出，电，尤其是高质量的信号转换电路才是开发出一款共聚焦产品的关键，而我司拥有二十年的振镜电机、驱动电路和控制技术的开发制造经验，在电方面有巨大的优势。相对来说，我司在高端光学显微镜（主要指共聚焦）方面的技术优势主要有两点：

1、光路结构方面：利用光路可逆性原理，激光和荧光相向穿过同一个针孔，使激发与成像在任何时候都严格共轭，始终保持100%的样品信号采集率；光路稳定性高，免维护。

2、自主开发了信号转换放大电路。相对传统共聚焦使用的跨阻放大电路，我们的信号转换放大电路拥有更高的信号转换效率、更低的背景噪声、更宽的动态范围。

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（请结合具体产品回答）？国产高端光学显微镜发展还面临哪些问题？

激光扫描共聚焦显微镜是二十世纪80年代发展起来的一项具有划时代的高科技产品 ，它是在荧光显微镜成像基础上加装了激光扫描装置，在反射光 的光路上加上了一块半反半透镜 ，将已经通过透镜的反射光折向其它方向，在其焦点上有一个带有针孔的挡板，小孔就位于焦点处，挡板后面是一个光电倍增管 。利用计算机进行图像处理，把光学成像的分辨率提高了30%--40%，使用紫外或可见光激发荧光探针 ，从而得到细胞或组织内部微细结构的荧光图像。

其中光电倍增管探测器是很重要的组成部件，是日本滨松公司生产的，国内还没有成熟的同类产品可以替代，相关企业的产品正处于研发阶段，我们也在密切关注。

物镜的性能，主要是数值孔径、消色差等级、平场性能和透光率等方面都还有不小的差距，但如果仅限于应用最广泛的可见光波段，差距已经不大了，至少用共聚焦拍一般的荧光图像，无法仅从图像上分辨哪个是国产拍的、哪个是进口产品拍的。

国产高端光学显微镜的发展，最大的问题是用户对国产高端仪器的认可度不足。跑市场，经常能听到这么一句话：“买国产产品出了问题或不能满足要求，做决策的老师就要负责任；买进口产品出了问题，则认为这是目前技术水平的极限，和老师无关。”甚至今年都还有一些省份的政府和专家出面论证，某些仪器只建议采购进口产品。这让我们感到很困惑，难道进口产品都是一个水平、一个档次，就没有高端和低端的区别？低端产品就一定比国产产品好?是否做过对比？如何做的对比，还是只是闭门谈论？

产品出现问题，国产产品会被认为质量不行，进口产品则是自己运气不好，在这样的情况下，用户对设备各方面的认识还有待提高，不要被销售人员误导。以上这些，对于国产厂商都是需要去面临和亟待解决的问题。

更好地支持国产仪器发展，第一，要靠政策的引导，如科研单位采购国产设备退税就是非常好的政策，希望能够进一步细化，目前退税只退到学校，而不是课题组，对于课题组来说采购成本并没有减少。采购进口设备时，则只需要按免税价格报价。第二，要有权威的检验检测结论。第三，要进行技术和功能利用追踪——例如，招标参数强调了1nm的光谱分辨率，那么在该设备运行期间，这个功能有多少的使用率，出了多少成果。

仪器信息网: 您认为，未来几年高端光学显微镜的技术趋势和热点市场需求有哪些？贵公司未来产品技术发展规划是怎样的？

超分辨、共聚焦、宽场显微镜大体对应了前沿实验、成熟实验和基本实验，共聚焦成像应该有更广泛的使用面。然而，国外共聚焦显微镜产品的价格仍然“高高在上”，这阻碍了共聚焦成像技术帮助科研人员提升实验水平。未来，降低采购费用和使用成本必将是共聚焦产品的发展趋势。

从技术来看，分辨率更高、灵敏度更好、成像速度更快一直都是显微镜的追求，未来的发展大概也会如此。但受限于元器件的发展，未来短期内可能会在通过反卷积计算和人工智能来提高图像的分辨率、信噪比方面有更快的发展。

目前光学显微镜市场热点有两点：一、超分辨和活细胞成像，需求主要在经费充足的、已经购买一台或多台共聚焦显微镜的实验室或中心平台；二、单点扫描共聚焦成像系统，降低采购成本，尽可能地满足一般实验室需求。

世纪桑尼未来发展希望能够填补国内空白、逐步替代进口产品。依托公司现有的产品和技术实力，研发多通道共聚焦模块、超分辨共聚焦系统、双光子共聚焦系统，为广大的科研人员提供高端实用的分析仪器。

国家的强大需要高科技产业的发展，需要拥有自主知识产权的仪器设备，需要培养更多的科研人才，这是我们作为中关村高新技术企业的社会责任，我们义不容辞。