高速显微镜

项目编号：清设招第2022214号项目名称：清华大学高速双光子显微镜采购项目预算金额：370.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：370.0000000 万元（人民币）采购需求：包号名称数量是否允许进口产品投标01高速双光子显微镜1套是设备用途介绍：1）可以进行小型动物如小鼠、大鼠等的活体成像及结合行为学的相关成像；2）实现更深的、低热损伤、高信噪比的活体成像，以保证斑马鱼、果蝇、小鼠等小型动物的长时程、反复成像；3）支持在清醒小动物中进行光遗传实验和成像同步、行为和在体成像实验同步；4）能够实现活体或活细胞超高速、超敏感成像，如血流、离子浓度、钙火花检测等快速变化的应用。简要技术指标 ：龙门型正置荧光显微镜系统 ：①　电动激发块转盘≥7孔，无需拆卸可更换激发块，内置电动光闸；配置蓝紫、绿、GFP激发块；②　具有压电陶瓷快速电动Z模块。2） 双光子光路及光路自动调节系统：①　光轴自动校正模块，≥3轴可调，激光光斑位置X、Y位移和X、Y倾斜角度θX，θY中≥3个参量均能独立自动调节；②　具有深焦观察模式，激光光束自动调整模块，可以在高分辨率和高成像深度模式之间自主选择，不少于五档可调。3）清醒小动物电生理同步设备：① ANALOG模拟信号输入≥4通道，TTL数字信号输入≥6通道，TTL数字信号输出≥5通道。与双光子显微镜为同一品牌的数模转换控制系统，触发控制能通过双光子软件界面统一控制，不需调用第三方控制软件；4）同步光刺激及光遗传系统：①　固体可见光激光器通过激光整合器整合，由光纤导入，通过AOTF进行0.1-100%强度控制和快速开关。合同履行期限：合同签订后5个月内交货。本项目( 不接受 )联合体投标。

项目编号：1069-224Z20224671（项目编号：招设2022A00206）项目名称：上海交通大学高速激光全内反射荧光显微镜成像系统采购项目预算金额：210.0000000 万元（人民币）采购需求：序号货物名称数量简要技术规格交货期1高速激光全内反射荧光显微镜成像系统1套电动聚焦机构：备有粗微调转换旋钮（最小调焦精度：≤10nm），行程10.5mm，物镜离开 / 回复按键和记忆回位按键，最大移动速度：3mm/秒。收到信用证后180天内交货合同履行期限：收到信用证后180天内交货本项目( 不接受 )联合体投标。

美国哥伦比亚大学工程团队开发了一种技术，可实现活体内的实时成像并取代传统的活检。在28日的《自然生物医学工程》上发表的一篇论文中，研究人员描述了一种高速3D显微镜MediSCAPE，其能捕获组织结构的图像，以指导外科医生定位肿瘤及其边界，而无需活体取样分析病理结果。哥伦比亚大学生物医学工程和放射学教授、该研究的资深作者伊丽莎白希尔曼称，活检需要从体内切取小块组织，然后用简单的显微镜观察，因此可能需要几天时间才能得到诊断结果。希尔曼团队希望能直接捕获组织图像而不用切出样本。“这种技术可以让医生实时反馈他们正在查看的组织类型，无需长时间等待。”她解释道，这将让医生就如何最好地切除肿瘤并确保没有留下任何东西做出明智的决定。此外，对于珍贵的组织，如大脑、脊髓、神经、眼睛和面部等，切取组织还可能错过重要的疾病区域。希尔曼一直在开发用于神经科学研究的新型显微镜，这些显微镜可非常快速地捕捉活体样本的3D图像。此次，该团队通过观察小鼠肾脏对他们的显微镜进行了测试。他们观察到的结构很像标准组织学所得到的结构。最重要的是，过程中并没有添加任何染料。研究人员看到的一切都是组织中的自然荧光，而这些荧光通常太弱而无法看到。即使研究人员以足够快的速度进行整体3D成像，实时漫游，扫描组织的不同区域，MediSCAPE也能非常高效地显示出这些微弱的信号。研究人员甚至可将获得的体积拼接在一起，并将数据转化为组织的大型3D展示，这样病理学家就可像一整盒组织学幻灯片一样使用它。该团队展示了MediSCAPE在广泛应用中的强大功能，从分析小鼠胰腺癌到对人体移植器官（如肾脏）的非破坏性快速评估。研究人员认为，通过对体内的活组织进行成像，可获得比无生命的活检样本更多的信息。他们发现，实际上可看到通过组织的血流，并看到缺血和再灌注的细胞水平效应（切断肾脏的血液供应，然后让它回流）。该团队的最后一个关键步骤是将希尔曼实验室中标准SCAPE显微镜的大尺寸缩小为适合手术室并可供外科医生在人体中使用的系统。

一、项目编号：0811-234DSITC0218（招标文件编号：0811-234DSITC0218）二、项目名称：超高速视频级原子力显微镜三、中标（成交）信息供应商名称：北京佰司特贸易有限责任公司供应商地址：北京市朝阳区劲松三区甲302楼地上部分7层703B室中标（成交）金额：341.3341800（万元）四、主要标的信息序号供应商名称货物名称货物品牌货物型号货物数量货物单价(元)1北京佰司特贸易有限责任公司超高速视频级原子力显微镜RIBMSuper-Genie 125 等壹套3,413,341.80五、评审专家（单一来源采购人员）名单：周亚康,周力韦,师育新,葛元新，朱融融六、代理服务收费标准及金额：本项目代理费收费标准：本项目代理费收费标准：按照国家发改委1980号文件《招标代理服务费管理暂行办法》规定标准下浮33%收取，服务费金额不足8000元的，按8000元收取。本项目代理费总金额：2.7836330 万元（人民币）七、公告期限自本公告发布之日起1个工作日。八、其它补充事宜1、本公告已于同日在机电产品招标投标电子交易平台、同济大学采购与招标网、中国招标投标公共服务平台同步发布。2、本项目为机电产品国际招标项目，公示截止时间以机电产品招标投标电子交易平台规定为准。3、本项目中标金额为CIP美元498,000.00，合同最终结算时以实际发生金额为准。4、如对本次评审结果有异议，请于评审结果公示截止时间前根据《机电产品国际招标投标实施办法（试行）》规定向上海东松医疗科技股份有限公司（地址：上海市宁波路1号11楼，邮编：200002， 联系电话：0086-21-63230480转8617、8408）提出异议，并将异议内容上传机电产品招标投标电子交易平台。九、凡对本次公告内容提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：同济大学　　　　　地址：上海市四平路1239号　　　　　　　　联系方式：朱融融 021-66111701　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：上海东松医疗科技股份有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：中国上海市宁波路1号申华金融大厦11楼　　　　　　　　　　　　联系方式：徐骁晨、高健 0086-21-63230480转8617、8408 　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：徐骁晨、高健电　话：　　0086-21-63230480转8617、8408

2020年7月30日布鲁克推出了ZUI新一代超高速原子力显微镜NanoRacer® 。NanoRacer® 凭借其50帧/秒的超高速成像，实现了真正意义上视频级成像速度下单个生物分子的动态观察。NanoRacer® 的革新性的技术突破，在AFM发展史上树立了新的里程碑。布鲁克BioAFM研发团队与生命科学领域的专家紧密合作，使NanoRacer® 不仅拥有超高扫描速率与原子级别分辨率，而且拥有杰出的易用性，使得对单分子动态过程的捕捉变得十分便捷，为深入理解生物物理、生物化学、分子生物学、病毒学以及生物医学等领域的单分子动态过程提供了强大工具。全新的NanoRacer® 采用了新的架构结合更低噪音、更高稳定性的Vortis™ 2控制器，全新的驱动算法与力控制算法，可以在超高速下获取高分辨的生物样品信息。新系统整合了基于工作流程的V7操作软件，直观的用户界面与流程化、自动化的设置使得研究人员可以专注于自己的实验，加速高端研究的产出能效。SpecificationsMaximum scan speed of up to 50 frames/sec with 100 ×100 nm2 scan range and 10 k pixelsAtomic defect resolution in closed-loopDesigned for medium to small sized cantilevers for lowest forces and highest scan speedsUltra-low noise cantilever-deflection detection systemIR cantilever-deflection detection light source with small spot sizeOptional photothermal cantilever drive. 730 nm wavelength ensures minimal sample interaction compared to blue-light excitationHighest detector bandwidth of 8 MHz for high speed signal captureAutomated laser and detector alignmentScanner unit 2 × 2 × 1.5 μm3 scan rangeSensor noise level 180 kHzTypical sample size 4 mm diameterControl electronicsVortis 2 Speed controller: State-of-the-art, digital controller with lowest noise levels and highest flexibilityNewly designed, high-voltage power amplifier drives the scanner unit New workflow-based V7 SPMControl softwareTrue multi-user platform, ideal for imaging facilities?User-programmable softwareAutoAlignment and setupAdvanced feedback algorithmsFully automated sensitivity and spring constant calibration using thermal noise or Sader methodImproved ForceWatch™ and TipSaver™ mode for force spectroscopy and imagingAdvanced spectroscopy modes, e.g. various force clamp modes or ramp designsPowerful Data Processing (DP) with full functionality for data export, fitting, filtering, edge detection, 3D rendering, FFT, cross section, etc.Powerful batch processing of force curves and images, including WLC, FJC, step-fitting, JKR, DMT model and other analyses创新点：最高配速50帧/秒，NanoRacer实现了真正意义上食品级成像速度下单个生物的动态观察。全新的NanoRacer采用了新的架构结合更低噪音/更稳定的Vortis控制器，全新的驱动算法与力控制算法，可以在超高速下获取高分辨的生物样品信息。 Bruker超高速原子力显微镜nanoracer

香港大学近日宣布，该校研究团队成功研发一款超高速显微镜，能有效捕捉脑电波信号，为脑退化等脑疾病的研究提供线索。据新华社报道，港大携手美国加州大学伯克利分校团队开发的“双光子荧光显微镜”，能捕捉神经元之间的电子讯号和化学物质传递。团队成功在实验中记录一只活体老鼠脑部神经元所产生在毫秒间闪现的电脉冲讯号。该显微镜采用了由港大团队研发的超高速激光扫描技术，以一对平行的反射镜产生一排激光脉冲，速度比目前的激光扫描技术快至少1000倍。在实验中，研究人员利用高速显微镜将扫描激光投射在小鼠脑部，为小鼠大脑皮层进行每秒1000至3000次的二维扫描影像。率领研究团队的电机电子工程系副教授及生物医学工程课程总监谢坚文介绍，目前有不同类型的技术能捕捉脑电波信号，包括将电极植入脑部，直接量度脑部电压，但创伤性大；磁力共振和传统光学显微镜则速度较慢。港大这项新技术的优点是创伤性低，而且能精确定位个别神经元，以毫秒为单位追踪它们的激发路径。谢坚文表示，这项新科技能侦测活脑中单一神经元在毫秒间的活动变化。团队希望在未来1至2年将技术进一步提升，探索更深层脑部的结构，更全面了解大脑功能。该研究成果已在学术期刊《自然方法》（Nature Methods）上发表。

项目编号：2241STC21928/01-02项目名称：中国人民大学仪器分析测试平台建设-高速共聚焦显微镜等设备购置项目预算金额：348.0000000 万元（人民币）采购需求：包号标的名称数量分包最高限价(万元)交货（实施）地点简要技术需求或服务要求01高速共聚焦显微镜等设备购置项目一批290中国人民大学理工楼采购1套高速共聚焦显微镜（激光器：系统激光器应覆盖可见光及紫外光，各激光器单独分立；独立AOTF等）、1台超高速数字示波器（采集通道数：4等）、1台时间相关单光子计数仪（时间分辨率：4ps等）、1台循环制备高效液相色谱（输液方式：二联往复式双柱塞泵等），详见第四章《采购需求书》。02电化学工作站等设备购置项目一批58中国人民大学理工楼采购1台电化学工作站1（恒电位电位控制范围：±10V等）、1台电化学工作站2（电位范围： -5V~5V等）、1台多道选通器（提供标准的电化学四电极架构，支持最多控制64个电解池，单次选通一个等）、2台旋转蒸发器（仪器主机升降模式：电动升降，马达升降行程140mm等）、4台干式涡旋真空泵（峰值抽速：6.2 m3/h）、2台隔膜真空泵（最大抽速：≥2.0 m3/h等）、20台磁力加热搅拌器1（最大兼容烧瓶：500mL多口烧瓶等）、4台磁力加热搅拌器2（最大搅拌量：1.5L）、4台电子天平（称重量程：220g等），详见第四章《采购需求书》。注：投标人可以对本项目中的一个包进行投标，也可同时对多个包进行投标，但必须针对每一包中的所有内容进行投标，不允许拆分投标。 合同履行期限：2022年12月30日前完成到货安装调试及部署实施并达到验收合格标准；并提供自项目终验合格之日起1年的质保。本项目( 不接受 )联合体投标。

项目编号：BIECC-22ZB1133/清设招第20221251号项目名称：清华大学超宽调谐飞秒激光器（高速双光子共聚焦显微镜）购置项目预算金额：160.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：160.0000000 万元（人民币）采购需求：该设备用于为生物样本研究的多光子显微镜系统提供激光光源，针对多光子显微成像， 提供（680 nm - 1300 nm）宽的波长调谐范围，全波长全自动调谐，适宜于各种生物活体成像，广泛应用于神经科学/光遗传学，胚胎学，免疫学等多个生物领域研究。具体要求详见第四章。包号名称数量01超宽调谐飞秒激光器1套合同履行期限：合同签订后120日内交货。本项目( 不接受 )联合体投标。

