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多光子系统

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多光子系统相关的资讯

  • 量子系统环境调控首次实现
    近日,中科院量子信息重点实验室李传锋研究组与芬兰、德国的研究组合作,在实验上首次实现了对开放量子系统的环境调控,观察到了开放系统的马尔科夫过程到非马尔科夫过程的突变现象。   该研究成果发表在12月3日的《自然—物理》上,并被该刊《新闻与观察》栏目专门报道。   具有马尔科夫特性的环境会破坏量子系统特有的相干性,这就是所谓的消相干效应,它是实现量子计算和其他量子信息功能的主要障碍。李传锋研究组制备出高纯度的纠缠光子对,将其中一个光子的偏振比特作为量子系统,把该光子的频率作为环境,通过石英片的双折射效应使量子系统与环境相互作用,实现了系统在环境中的演化。   他们创造性地在光路中加入特制的法布里—玻罗腔,通过改变法布里—玻罗腔的转动角度,利用另外一个光子作辅助探测,观察到了开放系统动力学演化的突变现象:转动到某个角度,环境的马尔科夫夫性突然消失,变成非马尔科夫环境,继续转动到另一个角度时,环境的非马尔科夫性又突然消失,变成马尔科夫环境,从而实现了对开放量子系统环境的调控。   该成果对噪声环境中量子纠缠态的调控、量子计算、量子存储等研究具有重要意义,并开创了非马尔科夫过程定量研究的先河,对开放系统的研究将产生重要影响。
  • 北京大学王兴军团队提出:全芯片化的微波光子频率测量系统
    移动通信、雷达、卫星遥感、电子对抗以及基础仪器科学等领域的进步,促使着微波系统向着高频、宽带、大动态范围、多功能的方向发展。面对这些新的发展需求,传统的微波技术在微波信号的产生、传输、处理、测量等各个方面均面临巨大挑战。微波光子学融合了微波技术和光电子技术,即利用光电子学的方法处理微波信号,可以突破传统射频电子器件的性能瓶颈,被认为是下一代各类微波系统应用的解决方案之一。传统微波光子系统一般使用分立的光电子器件与电学模块搭建链路,这使得微波光子系统样机或产品具有重量大、功耗高、稳定性差等不足。因此,实现微波光子系统的微型化、片上化和集成化,是推动微波光子技术真正落地与广泛应用的关键,也是近年来学术界和产业界关注的焦点。然而,目前已报道的研究工作仍未能实现微波光子系统的完全芯片化集成,需要借助分立的光电子器件(例如:激光器、调制器等)或电子器件(例如:电学放大器等)来构建完整的系统链路,这在成本、体积、能耗、噪声方面严重制约着微波光子技术的工程化与实用化。鉴于此,近日,北京大学电子学院区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室王兴军教授研究团队提出了融合硅基光电子芯片、磷化铟芯片和 CMOS 电芯片的多芯片平台混合集成方案,首次实现了微波光子系统光-电链路的完全集成化拉通。基于该技术方案,研究团队设计实现了一款全芯片化的微波光子频率测量系统,整体尺寸约为几十 mm²,功耗低至 0.88 W,可实现对 2-34 GHz 宽频段微波信号瞬时频率信息的快速、精准测量。该成果发表在 Laser & Photonics Reviews,题为“Fully on-chip microwave photonic instantaneous frequency measurement system”。北京大学博士研究生陶源盛与北京大学长三角光电科学研究院杨丰赫博士为论文的共同第一作者,王兴军教授为论文通讯作者。该团队设计的全芯片化微波光子频率测量系统原理如图1所示,他们在硅光芯片上有源集成了高速调制器(用于微波信号加载)、载波抑制微环、可调谐光学鉴频器和光电探测器等器件。基于磷化铟平台实现高性能的分布式反馈(DFB)激光器,并通过端对端对接耦合方式与硅光芯片实现互连。为在保证系统测量精度的条件下降低对后端采样与处理电路的要求,他们将硅光芯片的弱光电流输出通过金线键合的方式直接连接至 CMOS 跨阻放大芯片的输入。经跨阻放大后的电信号,仅需通过低速采样电路采集,通过离线处理即可还原出输入高频微波信号的瞬时频率信息。图1:全芯片化的微波光子频率测量系统。(a)系统三维示意图;(b)磷化铟激光器芯片与硅光芯片的光学显微图;(c)系统整体的集成封装实物图。图源:Laser Photonics Rev.2022, 2200158, Figure 1面向电子对抗、雷达预警等实际应用场景,研究人员们在实验演示了该全芯片化微波光子频率测量系统对多种不同格式、微秒级快速变化的微波信号频率的实时鉴别。如图 2 所示,依次是对 X 波段(8-12 GHz)范围内的跳频信号(Frequency hopping, FH)、线性调频(Linear frequency modulation, LFM)和二次调频(Secondary frequency modulation, SFM)三类信号的频率-时间测量结果,误差均方根仅 55-60 MHz,是迄今为止同类型集成微波光子系统所展示出的最佳性能。图2:复杂微波信号频率的动态测量结果。(a)跳频信号(Frequency hopping, FH)的频率测量;(b) 线性调频(Linear frequency modulation, LFM)的频率测量;(c)二次调频(Secondary frequency modulation, SFM)信号的频率测量图源:Laser Photonics Rev.2022, 2200158, Figure 4未来展望 本工作所提出的多平台光电混合集成工艺方案,除适用于微波测量应用,对于研究微波信号产生、信号处理、信号传输等其他各种类型微波光子系统的集成化、微型化也具有很高的参考价值,为推动微波光子技术的工程化应用提供了一种通用性的解决方案。
  • 宗伟健:新一代微型双光子荧光显微镜(多图)
    p   从石器时代原始部落的祭师对灵魂的崇拜,到中世纪后期哲人对大脑意识的产生溯源,到近代解刨学家发现井然有序的大脑功能分区,再到20世纪初Santiago Cajal得到了人类第一张清晰的大脑皮层神经元的照片,直至现在神经学家通过电生理,电子显微镜,光学显微镜等手段,在亚细胞,分子,基因水平对大脑的结构和功能进行研究,神经科学(neurosciences)这一门古老的学科,直至今日,仍然是全世界投入最大,最活跃的科学研究领域之一。 /p p   限制科学家去理解和探索大脑的最主要因素是技术。每一次神经领域的重大突破,都是以技术的一次次革命与飞跃作为基础随之而来。19世纪末高尔基染色和尼斯染色技术的发明,使得单个神经元的结构得意完整清晰的呈现,并由现代神经学之父圣地亚哥· 拉蒙· 卡哈尔(Santiago Ramon y Cajal,1852-1934)总结并开创了神经元理论,至今仍是现代神经科学的基础。计算机体层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、经颅多普勒(TCD)、单光子发射计算机断层(SPECT)、