导读经过前面的几期学习，相信大家对显微镜的基础知识已经有了足够的了解，自信心提的满满的吆！接下来就可以根据实际需求来选择对应的显微镜了。让我们一起走进ECHO显微镜的世界，挑选一台属于你的显微镜吧。荧光电动显微镜—RevolveECHO显微镜颠覆了大家对显微镜的认知，是对传统显微镜设计的重新思考，是真正意义上的设计一体化和操控显示一体化，易学易用，使枯燥的实验变得简单有趣。高分辨率3D成像，获得最佳成像效果Revolve显微镜采用实时反卷积(DHR)，增加宽场荧光显微镜图像锐度，抑制噪声减少模糊，提高荧光检测分辨率。自动Z轴配合实时反卷积(DHR)功能，在保持高分辨率的同时，对较厚样本进行全景深扫描合成，实现3D高分辨成像。正倒置一体，一机两用Revolve显微镜既可以正置观察，也可以倒置观察，在正置和倒置之间自由转换。使用户不再因为样品的不同而分别购置正置和倒置两类显微镜，一机实现切片、培养皿、培养瓶和多孔板等多种样本类型的观察需求。在降低设备成本的同时，也节约了空间。试问：我还需要纠结选择买正置还是倒置吗，当然是都要喽。智能化操作，高效便捷Revolve显微镜采用自动荧光的方式，可以快速捕捉荧光信号，避免荧光淬灭。自动双相机系统保证了明场和荧光条件下都可以获得最好的观察效果。智能化的软件使操作变得更加简单。明场显微镜—Rebel随着Revolve的问世，ECHO显微镜的设计理念深受用户的喜欢，但是对于没有荧光需求的用户，一款正倒置兼备的Rebel足矣。自动细胞计数软件，无需特殊耗材Rebel为满足更多的用户需求，特别开发了自动细胞计数软件。区别于市场上的细胞自动计数仪，Rebel兼具显微镜与计数功能于一身。不再需要特殊的观察耗材，可使用玻片、培养皿、培养瓶等耗材进行细胞自动计数。高效便捷的网络共享方式Rebel还具有非常高效便捷的网络共享方式，通过WIFI、Internet等多种通讯方式，可以实现实时实验教学、病例分享和多人会诊。全电动显微镜—Revolution针对更高级别用户需求，ECHO又推出了Revolve进阶版Revolution，正倒置一体化设计，带来更多应用场景；双相机系统保证了确保效果最优；实时反卷积功能配合高速Z-stacking功能，提高荧光检测的分辨率。独特的触屏控制XY自动载物台功能，便于观察样品的定位；对于大样品扫描成像，电动载物台和Hyperscan功能结合,使扫描速度提升了一倍。对于活细胞的观察，活细胞工作站和多功能智能化联动，保证了活细胞长时间的观察。最后，我们一起来看一下ECHO显微镜下的微观世界吧。看到这样一台成像质量好，操作简单，适用范围广的显微镜，有没有心动呀，想不想体验一下操作极简，体验极佳的显微镜呀，想不想让我们珍贵的实验样本也有一个如此美轮美奂的瞬间，那就赶紧联系我们，申请试用吧，三款产品，总有一个适合你的吆！

生命科学是从微观层面观察和研究生命过程，从而揭示生命的物质基础和基本现象。显微成像是观察微小物体的重要手段，但其分辨能力受光学成像系统的限制（即衍射极限），无法满足现代生命科学研究要求的更高解析度、更准确的成像需求。熵智科技作为中国原创3D视觉创业公司第一梯队，横跨机器视觉与微纳光学两大领域，深刻认识到微纳光学在生命科学研究领域中的巨大价值。9月23日，熵智科技在西安发布自研的超分辨及共聚焦显微成像分析系统。该系统易用、性价比高，相较于国内外显微成像产品，不仅突破了光学成像系统的限制，轻松实现纳米尺度的2D/3D动态图像解析能力，还将共聚焦+超分辨+后处理分析完美融合，软件结合场景模块化。无论新手用户还是专家用户，只需通过一套界面即可获取一流的超高分辨率图像及分析结果。熵智科技超分辨及共聚焦显微成像分析系统工作原理超分辨显微成像分析系统采用结构光照明显微成像术（英文Structured Illumination Microscopy, 简称SIM），突破传统显微镜的阿贝衍射极限，实现生物组织、细胞、神经元等活动样本的快速超分辨率成像，为生命科学、生物工程等领域提供创新的超分辨率成像技术产品，几乎可集成于任何荧光显微镜。共聚焦显微成像分析系统的软硬件均采用模块化设计，硬件集成SIM超分辨模块、软件支持多种后处理功能，从而提供精确的2D/3D成像，以及动态过程的成像。目前，共聚焦和超分辨光路共用了光源准直部分、物镜部分、聚焦成像部分。主要功能超分辨及共聚焦显微成像分析系统视野超10倍扩展，达1mm，拥有精确的多微细胞结构生物显微影像分析功能，实现双光路同时，宽场、共聚焦、超分辨三种模式自由切换。大视野拼图：多种不同的图像获取方式、可实现500um*500um视场上图片进行拼接。图像增强及处理：可对采集到荧光图像进行增益调节、对比度调节、亮度调节以及色阶调节。反卷积处理：在原有采集到图像基础上，对图像数据做实时清晰度优化，达到消除背景噪声，有用信息表达更精准的作用，处理速度10ms以下，速度快；可进一步结合DNN方法，提高应用场景的鲁棒性。特征统计分析：对于识别出的细胞，对其强度、直径、周长等15个属性做数值量化。特征标记分类：可对细胞的特征进行标记和分类。单细胞定量分析：可以准确分割出相互重叠的细胞，精度更高，在专业单细胞识别的基础上，结合深度学习AI算法，可以精确识别互相挤压重叠的细胞核，而且对于细胞轮廓边界识别更加准确。亚细胞结构分析：可以定位某种蛋白或者某个基因表达产物在细胞的具体存在部位，如细胞核，胞浆内，结合AI图像分析方法，以表格和数据统计输出结果。细胞亚群圈选分析：筛选特定的感兴趣细胞亚群，进行了10余种参数分析。特殊细胞/结构识别：提供特殊细胞如脂肪细胞的识别和数量统计。多重荧光染色：实现细胞核、细胞质、细胞膜的各种形态和染色，精确寻找目的细胞及其结构。细胞寻找及跟踪：实现特定细胞的动态识别和跟踪。核心参数激光共聚焦超分辨显微参数配置普通光纤激光器激光405nm、488nm、561nm、640nm扩展HC-PCF激光器920nm探测器 PMT3个；波长：400-750nm，GaAsP最大拍摄速度8fps@512×512像素；2fps@1024×1024像素；4096×4096最高；更多可配置；扫描方式X-Y, X-Y-Z, X-Y-T分辨率250nm in x, y and 550nm in z 共聚焦120 nm in x, y and 320nm in z (488nm wavelength) 超分辨共焦视场Φ18mm-Φ25mm 内接正方形成像深度100μm灵敏度提升4倍相对信噪比 SNR优良级 50dB显微镜电动显微镜奥林巴斯 倒置IX73显微镜，具备明场、微分干涉、荧光等观察方式物镜奥林巴斯或Mitutoyo平场复消色差物镜（防腐蚀陶瓷表面以及红外色差矫正）选型载物台奥林巴斯 电动IX3-SSU 扫描精度优于0.7μm光学放大1.0X；1.5X；3.2X；20X 适配/转换器共聚焦/超分辨率光路切换（电动）、6位电动物镜转换器荧光装置配荧光光阑*相机（lattice）SCMOS，分辨率2048×2048，100fps@全幅面，位深12bit工作站Windows10 Pro 64 bit；硬盘≥1TB；内存16GB软件控制软件：图像采集及2D/3D/4D处理；共聚焦和超分辨配置；*成像分析：细胞自动识别、单细胞定量分析、亚细胞结构分析、细胞亚群圈选分析等防震台频率范围（5～30Hz）：≤30μm/s均方根；频率范围（＞30Hz）： ≤60μm/s均方根增配双光子成像激光生成组件、高速扫描头、前置补偿单元应用场景超分辨及共聚焦显微成像分析系统可应用于基础生物学、临床医学、病毒学、精准药物筛选等领域，为活细胞超分辨率智能成像提供解决方案。基础生物学：皮肤病例研究、类器官培养观察、微生物形态研究、胚胎发育成像、组织结构三维重构。如通过斑马鱼胚胎发育过程的成像，研究血管疾病和血管药物的新兴模型，从而更好解决人类血管疾病；通过光学切片, 确定其复杂的内部结构与组织功能之间的关系。临床医学：细胞形态结构鉴定、病理显微成像、异常细胞跟踪检测、组织形态学观察。利用计算机进行图像处理, 不仅可观察固定的细胞、组织切片, 还可对活细胞的结构、分子等进行实时动态观察和检测。通过它可以直接观测细胞形态学的组织、细胞之间的相互作用、组织微环境、伤口的愈合等成像，有助于了解病理机制，以开发疾病治疗方法从而促进人体健康有重要的意义。病毒学：植物病毒研究、动物病毒研究、医学病毒研究、环境病毒研究、噬菌体研究。采用超分辨技术，可以实现病毒感染细胞及复制、组装、释放等动态过程的研究。药物筛选：药材显微鉴别、载药微粒结构、药物扩散跟踪、制药成型和释药研究、药理药效研究。通过药物筛选确定干预的潜在治疗方法，加速早期药物的研发和确定疾病的模型。利用显微镜观察植（动）物药材内部的细胞、 组织构造，从而达到鉴定药材的目的。选择合适的药物靶分子，针对高分辨率成像的固定样品及活细胞进行分析，从而满足不同实验的需求。关于熵智科技熵智科技是国家级高新技术企业，拥有底层成像系统和算法开发能力，软硬件一体化，致力于通过高性能的成像技术解决机器人柔性化、微纳级检测与测量等问题。熵智科技自2018年成立至今，先后获得字节跳动、拓金资本、松禾资本、远望资本、华控资本等投资。深圳、武汉、西安三地联合办公，目前研发和工程团队70余人，核心技术人员均硕士及以上学历，博士6人。未来，熵智科技将继续深耕微纳光学领域，以更优的产品与服务回馈广大合作伙伴及客户。

纪伟&ensp 受访者供图&ensp 5月中下旬，筹备3个多月、关于高端科研仪器的香山科学会议顺利召开。参与会议筹备的纪伟一回到研究所，就扎进一间偏僻的平房。这里曾是间锅炉房，由于防震条件较好，被改造成精密光学仪器实验室，也是他最常待的地方。纪伟是中国科学院生物物理研究所（以下简称生物物理所）研究员，曾是正高级工程师。通常，这两个职称不会同时出现在一个人身上，但在纪伟身上，工程开发和基础研究兼而有之，二者和谐统一。近日，纪伟获得了第五届中国科学院“科苑名匠”称号。从“慢半拍”到“快半拍”2015年，纪伟再一次错失发表顶刊论文的机会——国际同行抢先一步发表。自2010年博士毕业留所工作后，这样的场景已经出现过很多次。该团队的数据刚整理出来，或文章还在审稿中，国际同行的研究成果就已经发表了。感到十分憋屈的纪伟陷入沉思。他认为，自己的科研思路没问题，团队执行力也很强。多年来，他们团队研制改造的科研仪器，不仅能为生物物理所的研究提供支撑，还能填补国内相关领域的空白。然而，每当这些成果拿到国际舞台上较量，总是慢半拍。“一个重要原因是，我们仪器的关键核心部件需要进口，从有好的科学思路到订购进口零件再到搭建仪器，至少需要半年时间。而国外同行‘近水楼台’，省下了这个时间，于是总领先我们半拍。”纪伟对《中国科学报》说。因此，在工作后的9年中，他只发表了几篇 “小文章”，没有成果在重量级杂志上发表。“要想追上国际同行的速度，就要比他们多想一步、多做一步，争取‘快半拍’。”按照这个标准要求自己，纪伟需要付出更多努力。他主动出击，改进国内生产的光电器件，使其用于生物显微成像领域。比如，他与苏州一家激光器厂家磨合了近10年，终于使该厂家的产品基本取代同类型进口激光器。通过这些努力，纪伟逐渐追回了那半拍。17世纪，荷兰科学家安东尼菲利普斯范列文虎克用自制的显微镜，第一次观察到了单细胞生物，人类从此打开了微生物学的大门。但光学显微镜分辨率因受衍射限制，一直保持在几百纳米，很难突破。直到300多年后的本世纪初，超分辨荧光显微镜才被发明出来，并获得了2014年诺贝尔化学奖，它使人们可以在几十纳米尺度上观察亚细胞结构。不久后，冷冻电镜单颗粒技术又获得2017年诺贝尔化学奖，这两项技术让人们对生命科学的认识有了翻天覆地的变化。然而，这仍不能满足科学家日益增长的对细胞原位生物分子观测的研究需要。“做超分辨显微镜这类高端仪器，对分辨率极限的追求是无止境的。”纪伟说，“生物物理所有个生物大分子国家重点实验室，科研人员从事核酸、蛋白质等生物大分子研究，这些生命活动的基本单元有着复杂精密的组装结构，对分子观察得越清晰，对生命奥秘了解得越深刻。”多年来，纪伟全身心扑到了对显微镜“微”之极限的追求中。进一步突破光学显微镜分辨率与电镜相比，光学显微镜的最大优势是透视能力，如果能精细获取细胞内的三维结构，便能进一步探究其生理病理机制。这不仅可以满足基础科研的需要，也有助于推动临床医学的进步。为了突破光学显微成像极限、实现高端科研仪器自主可控，十几年来，纪伟一直致力于单分子定位成像仪器技术研究。在早期复制出获得诺奖的、分辨率为20纳米的单分子定位显微镜，填补了国内空白后，纪伟发现这个分辨率仍不能满足生命科学研究的需要。“分辨率还能不能进一步提高？”纪伟常常问自己。在中国科学院院士、生物物理所研究员徐涛的指导下，纪伟带领团队向具有更高分辨率的显微镜技术发起挑战。在两年多的攻关过程中，纪伟等人面临的最大难题是单个荧光分子发光时间短，无法满足相机高速成像的要求。团队经过反复讨论与实践，又借鉴爆炸物理实验中的高速摄影策略，最终创造性设计出基于谐振振镜的干涉条纹快速切换成像光路。“这相当于给显微镜装上北斗导航精确定位系统，用几个干涉条纹像‘卫星’一样交叉定位荧光分子，得到高精度的细胞地图。”纪伟说。2019年，这一干涉单分子定位显微镜的研究成果登上《自然-方法》，将基于宽场显微镜的XY方向成像分辨率提升至5纳米以内。后来，他们又将Z方向分辨率也提升至5纳米以内。“在提高分辨率方面，我们做到了事无巨细、极致追求。”纪伟说，团队经过多年努力，终于做到了国际领先，并围绕这些技术申请多项专利，取得了自主知识产权。既是“工程师”又是“研究员”在追求光学显微镜极致分辨率的同时，纪伟带领科研团队双线并行，又在冷冻电镜原位成像方面取得突破。利用冷冻电镜在“原位”观察分子是近几年新兴的发展领域。这就像人类想了解野生动物，在自然中观察远比在动物园中观察更真实、更准确，但前者实现起来往往更加困难。为了实现原位观察，人们发展了冷冻电子断层成像技术，但其电子束只能透过约200纳米的生物样品成像，因此需要对细胞进行减薄处理。这相当于给冷冻电镜配一把锋利的“刀”，用这把“刀”可以从细胞中切出一张薄片，进而实现研究和观察。可是，这把“刀”如何能保证精准切出含有目标分子的薄片呢？经过多年实验研发，纪伟团队为这把“刀”装上了“导航系统”，研发出冷冻荧光导航减薄技术。“茫茫人海中，想找到一个特定的人很难，但如果这个人在夜晚举着火把，我们就能一下子找到他。同样，在细胞内部，想找到特定的分子并进行切片很难，但如果让它发出荧光，我们就能轻松定位，实现精准切片。”纪伟解释说。这项成果又让纪伟多了一项“代表作”。博士毕业至今，他见证着我国高端科研仪器研发从跟跑到并跑，再到部分领跑的过程，更是其中的重要参与者。在此过程中的2020年，是纪伟“打破常规”的一年。从那年起，纪伟的头衔从正高级工程师换成了研究员、课题组长，这意味着，他不仅能够作为研究所科研平台人员为基础科研提供支撑作用，也可以成立课题组，带领团队进行高端科研仪器的自主研发和自由探索。如今，纪伟带领团队正在对已有的显微镜系统进行工程化设计，努力将其打造成稳定易用的产品。前不久结束的香山科学会议让纪伟很是感慨：“与会专家都觉得高端科研仪器的研发到了一个关键节点，今后需要我们一起努力，使产业生态和产业链越来越完善，真正使我国实现科研仪器技术的自主可控。”

近日，科学仪器行业迎来了前所未有的利好消息。2022年9月13日，国务院常务会议决定对部分领域设备更新改造贷款阶段性财政贴息和加大社会服务业信贷支持，政策面向高校、职业院校、医院、中小微企业等九大领域的设备购置和更新改造。贷款总体规模预估为1.7万亿元。 2022年9月28日，财政部、发改委、人民银行、审计署、银保监会五部门联合下发《关于加快部分领域设备更新改造贷款财政贴息工作的通知》（财金〔2022〕99号），对2022年12月31日前新增的10个领域设备更新改造贷款贴息2.5个百分点，期限2年，额度2000亿元以上。因此今年第四季度内更新改造设备的贷款主体实际贷款成本不高于0.7%（加上此前中央财政贴息2.5个百分点）。这两大重磅政策提供极低利息的贷款给消费端提前进行设备购置和更新改造，推动我国仪器市场迎来新一波仪器采购大潮。仪器信息网注意到，10月7日以来，44所高校院所等单位发布的399项采购意向涉及显微镜（包括电子显微镜等），采购预算总额约33亿元。10月份含显微镜（含电子显微镜等）采购意向汇总序号项目名称预算金额(万元)采购单位发布时间预计采购时间查看1分析测试中心冷冻传输系统和冷冻传输样品杆采购项目320北京理工大学10月26日2022年12月意向原文2分析测试中心原位微区气氛系统采购项目290北京理工大学10月26日2022年12月意向原文3真空转移型高分辨场发射扫描电子显微镜560复旦大学10月26日2022年12月意向原文4原位催化型XPS互联高空间分辨表征系统540复旦大学10月26日2022年12月意向原文5高通量介孔储能材料原位电化学聚光镜单球差透射电镜1900复旦大学10月26日2022年12月意向原文6多功能多气氛环境介孔催化剂评价用图像矫正器透射电镜1300复旦大学10月26日2022年12月意向原文7材料加工-原位加热-结构表征双束多功能综合平台360复旦大学10月26日2022年12月意向原文8复杂结构解析及电热功能原位分析高通量-高分辨表征平台580复旦大学10月26日2022年12月意向原文9高分辨热场发射扫描电子显微镜采购242中山大学10月26日2022年11月意向原文10全自动高分辨快速成像系统采购152中山大学10月26日2022年11月意向原文11激光共聚焦显微镜采购260中山大学10月25日2022年11月意向原文12近红外上转化共聚焦显微镜440华中科技大学10月25日2022年11月意向原文13超高分辨激光共聚焦显微镜420华中科技大学10月25日2022年11月意向原文14智能超灵敏活细胞超分辨显微镜450华中科技大学10月25日2022年11月意向原文15西南交通大学高水平公共测试服务平台建设项目采购2900西南交通大学10月25日2022年11月意向原文16（材料型）原子力显微镜150复旦大学10月25日2022年11月意向原文17超高分辨激光共聚焦显微镜520浙江大学10月25日2022年12月意向原文18原位微纳热力分析型聚焦离子束/电子束扫描电镜836上海交通大学10月25日2022年12月意向原文19中国农业科学院蔬菜花卉研究所国家蔬菜种质资源中期库建设项目122中国农业科学院蔬菜花卉研究所10月24日2022年11月意向原文20西南交通大学复杂环境路面材料耐久性能测试系统采购177西南交通大学10月24日2022年11月意向原文21西南交通大学轨道结构材料响应细微观表征分析平台采购120西南交通大学10月24日2022年11月意向原文22西南交通大学扫描电镜能谱一体机采购140西南交通大学10月24日2022年12月意向原文23共聚焦激光扫描显微镜520浙江大学10月24日2022年11月意向原文24多光子共聚焦显微镜350中国科学院宁波材料技术与工程研究所10月24日2022年12月意向原文25双光子显微镜系统300浙江大学10月24日2022年11月意向原文26先进能源学院 场发射扫描电镜200中山大学10月23日2022年11月意向原文27先进能源学院 扫描电化学显微镜130中山大学10月23日2022年11月意向原文28先进能源学院 原子力显微镜100中山大学10月23日2022年11月意向原文29核科学与技术学院+核材料制备装置120兰州大学10月22日2022年12月意向原文30阜外医院医疗设备购置项目20000中国医学科学院阜外医院10月21日2022年11月意向原文31光发射电子显微镜1500南京大学10月21日2022年12月意向原文32冷冻电镜8000南京大学10月21日2022年12月意向原文33球差矫正透射电子显微镜3000南京大学10月21日2022年12月意向原文34场发射高分辨透射电镜800南京大学10月21日2022年12月意向原文35200kV透射电镜350南京大学10月21日2022年12月意向原文36120kV透射电镜600南京大学10月21日2022年12月意向原文37环境扫描电子显微镜420南京大学10月21日2022年12月意向原文38扫描电子显微镜600南京大学10月21日2022年12月意向原文39透射电镜原位纳米力学测试系统190南京大学10月21日2022年12月意向原文40显微镜操作平台250江南大学10月21日2022年12月意向原文41原子力显微镜200南京大学10月20日2022年12月意向原文42高分辨扫描电子显微镜与阴极荧光系统490南京大学10月20日2022年12月意向原文43显微操作系统、倒置显微镜160山东大学10月20日2022年11月意向原文44自动活细胞成像系统180山东大学10月20日2022年11月意向原文45光片显微成像系统580山东大学10月20日2022年11月意向原文46兰州大学现代化工程训练中心项目建设方案（电工电子基础训练及创新中心）——电子产品装配与检测模块68.22兰州大学10月20日2022年11月意向原文47家畜生物学国家重点实验室培育建设项目2098西北农林科技大学10月20日2022年11月意向原文48未来农业研究院平台建设项目1815西北农林科技大学10月20日2022年11月意向原文49超高分辨率活细胞三维长时程成像系统877.5复旦大学10月20日2022年12月意向原文50转盘式激光共聚焦显微镜675复旦大学10月20日2022年12月意向原文51多功能共聚焦显微拉曼成像系统298北京大学10月20日2022年12月意向原文52CSU转盘式扫描高速共聚焦成像380华南理工大学10月20日2022年11月意向原文53粤港澳中枢神经再生研究院科研设备121.5暨南大学10月20日2022年12月意向原文54快速扫描电子显微镜500上海交通大学10月20日2022年11月意向原文55电子探针系统600中山大学10月19日2022年11月意向原文56低能电子成像系统880中山大学10月19日2022年11月意向原文57场发射扫描电镜350中山大学10月19日2022年11月意向原文58场发射透射电镜1000中山大学10月19日2022年11月意向原文59拉曼-原子力显微镜联用系统200中山大学10月19日2022年11月意向原文60光子技术研究院科研设备987.7暨南大学10月19日2022年12月意向原文61基础医学与公共卫生学院科研设备429暨南大学10月19日2022年12月意向原文62场发射透射电子显微镜800湖南大学10月19日2022年11月意向原文63化学本科实验教学分析表征平台仪器设备购置664兰州大学10月19日2022年11月意向原文64药学实验教学中心升级改革——倒置荧光显微镜27浙江大学10月19日2022年12月意向原文65双球差矫正透射电子显微镜、场发射透射电镜2900北京大学10月19日2022年12月意向原文66材料科学与工程教学实验室规划、改造与建设630华北电力大学10月19日2022年11月意向原文67科研设备更新改造专项-场发射透射电子显微镜900中山大学10月19日2022年12月意向原文68中山医学院荧光显微镜(3台）采购105中山大学10月19日2022年11月意向原文69科研设备更新改造专项-聚焦离子束双束电子显微镜790中山大学10月19日2022年12月意向原文70电能转换与智慧用电教育部工程研究中心实验平台建设1889华北电力大学10月19日2022年12月意向原文71新能源电力系统国家重点实验室仪器设备升级更新项目7242华北电力大学10月19日2022年12月意向原文72国家储能技术产教融合创新平台5000华北电力大学10月19日2022年12月意向原文73新能源发电国家工程研究中心平台建设与设备更新4000华北电力大学10月19日2022年12月意向原文74氢能科学与工程学科及高水平科研平台建设5037华北电力大学10月19日2022年12月意向原文75低碳能源系统功能新材料开发与微纳制造平台4992华北电力大学10月19日2022年12月意向原文76清洁高效燃煤发电关键技术与装备集成攻关大平台4272华北电力大学10月19日2022年12月意向原文77新能源高效转换与特性研究4400华北电力大学10月19日2022年12月意向原文78水利工程学科科学研究706.6华北电力大学10月19日2022年12月意向原文79多维度单分子超分辨表征系统125微结构加工与成像系统138浙江大学10月17日2022年10月意向原文126tirf全内返荧光显微镜180江南大学10月17日2023年6月

GE Healthcare旗下Applied Precision公司（API）出品的DeltaVision OMX Blaze&trade 超高分辨率显微镜融合了专利的结构照明模块和最先进的高速成像技术，突破了光学显微镜无法逾越的空间和时间上的极限，为我们揭开了一个从未看到过的动态的活体细胞内部世界。因此，它也被生物通等各大国内知名生物网站评为&ldquo 2011生命科学十大创新产品&rdquo 之一。 据GE Healthcare的产品专家介绍，传统光学显微镜存在无法逾越的空间和时间上的技术极限，因为光穿过界面时达到一定入射角度（布儒斯特角）会发生衍射，光和信息（分辨率）无法穿过界面。这一技术极限限制了传统显微镜所能看到的物体的分辨率。而DeltaVision OMX Blaze系统具有空间上的超高分辨率和时间上的超高分辨率。空间分辨率是激光共聚焦显微镜的8倍，时间分辨率可以达到400帧/秒。为观察超微观的生物学结构和超快速的生物学过程提供了最新的工具。 这种超高分辨率意味着可以观察到原来无法观察的生物学现象，提供新的实验解决方案，并在更深的层次上提出新的生物学问题。 在超高分辨率显微镜下，已经观察到单个微管和微丝，病毒等以前从未能在光学显微镜下观察的样品也都清晰可见。原来在激光共聚焦显微镜下难以分辨的生物大分子复合体，如蛋白质和DNA的相互作用，蛋白质和RNA的相互作用，均可借助超高分辨率显微镜得到观察。原来快速的生物学过程，如神经突触末端囊泡的释放，细胞内蛋白的超快速运动，在超高分辨率显微镜下也得到了完整的呈现 . 之前，加州大学戴维斯分校生物光子学科学技术中心（CBST）的科研人员使用这台仪器首次对活的肿瘤细胞内部的纳米尺寸的区室运动进行了成像。Hsing-Jien Kung教授认为：&ldquo 高分辨率、活细胞成像技术的开发可以让我们加快对这种难以捉摸的过程的理解，为自体吞噬调控剂的开发铺平了道路。&rdquo 大家可能还不太熟悉，其实Applied Precision公司在专业成像领域非常知名，一直致力于高端显微系统的设计和制造。目前产品集中在两块，一块是超高分辨率显微镜，如DeltaVision OMX，另外一块是高端活细胞成像显微镜，包括DeltaVision Elite和DeltaVision Monet，在性能、成像速度、系统的稳定性上都是目前世界上最好的活细胞成像系统。目前在国内已经得到了清华大学、北京大学、中国科学院生物物理所、中国科学院遗传发育研究所等客户的认可和肯定。去年4月，GE Healthcare收购了该公司.

布鲁克公司近日宣布收购纳米光子公司（Nanophoton Corporation）。Nanophoton 公司总部位于大阪，提供广泛的先进拉曼显微镜产品组合，主要服务于日本的学术和工业研究客户。此次收购填补了布鲁克公司分子显微镜产品组合的空白，布鲁克公司期待在全球范围内为生命科学、生物制药、先进材料、半导体和聚合物领域的研究与开发提供快速、灵活和灵敏的 Nanophoton 拉曼显微镜系统。Nanophoton 提供各种先进的拉曼显微镜系统，这些系统具有超高的速度、灵敏度和空间分辨率，并结合用户友好的工作流程设计，可为用户带来卓越的使用体验，从而增强了布鲁克光学部门的分子显微镜产品组合。其应用包括检测先进的半导体和纳米材料、电池、有机和液晶显示器、纳米碳材料、识别有机成分、绘制片剂中活性药物成分和辅料的分布图以及组织中疾病模式的临床研究。Nanophoton RAMANtouch™ 高速拉曼显微镜可同时测量 400 个高质量拉曼光谱，实现高分辨率光谱成像（图片：Business Wire）纳米光子公司创始人、首席执行官 Satoshi Kawata 教授评论说： "我们最近刚刚庆祝了 Nanophoton 成立 20 周年，很高兴能与布鲁克公司一起翻开我们历史的新篇章。布鲁克公司是 Nanophoton 理想的合作伙伴，它将加速我们的发展，将我们独特的拉曼系统带给全球客户，并共同开发无与伦比的拉曼成像技术。布鲁克光学部总裁 Andreas Kamlowski 博士补充说："我们热烈欢迎 Nanophoton 团队加入布鲁克公司，并对他们在拉曼显微镜创新方面的杰出业绩和专业知识表示认可。我们期待着这一新的机遇，在全球支持下为我们的全球研究客户带来与众不同的 Nanophoton 拉曼成像系统。交易的财务条款没有披露。2023 年，Nanophoton 公司的收入约为 500 万美元，接近盈亏平衡。关于纳米光子Nanophoton 公司成立于 2003 年，是全球唯一一家拉曼显微镜专业制造商。Nanophoton公司开发、制造并销售了独特的激光扫描拉曼显微镜，包括可将测量时间缩短数百倍的线照共焦拉曼显微镜，以及采用基于随机过程和信息理论的独特光束扫描方法的拉曼显微镜。Nanophoton 已实现商业化的其他产品包括深紫外拉曼显微镜、30 厘米晶片拉曼显微镜和长焦距成像拉曼显微镜。公司还销售独特的光学元件，如斑点减弱器和径向/方位偏振器。Nanophoton 公司得到了许多客户的大力支持，尤其是日本和韩国客户。关于布鲁克公司布鲁克公司帮助科学家们取得突破性发现，并开发出提高人类生活质量的新应用。布鲁克公司的高性能科学仪器和高价值分析诊断解决方案使科学家们能够在分子、细胞和微观层面探索生命和材料。通过与客户的密切合作，布鲁克公司在生命科学分子和细胞生物学研究、应用和制药、显微镜和纳米分析以及工业应用等领域实现了创新，提高了生产力，并帮助客户取得了成功。布鲁克公司在临床前成像、临床表型组学研究、蛋白质组学和多组学、空间和单细胞生物学、功能结构和凝集生物学以及临床微生物学和分子诊断等领域提供差异化、高价值的生命科学和诊断系统及解决方案。延伸阅读：Nanophoton开启全球化进程中国拉曼阵营再添一员——访Nanophoton总裁兼CEO Michael B. Verst先生

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。

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。

p style=" text-align: center " 　　 img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/ac8312f3-7576-4030-9e53-535bb0a1b2a7.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" style=" text-align: center " / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(127, 127, 127) " 科研人员正利用双光子-STED显微镜观察样品 /span br/ /p p 　　“现在做生物的，都盯着《科学》《自然》，仪器只要求用最好的，眼里没有国产进口之分 做医生的，更是绝对不希望因为仪器而延误病人的诊治。可大家传统观念里都觉得，国产仪器不好用。国产要真正替代进口，面临着很大压力，这怎么破?” /p p 　　浙江大学教授王平抛出的这个问题，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所(以下简称苏州医工所)想要给出答案。12月26日，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， strong 标志着我国具备了高端超分辨光学显微镜的研制能力。 /strong /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 白天不懂夜的黑 /span /strong /p p 　　在当今生物学和基础医学研究中，高/超分辨光学显微镜的作用是至关重要的，尤其是10~100纳米尺度的超分辨显微光学成像，更是取得原创性研究成果的重要手段。 /p p 　　例如，在微生物学研究中，科学家通过对微生物活体动态进行超微观测，能够揭示许多重要的生命现象 在神经生物学领域，科学家需要动态观察神经突触的形成和变化，以揭示高级神经活动及神经病变的亚细胞结构功能 而在医学领域，更需要依赖超分辨光学显微镜去观察病毒入侵细胞的机制等。 /p p 　　然而，光学专家和生物学家之间，却似乎一直有一条看不见的鸿沟。 /p p 　　这种割裂，苏州医工所所长唐玉国有着切身体会。在来苏州之前，他在中科院长春光学精密机械与物理研究所工作多年。他坦言，“ strong 以前我们做光学的就是埋头做自己的，并不懂生物学家对高端显微镜有多么渴求 /strong 。” /p p 　　苏州医工所是中科院唯一一家以生物医学仪器、试剂和生物材料为主要研发方向的研究所，在与大量生物领域专家接触后，唐玉国意识到，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。 /p p 　　但现状是， strong 我国虽然是显微镜消费大国，但自己只能生产中低端产品，高端仪器基本依赖于进口，这已经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研究 /strong 。 /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 鱼与熊掌如何兼得? /span /strong /p p 　　历时5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，并 strong 研制出了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 /strong 。 /p p 　　以双光子-STED显微镜为例，它将双光子显微技术和STED显微技术有机融合在一起，不仅能对较厚的样品进行深层成像，还能对感兴趣的区域进行超高分辨成像。 /p p 　　“双光子和STED两种显微镜市场上都已经有仪器销售了，但它们都有着自己的优缺点，双光子显微镜能看到样本中深层结构，但看不了尺度100纳米以内的细节结构 而STED显微镜成像分辨率能达到50纳米，但成像深度很浅。”苏州医工所研究员张运海说。 /p p 　　张运海告诉《中国科学报》，在一些脑科学研究中，经常需要看一些比较厚的脑切片结构，如果用两台显微镜分别观察深层结构和100纳米以内的细节结构，需把样品从一台显微镜挪动到另一台显微镜，就找不到原来观察的位置了。“通过这台双光子-STED显微镜，科学家就可以方便地观察深层结构和表层感兴趣区域的精细结构。” /p p 　　此外，研究所还通过该项目，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，有望为用户提供定制化的显微镜设备，为我国高端光学显微镜的发展提供了系统解决方案。 /p p 　　 strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 从进口到出口 /span /strong /p p 　　中科院院士柴之芳对这几台高端显微镜的诞生感到很欣慰，他希望这些仪器能够尽快实现产业化，不仅助力科学研究，最终还能在临床上得到应用，在一定程度上替代国外的产品。 /p p 　　实际上，项目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，并已取得了部分成果。 /p p 　　比如，中科院动物研究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。中科院上海药物研究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、我国陆军军医大学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。 /p p 　　此外，显微镜和关键部件已有部分成果实现了出口销售。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。 /p p 　　验收专家组认为，项目组完成的四类高端光学显微镜，以及大数值孔径显微物镜、特种光源等核心部件，所有技术指标均达到实施方案规定的考核指标要求，四类超分辨显微成像系统均已达到实用化水平、完成了总体目标，同意通过验收。 /p p 　　但唐玉国直言， strong 高端显微镜的国产化道路并不是一蹴而就的 /strong 。他透露， strong 研究所下一步还将结合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 /strong ，通过系列化、组合化的产品布局，实现显微镜系统和核心部件的工程化、产业化。“接下来我们要把显微镜的性能再提高几个百分点，一点点地把失去的阵地拿回来。” /p

进入21世纪，脑科学领域受到越来越多的关注。脑科学研究的不断发展，让人类得以探索脑的基本工作原理，发现脑疾病的治疗新策略，为人类认知、学习、记忆、情感、行为等方面的理解提供基础支持。对脑科学家而言，观测神经元结构与功能是脑研究最重要的步骤之一。其中，多光子显微成像技术是进行活体深层成像的主要工具。7月底举办的中国神经科学学会第十六届全国学术会议上，复旦大学脑科学转化研究院的李博团队与工程与应用技术研究院（以下简称“工研院”）的董必勤团队，同蔡司联合推出一款中国自主创新研发的产品——DeepVision多光子成像与全息光刺激系统，致力于为活体深层组织成像提供多样化的解决方案。该系统采用多光子荧光激发技术，能够实现对深层组织的高分辨率成像，并配合全息光刺激技术，实现了对神经元的精确控制和调控，是神经科学、肿瘤免疫和药物代谢等研究领域的理想显微成像平台，将为脑科学研究和生命科学研究提供更精准和全面的观察方法。DeepVision多光子成像与全息光刺激系统（图片来源于复旦大学公众号）据董必勤介绍，市场上现有的高端科研显微镜基本由海外公司垄断，国内多光子成像市场空白，需长期引入海外公司的设备。这些设备大多是整机设计，各个部件无法定制细节。大脑是不透明的，目前的光学成像技术局限于观测最表面的皮层结构，光在组织中会产生强烈的散射，因此光学成像很难深入表皮直达内部，而多光子显微镜能够弥补光的这一短板。现有的多光子显微镜视野小、样品空间有限以及对新技术的兼容性低，已经很难满足生物医学前沿研究的需求。基于此，李博和董必勤团队决心研发一套全新设计的多光子显微镜。这款由模块化设计搭建起来的多光子显微镜，将各种各样具体的前沿技术做成一个个模块，在后期根据需求把这些模块拼装在一起组成整机，可以避免受制于光学系统复杂的整体性。李博介绍，大部分实验室需要双光子机型对脑部做浅层扫描，但也有相当一部分需要三光子机型的深层成像。多光子显微镜的模块化设计灵活，兼顾了实验室科研和市场需求。团队分别在双光子和三光子两个机型基础之上，在全息光刺激、载物台空间、多脑区成像等模块进行技术升级，并最终组建符合客户订单需求的成品。应用方面，除可用于脑部研究，该仪器在生命科学和医疗卫生领域的一些研究中也高度适用，例如观察肿瘤、胚胎或皮肤深层细胞以及扫描植物样品。此外还可广泛应用于材料、化学、物理等多个领域，帮助人们深入材料表层，观察内部结构细节。据了解，研究团队与蔡司合作，蔡司负责DeepVision多光子成像与全息光刺激系统的销售和售后工作，同时也会在产品搭建过程中根据客户需求提出建议，而核心研发工作由复旦大学科研团队主导。目前团队在攻克核心部件的生产技术，董必勤还在积极寻找多光子显微镜的关键零部件国产可替代品。写在最后：看到这个产品的推出，笔者脑中跳出一句话：国产高端光学显微镜的队伍又壮大了。曾有技术工作者告诉笔者，近几年在国家科研仪器专项的支持下，我国科研仪器行业迅猛发展，特别是高端显微镜研制已渐入佳境，近几年更是研究出了有自己特点的高端双光子显微镜。中国科学院苏州医工所推出的“中科希莱”品牌高速双光子荧光显微镜深入研究并掌握了基于12kHz共振扫描器和磷砷化镓探测器的高速高灵敏度在体双光子成像技术，开发了专用于生物在体成像的高速高分辨双光子显微镜系统，实现了深表层和高速神经功能成像，并能与电生理、光遗传等常用生理仪器完全同步联合运作；北京大学程和平院士牵头研发的微型化双光子活体成像技术的出现，使目前最新神经科学需要的针对清醒动物的功能研究实验得以实现，其核心技术 2.2 克可佩戴式微型化双光子荧光显微镜，在国际上首次获取了小鼠自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰稳定的图像。如今DeepVision多光子成像与全息光刺激系统的推出，对于脑科学和神经科学研究工作无疑又是一则好消息。

成果名称 超小型在体荧光显微镜系统的研制 单位名称 北京大学 联系人 马靖 联系邮箱 mj@labpku.com 成果成熟度 □研发阶段 &radic 原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产 成果简介： 荧光显微镜技术是生物学和医学的重要研究手段，随着生物技术中荧光分子标记物的大量涌现，荧光显微镜技术在观察细胞活动方面日益显现出重要的作用。然而，传统意义上荧光显微镜是一种大尺寸和高费用的设备，很难实现对自由活动动物进行大脑神经活动成像研究，这大大制约了科学家对生物科学的中心问题&mdash &mdash &ldquo 行为的神经环路基础&rdquo 进行深入研究的可能。 北京大学生命科学学院张晨课题组运用微集成技术结合神经科学、微光学和半导体光电学等技术，研制了一种具有完全自主知识产权的可用于自由活动动物的&ldquo 超小型在体荧光显微镜系统&rdquo ，实现了在单个神经细胞分辨率水平高速追踪神经传导，并对清醒、自由运动的动物进行大脑神经环路活动实时探测的功能，从而使得对动物自由行为时大脑神经网络的研究成为可能。这项工作获得了第四期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的支持。在基金的有力支持下，申请人完成了关键配件的购置和重要材料的加工，其工作得以顺利开展，克服了镜体小型化、CMOS芯片和光学胶合病毒粒子的封装等关键技术瓶颈，取得了良好的成果。目前该项目已顺利结题，并有多项专利申请，其成果获得第七届北京大学实验技术成果一等奖，相关工作处于产业化进程中。 应用前景： 荧光显微镜技术是生物学和医学的重要研究手段，随着生物技术中荧光分子标记物的大量涌现，荧光显微镜技术在观察细胞活动方面日益显现出重要的作用，应用前景广阔。

iMScope QT保留岛津质谱成像的高空间分辨率和光学显微镜融合特点的同时，连接 LCMS-9030，以MALDI-Q-TOF提高成像速度和灵敏度。iMScope QT还可以把显微镜-MALDI单元简单地分离和组装，实现了一台仪器多用途使用，从而完成定性，定量，定位的整体流程。iMScope QT 主要特点：显微镜观察和质谱成像分析的融合。高分辨率光学显微镜完美地融合在成像质谱仪，可对微小区域进行观察和分析，通过叠加光学显微镜图和质谱成像图，更准确地进行定位。高空间分辨率，高速，高精度，高效率的成像分析。使用5 μm空间分辨率，20,000 Hz的激光频率，结合LCMS-9030的快速检测系统，成像分析速度可达到50像素/秒，分析100 x 100像素的图像仅需数分钟即可完成。LCMS-9030高性能的MS/MS分析，可快速提供目标分子的结构信息和高特异性成像数据。一台质谱即可获得LC-MS的定性、定量信息和质谱成像的位置信息。iMScope QT成像单元和LCMS-9030质谱单元可以组装和分离，轻松实现质谱成像分析和LC-Q TOF定性定量分析的切换，同时满足定量成像分析的需求。?创新点：1.光学显微镜和质谱仪精准融合，可分析亚细胞水平的5um高空间分辨率图像 2.激光频率为20kHz,质谱仪的MS、MS/MS扫描速度均为100Hz，整体的成像速度可达50像素/秒以上 3.成像单元可简单移动分开和组装使用，可实现质谱成像分析和LC-QTOF定性定量分析的兼用系统 4.后端质谱仪为 Q TOF型LCMS-9030，提高了质谱检测灵敏度 成像质谱显微镜

2014年7月28日，布鲁克宣布已经收购了Vutara公司，Vutara是一家提供应用于生命科学领域的高速、三维(3D)、超分辨率的荧光显微镜产品技术的公司。交易的细节尚未公布。2014 年Vutaras收入预计约为200万美元。 　　通过在现有的多光子、快速、多点扫描共焦荧光显微镜和高性能的原子力显微镜产品线中增加超分辨率和单分子定位(SML) 显微镜产品，进一步加强了布鲁克生物显微镜业务。 　　&ldquo 超分辨率显微技术正逐渐成为客户的重要需求之一，而将Vutara的高速、三维(3D)、超分辨率荧光显微镜系统与我们的多光子多点扫描光学显微镜技术整合为科研领域带来了巨大好处，&rdquo 布鲁克MAT集团总裁Mark R. Munch博士说。&ldquo 在保证易用性的同时，实现了视频速率的时间分辨率、更高的空间分辨率，对于这个快速增长的领域来说是一个相当大的刺激，而这正是vutara给布鲁克客户带来的专有技术。&rdquo 　　&ldquo 布鲁克在生命科学研究领域的突出表现将进一步促进我们超高分辨率显微镜的应用，&rdquo Vutara的CEO Stan Kanarowski说到，&ldquo 此外，和布鲁克的结合将促进细胞和神经生物学研究产品的创新发展。&rdquo （编译：刘丰秋）

一台简单的倒置荧光显微镜，搭配CSIM 100单点扫描模块，就可以快速升级为共聚焦成像系统，实现高分辨率共聚焦成像。 对，是共聚焦，您没有看错！让您实验室的显微镜大-变-身！轻松获取高端大气上档次的照片！快来看看是如何实现的吧！ CSIM 100是一款单点扫描模式的共聚焦产品，可通过C接口与任意品牌的荧光显微镜连接，将原有的宽场荧光成像方式升级为共聚焦成像方式，全面提升成像质量。Coherent OBIS激光器使用相干公司OBIS LX系列激光器，相比于普通的半导体激光器，在波长稳定性、功率稳定性、光束质量上有明显优势。可提供高质量、高品质的光源。优点：最多可同时配置4个激光器固体或半导体激光器长寿命，可达10000小时稳定性好，8小时功率变化＜2%即开即用，操作方便Hamamatsu滨松PMT使用目前的新一代高性能产品：R10699多碱PMT，相比国外品牌的上一代共聚焦产品使用的R928，灵敏度提高超过一倍。可升级为磷砷hua镓（GaAsP），进一步提高了图像的信噪比： GaAsP 的量子效率达到45%。优点：高性能多碱PMT*光谱响应范围185nm~900nmQE 25%@500nm20%@600nm* 可升级为GaAsPSunny XY高速扫描振镜搭载Sunny XY高速扫描振镜后，单向扫描512*512成像速度可达4fps，适用于多细胞大视野的检测应用。*已经为zeiss OCT项目供货。优点：响应时间快重复精度高发热量低温度漂移小其它配件共聚焦/宽场切换接口接口可同时连接共聚焦和相机，可自由选择共聚焦成像或相机成像电动Z轴马达使手动显微镜实现自动调焦功能，实现XYZ三维扫描软件功能全中文界面，简单易用全软件控制完成多维图像采集，实现多通道扫描、时间序列和Z轴序列成像可在用户自定义的ROI(感兴趣区域）内进行成像、光漂白和光刺激全软件控制数据记录，支持成像参数管理导出支持多种图像输出格式

据美国物理学家组织网近日报道，美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校物理学家开发出一种新型X光显微镜，不仅能透视材料内部结构，而且洞察之细微达到了纳米水平。该显微镜有助于开发更小的数据存储设备，探测物质化学成分，拍摄生物组织结构等。研究论文发表在《美国国家科学院院刊》上。 　　X光纳米显微镜不是通过透镜成像，而是靠强大的算法程序计算成像。“这种数学运算方法相当复杂，其原理有点像哈勃太空望远镜，就是让最初看到的模糊图像变得清晰鲜明。”领导该研究的加州大学圣地亚哥分校副教授奥里格夏佩克解释说，X光探测到物质的纳米结构后，会生成衍射图案，计算机按照运算法则将这种衍射图案转化为可辨认的精细图像。 　　为了测试显微镜透视物体的能力和分辨率，研究小组用钆和铁元素制作了一种层状膜。目前信息技术行业多用这种膜来开发高容高速、更微小的内存设备和磁盘驱动器。 　　“这两种都是磁性材料，如果结合成一体，就会自然地形成纳米磁畴。”夏佩克说，在显微镜下面，能看到它们形成的磁条纹。层状的钆铁膜看起来就像一块千层酥，层层褶皱形成了一系列的磁畴，就好像一圈圈指纹的凸起。 　　“这还是第一次能在纳米尺度观察到磁畴，而且不需要任何透镜。”夏佩克解释说，这对开发更小的数据存储设备非常关键，磁比特可以做得更小，也就是说让磁纹变得更细，从而开发出磁畴更小的材料，就能在更小的空间里储存更多数据。 　　“在目前的磁盘表面上，1个磁比特约15纳米大小。我们的显微镜能直接拍摄到比特位，这对拓展未来的数据存储能力打开了新空间。”论文合著者、该校电学与计算机工程教授、磁记录研究中心的埃里克富勒顿说。 　　此外，该显微镜还能用于其他领域。通过调节X光的能量，还能用它来观察材料内部有哪些元素，这在化学上是非常重要的。在生物学领域，用X光给病毒、细胞及各种不同的组织拍照，要比用可见光拍出来的效果好得多。 　　夏佩克说，在计算机工程领域，我们希望能以可控的方式造出新型磁性材料和数据存储设备 在生物和化学领域，能在纳米水平操控物质。要达到这些目标要求，必须从纳米水平理解材料的性质，而X光显微技术让人们真正在纳米水平看到了物质内部。

p 　　对于刚刚过去的2017年，先进显微技术领域实现了诸多发展，这些技术包括共聚焦、多光子、光片荧光和其他超分辨率技术等。该领域市场营业额的持续增长得益于创新技术的不断推出以及相关企业新伙伴关系的建立。根据SDI近期报告内容，列举部分近来先进显微领域相关主流企业的技术进展及业务开展情况。 /p p style=" text-align: center" img style=" width: 456px height: 300px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/39d5f273-556a-4f5e-8943-7ee8ba79f3b9.jpg" title=" 1.jpg" height=" 300" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 456" / /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 创新技术篇 /strong /span /p p 　　 strong 布鲁克公司(Bruker)收购Luxendo公司扩大对光学显微镜的投资 /strong ——2017年5月份，布鲁克公司收购了从欧洲分子生物学实验室(EMBL)中拆分出来的Luxendo公司，该公司开发出了一种基于片光源荧光的低光敏活性系统——单平面照度显微镜(SPIM)。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/6c2ce3c4-e09d-4be8-af10-7060acfa67ed.jpg" title=" 0.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 低光敏活性技术 /strong /p p 　　SPIM技术配备了两个sCMOS相机，均基于反向光学设置，能够在多达八种不同的波长下定制激光照明。与普通激光扫描共焦显微镜相比，该方法的优点在于大大减少了采样时间和光敏活性，从而减少对活体标本的破坏性的副作用。SPIM显微镜将扩大布鲁克公司现有的扫频共焦显微镜、超分辨率显微镜和多光子荧光显微镜等产品的投资，表明布鲁克将对显微镜产品进行更新换代，对面向活细胞成像和超分辨率显微镜等应用的新型光学技术领域拓展。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/7b3d8b1a-0cf4-4563-904d-373d44f751d4.jpg" title=" 2.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　 strong 　Cytation& #8482 1细胞成像多功能检测系统 /strong /p p 　　 strong 美国伯腾仪器(BioTek Instruments)推出细胞成像多功能检测系统 /strong ——Cytation& #8482 1细胞成像多功能检测系统结合了荧光和高对比度的明场成像，与常规数字显微成像设备相比无需复杂操作，易于维护，是大多数科研实验室预算范围内可以配备的成像检测系统。这种专利技术的设计，可为细胞学研究分析同时提供给大量的细胞表型分析数据以及基于孔板的定量数据。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/2526a30c-da74-476d-b57c-9fcbc6f59c9e.jpg" title=" 3.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　 strong 　微球透镜超分辨成像系统 /strong /p p 　　 strong Nanopsis公司推出了超分辨率微球放大镜(SMAL)光学纳米镜 /strong ——SMAL可以作为超分辨率显微镜的低成本替代品，SMAL可将白光光学显微镜的覆盖范围扩大到光的衍射极限(200nm)，并达到超分辨率。其微球面透镜专利使白光毫微秒示波器能够解决50nm尺寸的横向特征。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/e6bc2d12-9442-44de-935b-0f0963b5a045.jpg" title=" 4.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 生物显微镜物镜CFI90 20XC Glyc /strong /p p 　　 strong 尼康推出生物显微镜物镜CFI90 20XC Glyc /strong ——CFI90 20XC Glyc可支持全脑成像的观察长度：从90mm(大视场)到8.2mm(超长工作距离)。不仅在高分辨率下提供了深度成像功能，而且其大视野也提高了大型组织样品的成像质量。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/noimg/faeb6d1d-bc3a-4573-bc1e-61ea5e3d1f40.jpg" title=" 5.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 牛津仪器推出高速共聚焦成像平台Dragonfly /strong /p p 　　 strong 牛津仪器推出高速共聚焦成像平台Dragonfly /strong ——Dragonfly采集速度比普通点扫描共聚焦技术快20倍，并且可以在双波长下操作。 (据SDI报告中的数据，37%的研究人员在科研过程中使用2个激光/波长。) /p p style=" text-align: center" img style=" width: 582px height: 300px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/30b40c50-e465-4b5a-8eea-c344238c265b.jpg" title=" 6.jpg" height=" 300" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 582" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 徕卡LeicaDM6 M LIBS /strong /p p 　　 strong 徕卡推出的DM6 LIBS显微镜 /strong ——该产品将目视检验和定性化学检验组合在一个工作步骤中，与使用传统 SEM/EDS 检验相比，测定微观结构成分的时间可节省 90%。集成激光光谱功能可在一秒钟内针对显微镜中看到的材料结构提供准确的化学元素图谱。无需进行样品制备和转移。 /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 企业合作篇 /strong /span /p p 　　为保证其显微镜业务竞争优势，赛默飞采取了不同的策略。由于2016年收购了FEI，该公司显微镜业务得到迅速发展。分析仪器的收入在2017年第二季度增长46.8%，在第三季度增长32.5%。因此，除了在生命科学仪器领域继续保持强大影响力之外，赛默飞已俨然成为世界十大分析仪器公司之一。另外，去年年底，赛默飞宣布收购台式电镜公司Phenom-World。2017年的最后几个月，形成了战略合作伙伴关系，以推进多项相关研发技术。 /p p 　　DataDirect Networks宣布与Gatan合作，实现双方在数据存储平台和高性能相机方面的强强专业技术结合。 /p p 　　作为世界上最大的显微镜供应商之一，徕卡与加拿大的CHU Sainte-Justine研究中心已合作，并在蒙特利尔建立显微镜工厂。 /p p 　　此外，徕卡、赛默飞和蔡司三家公司将共同为欧洲分子生物学实验室(EMBL)提供相当于1000万欧元的资金，该实验室成像技术中心计划于2021年开放。该中心将致力于先进显微镜，包括相关的光学和电子显微镜，并同时向EMBL和访问科学家开放。 /p p 　　除了EMBL技术中心之外，蔡司还在10月份与Xnovo签署了独家战略合作协议。合作旨在建立并扩展一个从多晶样品中无损获取3D晶体信息的模块系统。 /p p 　　随着先进显微市场的不断发展，科研工作者在品牌和技术方面将拥有比以往更多的选择。然而，一些实力企业仍占据整体市场大部分份额。据SDI报告显示，徕卡和蔡司是先进显微镜领域的主要市场占有者，两者全球整体市场份额超过50%。 /p p 　　正如报告所描述的，显微镜市场仍然是一个技术不断发展的领域。对于显微镜生产商，无论是市场领导者，还是希望拓展更大的市场领域，只要找到市场的增长点所在，发掘如何通过新产品、新技术满足科研工作者未满足的需求，终将有所收获。 /p

蔡司公司近日公布了2012/13财年的业务报告。蔡司在2012/13财年获得历史最高的收入，41.90亿欧元(去年同期：41.63亿欧元)，利润为3.35亿欧元(息税前利润)(去年同期：4.20亿欧元)，报告显示，蔡司在高速发展的经济体如中国和印度等增长迅速，而各业务中，工业计量业务成为蔡司的主要增长点。蔡司的显微镜业务本年度出现了下滑，原因是由于政府和公共部门投资的减少，为了可持续地减少对政府采购的依赖，蔡司显微镜业务部门将专注于扩大显微镜系统在工业领域的业务。 　　在中国，印度和拉丁美洲获得高增长 　　蔡司81%的收入来自直接销售(去年同期：79%)，19%左右来自合作伙伴(去年同期：21%)。公司85%的业务来自德国以外(去年同期：85%)。在高速发展的经济体，如中国，印度和拉丁美洲，蔡司获得了特别高的增长，收入增加了11%。 　　在亚洲/太平洋地区(APAC)地区的营收增长了6%(货币调整后)，达到7.96亿欧元(去年同期：欧元7.82亿)，在美洲地区的营收总额为11.27亿欧元(去年同期：10.86十亿欧元)，增加了百分之五(货币调整后)。 　　蔡司在欧洲，中东和非洲的经济区(EMEA)实现了2%的业务增长。总收入为14.52亿欧元(去年同期：14.26亿欧元) ，其中包括德国的5.12亿欧元，同比增长百分之五(去年同期：4.87亿欧元)。 　　有针对性的收购面向未来的技术 　　在2012/13财政年度，蔡司还通过对面向未来的技术有针对性的收购扩大了其产品组合，其中一个重要的投资是收购三维X射线显微镜制造商Xradia公司。通过此次收购，蔡司正在扩大其显微业务，并满足多式联运显微镜成像技术日益增长的需求。X射线显微镜将补充ZEISS光学显微镜和电子显微镜产品组合，使蔡司能提供材料和生命科学的交叉技术应用解决方案。 　　随着收购的三维在线测量解决方案供应商HGV Vosseler公司，蔡司增强了作为汽车行业解决方案供应商的地位，并在过程控制和车身结构检查领域扩充了产品线。 　　此外，蔡司收购了专门从事光电，并行数据处理和超精密工程的KLEO Halbleitertechnik公司60%的股权。蔡司这次收购是对面向未来的用于电子产品的生产制造过程的激光直写技术的投资。 　　研究与开发支出进一步增加 　　蔡司在2012/13财政年度投资4.11亿欧元用于其研究和开发活动，相当于大约10%的收入，并比去年同期(去年同期：3.90亿欧元，9%的收入)增加了5%。 　　蔡司集团研究及开发部门共有2,685名员工，相当于员工总数的约11% (去年同期：2,474名员工 百分之十)。为研发新技术和解决方案，蔡司建立了包括全球的一些知名大学和研究机构的网络。截至报告发布之日，蔡司在全球拥有5,863项专利，在22012/13财政年度申请了421项新专利(去年同期：396)。 　　在2012/13财政年度各业务部门的发展 　　半导体制造技术业务部门仍面临下滑的市场，收入9.34亿欧元，比去年同期下降了不到百分之三(去年同期：9.67亿欧元)。在2013年，下半年市场有略微的复苏，但半导体制造技术部门面临的最大挑战是面向未来的极紫外(EUV)光刻微芯片生产技术在稳定量产方面的进展。可用于量产芯片的EUV技术预计于2015/16财政年度推出。 　　在2012/13财政年度工业计量事业群增加7%收入，共5.28亿欧元(去年同期：4.95亿欧元)。工业计量业务在中国和北美非常成功，而德国和整个欧洲市场已显示出一个稳定的趋势，不过客户的服务需求仍然很高。 　　在2012/13财政年度显微镜事业群收入6.29亿欧元，比去年同期下降了3%(去年同期：6.5亿欧元)。这主要是由于政府和公共部门投入的减少，尤其是在美国和欧洲的许多地方。但是在高速发展的经济体，显微镜业务继续呈现大幅增长，并赢得市场份额。为了可持续地减少对政府采购预算的依赖，该事业群将专注于扩大显微镜系统的工业应用业务。 　　医疗技术业务集团比去年同期收入增长百分之五至10.32亿欧元(去年同期：9.84亿欧元)，首次突破十亿大关，使得医疗技术业务集团成为目前在蔡司集团收入最高的业务部门。这一业务在各领域都有所增长，如眼外科和显微外科，人工晶状体的业务增长尤为强劲。 　　视力保健事业群收入8.41亿欧元，尽管市场环境艰难和业务缺乏有吸引力的利润空间，但仅略低于去年的数字(去年同期：8.60亿欧元)，而且该业务集团中盈利明显增加，集团前几年发起的全球生产和分销网络的重组与现代化显示出了正效应，并对盈利和业务集团在2012/13财政年度的现金流作出了重大贡献。 　　相机镜头，运动光学和天文仪器设备的业务在2012/13财政年度加在一起共产生1.95亿欧元收入，比去年同期增长了将近10%(去年同期：1.78亿欧元)。 翻译：魏昕

近, 法国abbelight公司研发的模块化多功能单分子定位显微 (SMLM)系统凭借其有的DAISY等技术在3D超分辨成像领域取得重大突破，在学术界引起了广泛的关注。该系统次实现在三维空间上的15 nm超3D定位；且因为模块化设计具有高兼容，仅需使用一个c-mount接口即可将客户的倒置荧光显微镜升成超分辨显微镜，是佳的超分辨搭建方案。 轴向延伸 定位Abbeligh公司系列超分辨模块采用了先进且特的双通路DAISY技术能够将以往定位不佳的Z轴精度提高到15 nm，真正实现三维空间上的15 nm超3D定位。同时此技术巧妙地结合DONALD和SAF技术的优势，有效解决采集过程中的热漂移和多色成像中不同波长激光位置不同等问题，大幅度提高了长时间和多色成像的度，并且还可实现多4色的同时3D成像。超大视野 图像采集在光路方面，SAFe light 能够实现在较低激光能量下对大视野图像的均匀照射。这使得abbelight能够在不增加采集时间的前提下，一次性采集200 × 200 μm2 范围内的图像，并且能够保证图像照射光的整体均一性。灵活兼容 轻松升abbelight具有高度兼容性，仅需使用一个c-mount接口即可将您的倒置荧光显微镜升成超分辨显微镜，并且基本不会破坏显微镜的原有功能，节约您的预算与空间。（除了模块外，abbelight也提供完整的超分辨系统）先进软件 功能强大abbelight 同时还是一台十分简便易用的设备，该设备的NEO软件简单、直观、优化良好，可提供全面的参数控制命令、实时3D漂移校正、实时3D重构图像、高速3D定位图像处理、空间分析和测量、分辨率计算等功能。初次应用 轻松上手对于超分辨中的光漂问题，abbelight的商业化成像液能够有效的降低成像过程中的光漂作用。对于初学者来说，abbelight 还提供全面的技术支持，帮助您快速的建立自己的超分辨观测方法，打开超分辨大门，助力科之路。【新发表文章】[1]. Belkahla, Hanen, et al. "Carbon dots, a powerful non-toxic support for bioimaging by fluorescence nanoscopy and eradication of bacteria by photothermia." Nanoscale Advances (2019).[2]. Jimenez, Angélique, Karoline Friedl, and Christophe Leterrier. "About samples, giving examples: Optimized Single Molecule Localization Microscopy." bioRxiv (2019): 568295.[3]. Cabriel, Clément, et al. "Combining 3D single molecule localization strategies for reproducible bioimaging." Nature communications 10.1 (2019): 1980.[4]. Capmany, Anahi, et al. "MYO1C stabilizes actin and facilitates the arrival of transport carriers at the Golgi complex." J Cell Sci 132.8 (2019): jcs225029.

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。

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clamp)等技术的发明和有效使用，得以使科学家在亚微米空间尺度(单个神经突触连接)，亚毫秒时间尺度(单次神经冲动电位)对神经元的功能进行研究。而最令人激动人心的是，近几年来蓬勃发展的光学显微成像技术，给实验神经科学带来了很多前所未有的思路和成果。2008年钱永健等人由于荧光蛋白(GFP，绿色荧光蛋白)的发现和使用，获得了诺贝尔化学奖，是对荧光成像技术的一次巨大肯定和推动。光学成像本身具有高分辨率、高通量(高速)、非侵入、非毒性等特点，再与荧光蛋白以及荧光染料等标记物在细胞中的定位与表达技术相结合，使得科学家可以特异性的分辨生物体乃至细胞内部不同结构与成分，并且能够在生命体和细胞仍具有活性的状态下(活体状态)对其功能进行动态观察。这就使得荧光成像技术成为了无可替代的，生物学家现今最为重要的技术手段之一。而随着近些年来各种新型的显微技术的出现，共聚焦显微镜(confocal microscopy)，相干拉曼成像(CARS)，超分辨率显微技术(super-resolution microscopy)，光片显微技术(lightsheet microscopy)等使得荧光显微镜的分辨率，速度，成像深度等进一步提高。 /p p 　　对于荧光成像技术在神经科学中应用，离不开双光子荧光显微镜(Two-photon Microscopy，简称TPM)1。目前，大多数细胞生物学，生理学研究主要还是在离体培养的细胞体系中研究。然而与细胞生物学研究有所不同的是，大脑的功能研究的整体性和原位性显得更加关键：仅研究分离的神经元无法解释神经系统的功能和规律。换句话说，必须要求神经元处在其正常生存的大脑环境中才能使其正常运转。然而，大脑是一个高度复杂的器官。即使是小鼠的大脑皮层也有将近1mm的厚度，海马，丘脑等深脑区核团更是深达3-5mm2，而且并不透明，充满了数以亿计的神经元胞体和突触，此外还有丰富的血管，粘膜(脑膜)，最外层还有厚厚的颅骨和头皮包裹。使用包括共聚焦显微镜在内的传统的荧光显微镜，由于被观测的信号会受到样本组织的散射和吸收，根本无法穿透如此深的组织进行成像。而双光子显微镜的发明，则为此类研究带来了希望。双光子显微镜特有的非线性光学特性，再加上其工作波长处在红外区域等特点，令其在生物体组织内的穿透深度大大提高3，使得双光子显微镜成为神经科学家进行活体神经成像最理想的工具。神经动作电位(action potential)本身很难被光学信号捕获，但是动作电位产生的去极化会引起神经元Ca2+浓度的变化(钙内流现象)。科学家已经开发出多种Ca离子浓度的荧光探针，进而通过这种钙离子浓度的变化引起的荧光信号的变化来反映出神经活动。于是，双光子显微镜与在体的神经元Ca离子浓度指示剂标记技术相结合，碰撞出了耀眼的火花: 使得人们可以研究处于生理状态时的动物大脑内的神经元活动4。 /p p 　　大脑的最重要功能是对生物体的行为活动进行调控，而反过来，最能反应大脑工作状态的同样是生物体的行为活动。所以说，为了了解大脑，研究者不仅要求在体状态下对神经元进行高分辨率观测，而且也希望生物体在被观测的阶段里，能够进行正常的行为活动。所以，在成像技术不断地提高分辨率和速度等性能的同时，科学家们也在积极开改进和革这些成像技术手段，使其进行成像时尽可能小的限制被观测对象的行为活动，以求得到最接近生理状态下的数据。但是这一目标始终存在诸多的技术瓶颈: 以啮齿类动物(大鼠或小鼠)神经元的双光子钙成像为例。早些年由于动物身体运动产生的晃动剧烈，而当时双光子显微镜成像速度又很低，所以科学家只能在麻醉状态下对头部固定的动物进行成像。后来随着成像速度的提高，并且对开颅手术技术的很大改进，使得科学家可以在清醒状态下对动物的神经活动进行观察(仍然需要头部固定)。近些年来，随着基因改造技术的突飞猛进，通过病毒转染和转基因技术，在神经元内源性表达“基因编码类钙指示剂(genetically encoded calcium indicator, 简称GECI)”成为神经元钙成像的大趋势4。这种由神经元自身产生钙指示剂的方法与之前的钙染料技术相比有着巨大的优势: 信噪比提升了一个数量级 对神经元特异性好，可以区分不同的神经元类型 并且可以在大脑神经元内持续表达数月(病毒转染)甚至整个生命历程(转基因动物)。于是，大概10年前开始，科学家就开始利用双光子成像结合GECI技术对神经元的活动和结构变化进行长期的观测和追踪，从而对记忆的形成，神经元病变等问题有了更深入的认识。其中，现在性能最好，使用最为广泛的GECI为绿色荧光钙调蛋白Gcamp家族4。目前已经改进到第六代，Gcamp6f，Gcamp6f已经成为神经成像里最受欢迎的指示剂之一。目前科学家最流行的对小动物行为过程中大脑活动进行成像的方法，是将虚拟现实与双光子成像相结合，在动物头部被固定的情况下，在其眼前制造影像，让动物认为自己处在”真实“的环境之中5。通过小鼠四肢在类似跑步机或者鼠标滚球上的运动来模拟其真实活动。以求达到研究神经元在动物行为中所起到的作用(如图1)。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/e167bfbc-be4e-4b26-aa38-6f15b1fdca08.jpg" title=" 1.png" width=" 600" height=" 429" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 429px " / /p p style=" text-align: center " 图1 双光子成像结合虚拟现实场景，对头部固定，身体活动的动物进行研究。图片来自 sup 5 /sup /p p 　　然而，这种虚拟现实加头部固定成像的方法，已经遭到许多科学家的质疑。人们认为，头部固定的动物在实验期间一直处在物理约束和情绪压力下，因此无法证明神经元对外界的响应在虚拟现实和自由探索下是等价的。更重要的是，许多社会行为，比如亲子护理，交配和战斗，都不能用头部固定的实验来研究。如何在动物自由活动的时候，直接对其神经元进行成像，是神经科学家还未能得到解决终极的诉求。 /p p 　　一个理想的解决方案是开发微型荧光显微镜直接固定在自由活动的动物身上，让动物“带着显微镜跑”6。这种尝试大概从20年前开始。起初，科学家只是将一根或几根光纤插到小鼠头上，用以激光导入和荧光信号采集。然而，这种方式而只是记录某个区域内信号的总和，不具有空间分辨率，算不上真正意义上的成像。在最近的十几年里，由于光学，电子，材料技术的发展，人们开始尝试研制真正意义上的微型显微镜。其中，微型单光子宽场显微镜(miniature wide-field microscope)，由于其原理与结构相对简单，是目前人们主要尝试研制的微型显微镜技术。例如由Ghosh及其同事开发的显微镜，通过将小型LED光源，微型CCD和自聚焦透镜整合到一个小于25px3的框架之中，研制出了一个重量为1.9g的微型宽场显微镜。该技术被用于研究大脑海马区place cell等与记忆和本能相关的实验当中7。然而，宽场成像方式由于不能很好的对离焦区域的背景信号进行过滤，并且对光的散射敏感，所以其无法达到细胞分辨率。更难以对更精细的诸如树突，轴突，树突棘等结构进行观察。所以一直难以达到神经科学家满意。 /p p 　　于是，从大概15年前开始，世界上一些研究和开发双光子成像技术的研究组开始尝试将双光子显微镜这种在神经成像领域已经获得广泛应用的技术进行微型。然而，目前只有为数不多的几个课题组报道了他们在微型双光子显微镜研制方面的进展: 在2001年，Denk等的工作被认为是研制微型双光子显微镜的第一步8。然而，它仍然太过“巨大”(长7.5厘米，重25克)，而且成像速度很慢(2 Hz 128x128的尺寸下速度为2 Hz， 512x512的尺寸下为0.5 Hz，如图2a)。之后，其他一些课题组相继报道了不同的微型双光子系统。 Helmchen课题组在2008年报道了他们的微型双光子系统，仅重0.9克9。它实现了512X512幅面下的8 fps的成像速度速度，并展示了利用该系统实现的大鼠在体钙成像信号。然而，从展示的效果来看，其空间分辨率极低，而且并没有实现真正的自由运动下的成像(如图2b)。Mark Schnitzler课题组在2009年也发表了他们的微型双光子系统10。他们的系统首次使用了微机电扫描镜(MEMS)来进行扫描，并将Z聚焦模块集成在了探头之中(如图2c)。但是扫描频率仍然很低(400x135约为4Hz) 空间分辨率也远远达不到要求(横向1.29 μm，轴向10.3 μm)。这些方面限制了其在神经元细胞核亚细胞水平成像中的应用。 Kerr课题组在2009年展示了它们的系统11，跟之前的微型双光子显微镜相比较，由于应用了微型透镜组构成的微型物镜(NA达到了0.9)，这套系统的空间分辨率更高。然而，这套探头的重量也随之提高(5.5g)。此外，由于其仍然使用振动光纤的方式来进行扫描，所以其成像速度仍然比较慢。(对于64x64为10.9Hz，对于理论上的512x512为1.25Hz)(如图2d)。此外，还有一个之前所有的微型双光子系统都没有解决的问题。由于微型双光子显微镜一般需要利用光纤将飞秒激光导入到探头之中，而光纤由于存在诸如色散、截至模式、导通带宽等一系列限制，所以某一款光纤一般只允许一定带宽(一般为几十纳米)和特定中心波长的光传播。那就需要在制作微型显微镜的时候，结合使用的荧光指示剂所需要的激光波长对光纤进行选择。但是，目前商业化的，可以用来进行飞秒光传输的空心光子晶体光纤(hollow-core Photonic Crystal Fiber， HC-PCF)种类非常有限。例如，全球最大的光子晶体光纤生产商NKT公司仅提供中心波长为800nm，1030nm，1300nm和1550nm的HC-PCF。所有现有的微型双光子显微成像系统都是基于这几款光纤所限定的中心波长进行开发的。但是很遗憾的是，本文上述所提到的目前最广泛使用的GcamP指示剂需要920 nm的激光进行激发。所以先前的所有微型双光子都不能对Gcamp进行有效的成像。这限制了微型双光子显微镜的发展。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/4c1d7c1d-53eb-4a41-96d0-98ecb5ebda8d.jpg" title=" 2.png" / /p p style=" text-align: center " 图2 微型双光子发展史上的几个典型工作。a、b、c、d分别选自参考文献 sup 8、9、10 /sup 和 sup 11 /sup /p p 　　之所以这些早期的微型化双光子显微镜都无法得到真正的使用和推广，其原因在于，若要制造出具有实用价值的微型双光子显微镜，比研制单光子微型显微镜复杂和困难的多得多。微型双光子显微镜需要需要解决如下几个关键技术难题： /p p 　　1 如何将飞秒激光有效的导入微型显微镜 /p p 　　2 如何在微型显微镜内进行扫描/图像重建 /p p 　　3 如何在微型显微镜中进行高质量的激光汇聚，高效激发双光子信号。 /p p 　　4 如何有效的对荧光信号进行收集 /p p 　　5 如何使整个系统在动物剧烈运动时仍保持稳定 /p p 　　6 在满足前5项条件下，重量是否足够轻，以致尽量小地对动物的活动造成影响 /p p 　　本文作者所在的课题组，是由北京大学分子医学研究所、信息科学技术学院、动态成像中心、生命科学学院、工学院联合中国人民解放军军事医学科学院组成跨学科团队。我们在程和平院士的带领下，在国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制专项《超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统》的支持下，历经三年多的协同奋战，成功研制了新一代高速高分辨微型双光子荧光显微镜，并将其取名为FHIRM-TPM。原始论文于5月29日在线发表于自然杂志子刊Nature Methods (IF 25.3)12。在这项成果中，我们解决了上文所提及的早先微型化双光子显微镜研制中存在的问题，获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/0418a0a6-f357-4e18-91b0-ef1c23d670bd.jpg" title=" 3.png" width=" 600" height=" 470" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 470px " / /p p style=" text-align: center " 图3 FIRM-TPM示意图，来自 sup 12 /sup /p p 　　新一代微型双光子荧光显微镜体积小，重仅2.2克，适于佩戴在小型动物头部，通过颅窗实时记录数十个神经元、上千个神经突触的动态信号。在大型动物上，还可望实现多探头佩戴、多颅窗不同脑区的长时程观测。相比单光子激发，双光子激发具有良好的光学断层、更深的生物组织穿透等优势，所以成像质量远优于目前领域内主导的、美国脑科学计划核心团队所研发的微型化宽场显微镜。其横向分辨率达到0.65μm，与商品化大型台式双光子荧光显微镜可相媲美 采用双轴对称高速微机电系统转镜扫描技术，成像帧频已达40Hz(256*256像素)，同时具备多区域随机扫描和每秒1万线的线扫描能力。最为重要的是，FHIRM-TPM克服了先前限微型双光子显微镜应用的两个障碍。首先，我们定制设计的HC-PCF为 920纳米飞秒激光脉冲提供了无畸变传输，这种改进让有效的激发例如Thy1-GFP和GCaMP-6f等常用荧光指示剂成为可能。第二，由于双光子点扫描显微镜的高空间分辨率和层切能力，安装到动物头上的微型双光子显微镜非常容易受到运动伪影的影响。为了解决这个问题，我们对整个系统进行了充分的优化：(a)使用柔软的新型光纤束SFB来使得动物运动引起的扭矩和拉拽力最小化，并不降低光子收集效率 (b)采用独立的可旋转连接器来连接光学探头上的光纤和电线，以使动物在自由探索期间线的扭曲和缠绕最小化 (c)使用高速成像以减少运动引起的帧内模糊。此外，我们在实验之前预先训练动物适应安装在其头骨上的微型显微镜，并滴加1.5%低熔点琼脂糖使其充满物镜和脑组织之间，这些措施都显著降低了探头与大脑之间的相对运动，进而改善了实验短期和长期的稳定性，于是实现了在动物进行包含大量身体和头部运动的行为学试验中中进行高分辨率成像。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/0d8849db-62d7-4fdd-b7e0-4e572b3a1b03.jpg" title=" 4.png" width=" 600" height=" 437" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 437px " / /p p style=" text-align: center " 图4 FIRM-TPM实物图，来自 sup 12 /sup /p p 　　树突棘活动是神经元信息处理的基本事件，利用台式双光子显微镜在头固定的动物上的研究表明单个神经细胞的不同树突棘可以被不同朝向的视觉刺激或不同强度频率的声音刺激所激活。FHIRM-TPM实现了与传统的大型的台式双光子显微镜相同的分辨率和光学层切能力。与微型宽场显微镜相比，FIRM-TPM的高空间分辨率，固有的光学切片能力和组织穿透能力以及相当的机械稳定性都是极有优势的。所以虽然通过微型宽场显微镜可以获得数百个神经元在细胞水平上的活动，但是我们的 FHIRM-TPM无疑提供了一个更加强大的工具，即在自由活动的动物中对更加基本的神经编码单位——树突棘的时空特性进行观测。它能够在对小鼠依次进行的行为学试验(例如悬尾，跳台，以及社交行为)的过程中长时间观察位大脑中的神经元胞体、树突和树突棘的活动。这些功能的展示充分证明了FHIRM-TPM具有良好的性能和稳定性。未来，与光遗传学技术的结合，可望在结构与功能成像的同时，精准地操控神经元和大脑神经回路的活动。微型双光子荧光显微镜整机性能十分稳定，可用于在动物觅食、跳台、打斗、嬉戏、睡眠等自然行为条件下，或者在学习前、学习中和学习后，长时程观察神经突触、神经元、神经网络、远程连接的脑区等多尺度、多层次动态变化。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/90a13003-d9fd-404d-8df3-64926f598012.jpg" title=" 5.png" width=" 600" height=" 283" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 283px " / /p p style=" text-align: center " 图5 三种模式在结构学成像中的成像质量对比，来自 sup 12 /sup /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/44bc19d8-0a51-4583-8784-2f9240ac1cdd.jpg" title=" 6.png" / /p p style=" text-align: center " 图6 FHIRM-TPM在三种不同的行为学范例对小鼠大脑皮层神经元活动进行成像，来自 sup 12 /sup /p p 　　从2001年Denk发表第一篇微型双光子显微镜的原型机以来，微型双光子显微镜的发展已经走过了15年的时间。15年的发展历程，微型双光子显微镜从最开始的25克笨重的身躯，只能在分离的组织中进行验证性的实验8到如今重量仅两点几克重，可以对自由活动的小鼠神经元进行树突棘级别的成像，可以说取得了一定的进步。然而，在看到这个领域取得的成就的同时，也应看到，至今为止，微型双光子显微镜还未像共聚焦显微镜或者是荧光光片显微镜一样被生物学家广泛认可和应用。而后者(光片显微镜)的发展时间更短(2008年Science的一篇文献一般被认为是现代荧光光片显微镜镜的开端13)。究其原因，除了技术本身的限制以外，整个研究领域的气氛和投入，也是重要的影响因素之一。 /p p 　　纵观这15年来微型双光子显微镜的发展道路，开疆拓土者有之 改革创新者有之 另辟蹊径者有之 浑水摸鱼、指鹿为马者亦有之。然而遗憾的是，愿意心无旁骛、全情投入者鲜有之 有意愿和能力建立为这个研究的领域建立范式者亦鲜有之。而中国，在不久前在这个领域基本上属于完全的空白。更不要说什么领先世界。 /p p 　　然而令人十分兴奋的是，中国国家基金委国家重大科研仪器设备研制专项在2014年正式将“超高时空分辨微型双光子在体显微成像系统”立项。以5年七千两百万人民币的研究经费对这一项“世界上做的还并不怎么好，中国基本没人做过”的技术进行攻关研发。这样的大力投入无疑为这一领域注入了新鲜血液和十足动力。而我也有幸在博士五年期间全程参与了这个项目的工作。从2012年来到该项目首席负责人程和平院士和陈良怡研究员的联合课题组至今，我见证了这个项目从无到有，团队从幼小稚嫩到壮大成熟的整个过程。如今，我们有了初步的成果，不仅让我们这样一支完全由中国本国科研工作者建立的团队在世界上处在了较为领先的位置，同时也把这个领域向前推动了一些，我感到无比激动和自豪。 /p p 　　该成果在2016年底美国神经科学年会、2017年5月冷泉港亚洲脑科学专题会议上报告后，得到包括多位诺贝尔奖获得者在内的国内外神经科学家的高度赞誉。冷泉港亚洲脑科学专题会议主席、美国著名神经科学家加州大学洛杉矶分校的Alcino J Silva教授在评述中写道，“从任何一个标准来看，这款显微镜都代表了一项重大技术发明，必将改变我们在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式。它所开启的大门，甚至超越了神经元和树突成像。系统神经生物学正在进入一个新的时代，即通过对细胞群体中可辨识的细胞和亚细胞结构的复杂生物学事件进行成像观测，从而更加深刻地理解进化所造就的大脑环路实现复杂行为的核心工程学原理。毫无疑问，这项非凡的发明让我们向着这一目标迈进了一步。” /p p 　　1. Denk, W., Strickler, J. & amp Webb, W.Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science248, 73-76(1990). /p p 　　2. Gewin, V. A goldenage of brain exploration. PLoS Biol3, e24 (2005). /p p 　　3. Zipfel, W.R.,Williams, R.M. & amp Webb, W.W. Nonlinear magic: multiphoton microscopy in thebiosciences.Nat Biotechnol21, 1369-1377 (2003). /p p 　　4. Chen, T.W. et al.Ultrasensitive fluorescent proteins for imaging neuronal activity. Nature499, 295-300 (2013). /p p 　　5. Minderer, M.,Harvey, C.D., Donato, F. & amp Moser, E.I. Neuroscience: Virtual realityexplored. Nature533, 324-325 (2016). /p p 　　6. Hamel, E.J., Grewe,B.F., Parker, J.G. & amp Schnitzer, M.J. Cellular level brain imaging inbehaving mammals: an engineering approach. Neuron86, 140-159 (2015). /p p 　　7. Ghosh, K.K. et al.Miniaturized integration of a fluorescence microscope. Nat Methods8, 871-878(2011). /p p 　　8. Helmchen, F., Fee,M.S., Tank, D.W. & amp Denk, W. A Miniature Head-Mounted Two-Photon Microscope.Neuron31, 903-912 (2001). /p p 　　9. Engelbrecht, C.J.,Johnston, R.S., Seibel, E.J. & amp Helmchen, F. Ultra-compact fiber-optictwo-photon microscope for functional fluorescence imaging in vivo. Optics Express16, 5556 (2008). /p p 　　10. Piyawattanametha, W.et al. In vivo brain imaging using a portable 2.9 g two-photon microscope basedon a microelectromechanical systems scanning mirror. Optics Letters34, 2309(2009). /p p 　　11. Sawinski, J. et al.Visually evoked activity in cortical cells imaged in freely moving animals. Proceedings of the National Academy ofSciences106, 19557-19562(2009). /p p 　　12. Zong, W. et al. Fasthigh-resolution miniature two-photon microscopy for brain imaging in freelybehaving mice. Nat Methods (2017). /p p 　　13. Keller, P.J.,Schmidt, A.D., Wittbrodt, J. & amp Stelzer, E.H. Reconstruction of zebrafishearly embryonic development by scanned light sheet microscopy. Science322, 1065-1069 (2008). /p

只要拥有一款“魔镜”，手机也能秒变显微镜!27日，一款由兼具极客、创客双重身份的资深互联网高手彭仁诚率领团队研发出的“可拍照的便携式显微镜”正式开始网络众筹，众筹首日即破5万元大关。这款“魔镜”可轻松将手机变成200倍以上的显微镜，简单、便携，各种微生物形态清晰可见，能让孩子轻松享受科学乐趣，激发孩子对科学的好奇心和探索欲，因此而广受关注。　　科学仪器变身“家用玩具”　　彭仁诚所率领的一支集结大陆和台湾科技人才的研发团队研发出的“可拍照的便携式显微镜”，完全颠覆了大家对于显微镜的既定印象，使得“高大上”的科学仪器变成了随手可用的“家用玩具”。　　彭仁诚告诉记者，首日网络众筹反响热烈出乎他的意料，他之所以选择开发“魔镜”展开自主创业之路，“为的是给孩子增加一双发现的眼睛，去发现从未见过的微观世界的奇妙，在趣味中获得知识，增长好奇心，让科学家的梦有机会成真”。　　彭仁诚昨天在报社现场给记者展示了“魔镜”的用法，只需把魔镜夹在手机镜头上，把玻片放在载台上，并用附带的磁性夹具夹上，手机“秒变”高精度显微镜。　　蚊子嘴巴竟然是细细长长可以90度弯曲的“长矛”，蝴蝶翅膀放大来看简直美呆了，苍蝇腿的腿毛竟然像钢针一样，水稻杆子里面竟然藏着一个个奥特曼……透过“魔镜”，记者立马看到一个新奇、全新的微观世界。　　为小朋友打造微观“捷径”　　除了网络众筹，从前天开始，珠海朋友圈里就被这只神奇的“魔镜”不断刷屏。网友“夏娃妈”告诉记者，爱科学的女儿看到这款“魔镜”肯定会高兴得尖叫，“我早就想在适当的时候给女儿买一个显微镜，但一想到显微镜的笨重和不易操作，就不免打退堂鼓，‘魔镜’了却了我的纠结，它即时为热爱科学的小朋友提供了一个窥视微观世界的‘捷径’。”　　彭仁诚的朋友圈也被家长们的留言“挤爆”了。“没想到家长的反应这么热烈，我真担心需求太大，我们的团队一时供应不及。”彭仁诚告诉记者，“魔镜”的放大真实达到200倍以上，可以看到比头发丝细90倍的物体，这样的精度对镜头的生产工艺要求非常非常高，为了保证质量，由合作伙伴在台湾生产。　　玻片是展现显微世界的关键部分。“魔镜”精心设计了昆虫翅膀、动物触角、植物茎、昆虫口器等9个种类，每张玻片边缘都进行了八面倒角处理，细心考虑到了小朋友的安全。　　父爱满满，极客变身创客　　熟悉彭仁诚的网友都知道，如此低调的极客却有着辉煌的履历——1999年进入亚洲仿真的核心技术团队的彭仁诚曾获得过珠海市科学技术进步奖，并曾担任过金山网络副总监、猎豹移动技术总监，是小有名气的互联网高手。　　“虽然在企业里干得如鱼得水，但30多岁时，突然‘情怀’上身，希望能开创一番自己的事业。”据彭仁诚透露，他的此次创业之举是受6岁女儿的一个好奇发问激发，是饱含父爱的任性之举。　　有一天，女儿被蚊子咬了，问他：“爸爸，蚊子嘴巴是怎么咬到我的呢?”他心中一动，女儿的求知是纯真和最直接的，他如何鼓励她的求知呢?“一个趣味性知识性的玩具，可能是一个非常好的向导，女儿的好奇发问激发了我研发‘魔镜’的创想。魔镜，是我们送给孩子的最好礼物，给孩子增加一双发现的眼睛。”　　彭仁诚透露，从上周开始，他的团队已经开始在珠海市科技馆开设科技班，每周四至周六，结合魔镜的使用，对珠海的孩子进行微观世界的科普。他还专门开设了微信公众号“显微世界”，希望让更多的孩子爱上科学，受惠于科学。

今年2月上旬，神舟十五号航天员乘组使用空间站双光子显微镜，开展在轨验证实验任务并取得成功。这是目前已知的世界首次在航天飞行过程中，使用双光子显微镜获取航天员皮肤表皮及真皮浅层的三维图像。　在南京脑观象台投入使用的微型化双光子显微镜成像系统。　　“第三次双光子显微镜测试顺利结束！”　　“无比完美！”　　“这一次的曲线如此丝滑！”　　……　　4月1日上午，中国科学院院士、北京大学未来技术学院教授程和平的微信对话框，被同事们发来的这些评论不断刷新。而在中国航天员科研训练中心内，掌声此起彼伏。让大家欢欣鼓舞的，是中国空间站再次传来的好消息。　　当日，神舟十五号航天员乘组，使用空间站双光子显微镜进行成像测试。他们用探头轻轻掠过脸部和前臂，一旁的电子屏幕上立即显示出皮肤结构及细胞的三维分布影像。　　这不是显微镜第一次在轨成像测试。今年2月上旬，神舟十五号航天员乘组使用空间站双光子显微镜，开展在轨验证实验任务并取得成功。这是目前已知的世界首次在航天飞行过程中，使用双光子显微镜获取航天员皮肤表皮及真皮浅层的三维图像。　　“如果能从这些图像中发现空间环境中人体变化规律，就更好了！”程和平捧着手机与记者分享这些科学图像时说。　　只有了解程和平团队十年来经历的艰难曲折，才能体会这些图像的来之不易。2013年，程和平带领团队开启微型化双光子显微镜研究时，“全世界都不看好”。　　历经10年，该团队完成了从科研仪器技术创新，到技术产品化，再到技术服务平台化的跃迁。他们将中国带到全球大脑成像研究的前沿，让微型化双光子显微镜在中国的高校院所、企业得到推广应用，为脑科学研究搭建起重要实验平台、提供了海量数据支持。　　程和平希望，用微型化双光子显微镜拓展人类对脑宇宙的认知疆域，为探索脑机接口原理、深化对大脑疾病机制的了解、推进药物研发开辟一片新天地。神舟十五号航天员乘组在轨使用空间站双光子显微镜（视频截图）　　一束光的启迪　　意识的生物学基础是什么，记忆是如何存储和恢复的……在世界各国的脑科学计划中，这些问题吸引着全球科学家们不断上下求索。　　在2021年国际权威学术期刊《科学》发布的125个最前沿的科学问题中，有22个问题与脑科学相关。　　双光子显微镜的出现，仿佛是照在生命科学研究领域的一束光。　　1992年，程和平用世界上第二台双光子显微镜，首次实现了心肌线粒体成像。　　“双光子显微镜，是用两个光子同时激发同一个荧光分子的光学成像技术。它具有天然的光学断层扫描效果，能看到的组织深度更深，成像的清晰度更高，像一个高性能的X光机。”程和平说，与单光子显微镜相比，双光子显微镜看得准、看得深、光损伤小。但传统的台式双光子显微镜非常笨重，足有房间那么大，所以只能观察头部固定的动物或者动物的脑切片。　　研究一款微型化双光子显微镜，观察自由行走的小动物脑袋中的一颗颗神经元的动态变化，成为程和平藏在心底的一个梦想。　　一个梦想的点燃，有时只需一个使命的召唤。　　2013年，国家自然科学基金委员会启动了国家重大科研仪器研制项目。程和平带队申请了“超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统”项目。　　那一年，美国启动“创新性神经技术推动的脑计划”，欧盟启动了旨在建立大型脑科学研究数据库和脑功能计算机模拟平台的“人脑计划”。　　而此前，我国在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中，已把“脑科学与认知”列入基础研究8个科学前沿问题之一。　　“中国科学家只有用自己研发的观测仪器，做出原创性的脑科学成果，国际科学界才会认可。我们希望研制一款成像仪，率先让中国科学家用起来。用国外的仪器做研究，都是在别人建设的四梁八柱上做文章。”程和平用使命必达的决心来筹备项目的启动。　　一场跨越山海的探索　　想实现双光子显微镜在自由活动的动物体上的高清成像，必须为它“瘦身”。　　然而，极大的技术难度，让团队一度面临质疑。程和平向科技日报记者坦言，7200万元的投入“相当于一吨百元大钞”，究竟能不能收获一个看得见的未来，大家当时心里很忐忑。“那时世界多国尝试微型化双光子显微镜的研制，但都没有实质性突破，尝试十几次都无疾而终。”他说。　　程和平所言非虚。2008年，瑞士有课题组公布了他们的微型双光子系统，仅重0.9克，并实现了大鼠在体钙成像信号。但其空间分辨率极低，也未实现真正的自由运动下的成像。　　2009年，德国有课题组展示了它们的微型双光子系统，其理论分辨率接近大型的双光子显微镜。但其探头较重，扫描速度很慢。　　程和平身后，有一支不同寻常的团队，团队中有人研究超快激光器，有人专攻高速电路，有人擅长图像处理，有人能做大数据分析……然而，研究起步阶段，团队中无人具备研制系统性科研设备的经验，技术路线也不确定。　　“怎么办？只有一点点地认真做。”程和平给团队立下军令状。　　在项目开始的前两年，大家争分夺秒地汲取多学科的营养。在北京大学分子医学研究所300平方米的大仪器联合实验室里，来自机械、光学、生物、电路等研究领域的师生汇聚在一起，交流切磋。每周六上午的集体学习，大家分享一周行业动态，介绍各自研究进展。同时，大量的国内外顶尖专家被邀请来作报告。　　引进来的同时，团队也频频走出去。仅2014年，他们就涉足美国、俄罗斯、澳大利亚、西班牙。每去一个地方，大家都会在当天晚上写好总结，发给团队共同学习。空间站双光子显微镜对航天员皮肤表层成像。　　一场持续十年的攻关　　2017年，团队终于迎来了振奋人心的进展。　　在如今北京大学膜生物学国家重点实验室设备研发平台内，一个只有拇指大小、重约2.2克的显微镜探头，被珍藏在实验室深处——这是团队于2017年成功研制的第一台微型化双光子显微镜的核心部件。　　这台显微镜可以实现高时空分辨微型化成像，能实时记录数十个神经元、上千个神经突触动态信号。这些突破性的进展，使其入选2017年中国科学十大进展。　　4年后，该团队推出微型化双光子显微镜的2.0版本，其成像视野扩大到初代显微镜的7.8倍，同时具备三维成像能力，获取了小鼠在自由运动行为中大脑三维区域内上千个神经元清晰稳定的动态功能图像。　　今年2月，团队又发布了他们研制的微型化三光子显微镜。该显微镜能直接透过大脑皮层和胼胝体，首次实现对自由行为中小鼠的大脑全皮层和海马神经元功能成像，神经元钙信号最大成像深度可达1.2毫米，血管成像深度可达1.4毫米。　　致广大而尽精微。10年，微型化双光子显微镜完成了从高清成像，向更广、更深成像的科研布局。然而，这在研制一款“大国重器”的探索之旅中，也许仅仅是开始。　　2016年，当第一代微型化双光子显微镜的研究即将“破土”时，一个声音再次在程和平脑海里回响，“如果投入‘一吨百元大钞’，只是交付3台显微镜，性价比太低了。应该先让中国科研院所、企业的实验室用起来，做出领先国际的研究，再向国际市场推广。”　　让程和平下定决心办公司的，还有3年来培养起来的一支团队。“国家投入这么大，让我们长了一身本事，项目结题后如果团队散了就太可惜了。”程和平说。　　办公司让研究成果产品化，成为程和平团队的共识。2016年，程和平团队创立了北京超维景生物科技有限公司（以下简称超维景）。　　一个新时代开启了。　　一场自立自强的产业突围　　当科学技术的光芒照进产业，不仅砥砺技术创新的成色，也可以点亮一片“暗夜”。要将高端精密科研仪器产品化，元器件的可靠性、稳定性必须过硬。　　微型物镜，是微型化双光子显微镜的关键核心零部件。团队核心成员、北京大学未来技术学院特聘副研究员吴润龙记得，最初做原理样机时，团队从国外一家公司进口微型物镜。　　但当团队进入显微镜产品化阶段后，对方的发展战略也发生变化。“对方要求我们购买他们合作伙伴的单光子显微镜系统，物镜不再单独售卖，而这个系统的价格要100多万元。代价太大，我们不能被‘卡脖子’。”吴润龙说，自此，团队开始自行设计高数值孔径的微型物镜，并联合国内企业加工，在超维景进行装配和测试。　　自胜者强。2018年，赵春竹到北京大学未来技术学院做博士后研究，为助力物镜的自主研发按下了快进键。　　“经过三代技术攻关，我们已经掌握了高端物镜的设计技术。但在自主设计、加工的基础上，还要形成高精度自主装配的流程和方法。微型物镜由多个镜片叠加而成，每片直径约3毫米，最初我们将所有的镜片一起装配完后，统一调试，但发现精度相差太大。后来，我们优化了装调工艺，每安装一片镜片，都用仪器检测光轴偏移量、焦距等参数。由于物镜直径太小，一开始，调整几微米的误差，都要耗时一两天。”赵春竹回忆，最艰难的时候，大家几乎绝望。但抱着不破楼兰终不还的信念，大家几微米几微米地死磕，想办法迭代技术，最终攻克了高端微型物镜装配技术。　　光纤是显微镜微型化的另一个瓶颈。团队成员、北大电子学院副教授王爱民设计了一款蜂窝状的空芯光子带隙光纤，让激光通过光纤传输到微型化探头的过程中，脉冲不发生畸变、能量几乎不损耗，以有效激发小动物体内的荧光分子。　　但让王爱民措手不及的是，设计方案有了，国内却没有厂家能生产这种光纤。“我们最初找了一家外国公司订制。但一年后，这家公司提出翻番的价格，每米光纤的价格接近万元，仅光纤的成本就增加了几百万元。”他回忆说，团队被“逼上梁山”，转而联袂上海光机所的一位青年学者一起摸索加工工艺，进行国产化。　　在北京大学未来技术学院教授陈良怡看来，科研仪器国产化过程中的突围，也将带动应用基础研究与产业发展“双向奔赴”。　　“我们的论文发表后，很多技术被公开了，但很多人做重复实验时无法再现，是因为加工中有很多细节问题难以解决，这些细节在学术论文中也难以呈现。”陈良怡说，如果想将这款显微镜尽快用起来，就要将科研成果产品化，带动产业的发展。而产品化的过程，也促使他们思考，如何用成像技术推动神经科学、脑科学乃至整个生命科学基础研究的发展。　　目前，超维景研制的微型化双光子显微镜已服务了150余家国内实验室，年平均销售额达5000万元。今年，公司还将拓展国际市场。　　一项世界首创的应用　　10年前项目启动时，程和平抱着“从幼儿园开始读一个博士学位”的心态，研制微型化双光子显微镜。　　时光浩荡向前，多年的厉兵秣马是否能支撑国家重大战略需求？团队将答卷写进宇宙苍穹。　　2019年，在中国载人航天工程办公室大力支持下，程和平团队、中国航天员科研训练中心李英贤团队、北京航空航天大学冯丽爽团队联合相关企业及院所，组建了空间站双光子显微镜项目团队，由程和平担任总负责人。　　“中国要发展载人航天、要研究生命科学，太空是一个难得的实验室。在失重环境下，人体细胞是如何完成新陈代谢的，大脑的神经元又将发生什么变化，都是很好的研究课题。双光子显微镜成像深度深，可以帮助我们逐层扫描、分析航天员的细胞结构和代谢成分信息。”程和平说。　　2022年9月，空间站双光子显微镜研制成功。当年11月12日，空间站双光子显微镜搭乘天舟五号货运飞船成功运抵中国空间站，成为世界首台进入太空的双光子显微镜。　　今年2月上旬的一天，空间站双光子显微镜终于开机。坐在中国航天员科研训练中心看到航天员操作画面传回，程和平松了一口气：“终于成功了。”　　消息传来，整个团队沸腾了。“这辈子能做这么一件事情，值了！”王爱民至今回忆起来仍激动不已。　　鲜为人知的是，为了达到航天应用的标准，显微镜经历了一次次蜕变。　　精密的显微镜，要能承受飞船发射时的剧烈振动，这要求它足够抗振。“最初，激光器的核心部件被振得粉碎。”北京大学未来技术学院助理研究员王俊杰记得，为了让显微镜“强健筋骨”，他们将激光器的核心部件设计为固态结构，以增强激光器的机械强度，同时在激光器外部增加了减震装置，相当于给其上了一层保险。　　超维景的团队也参与进来。超维景超快激光事业部经理陈燕川介绍，他们将激光器核心部件置于-40℃至80℃的温度下循环试验，使部件在短期内反复承受极端高低温变化应力以及极端温度交替突变的影响，以排查隐患。为了确保万无一失，团队还制作多组关键部件样品，进行加量级、破坏性的振动冲击试验，保证显微镜能满足航天发射环境各种极端条件的挑战。　　最终，团队实现了多项突破：首次在轨验证实验实现了世界上首次双光子显微镜在轨正常运行，国内首次实现飞秒激光器在轨正常运行，国际上首次在轨、在体观测航天员细胞结构和代谢成分信息。　　一个梦想的启航　　从突破理论研究瓶颈，到试水产业蓝海，再到支撑国家重大战略需求，程和平团队将科技创新的底色写在从技术创新到产业应用的跃迁中。如今，一个更宏大的构想正在渐次舒展。　　在南京江北新区，成立近4年的北大分子医学南京转化研究院（以下简称转化院），已搭建起高端脑成像的公共技术服务平台“南京脑观象台”。后者可以提供微型化双光子显微镜、超灵敏结构光超分辨显微镜及高速三维扫描荧光成像系统等设备，帮助科研团队获得从大脑突触、神经元集群、神经环路，再到全脑水平的全景式脑功能成像。　　科研团队的身后，还有一群人与他们并肩作战。　　几乎每天，实验员陈雪莉都要为小鼠注入观测所需的荧光蛋白，对小鼠进行行为训练。　　当她为小鼠戴上显微镜探头后，一旁的屏幕上会立即呈现出小鼠大脑的钙活动影像。　　“脑观象台有一支技术团队。对于遴选通过的研究项目，技术团队会与科研团队一起制订实验计划，为学者们制备、训练小鼠，采集小鼠的脑活动成像数据，再将小鼠的行为学数据和脑活动数据匹配，供科研人员分析小鼠在表现出某种行为时，大脑发生了什么变化。”转化院副院长赵婷解释，脑观象台希望将学者们从繁琐高难的实验技术细节中解放出来，加速从理论设想到实验发现的进程。　　凭借南京脑观象台成像技术的支持，科学家们已经开始收获惊喜、成果迭出：小鼠有喜新厌旧的行为，而孤独症小鼠却存在这一行为缺陷；清醒状态下小鼠癫痫发作时，神经元异常放电……　　赵婷介绍，如今，脑观象台已经服务了100多家单位的180余个课题组，开机时间累计超过2万小时。脑观象台与江北新区联合发起的两期“探索计划”，也已累计支持48项课题研究。　　十年春华秋实。一颗在未名湖畔种下的种子，如今正在千里之外的扬子江畔落地生根、开枝散叶，荫泽全国的脑科学、神经科学等领域的研究。　　40多年前，少年程和平曾在他的笔记本上写下带有科幻色彩的理想——“做一款思维记录器”。　　跨越万水千山，如今，理想照进现实，中国脑科学研究风华正茂。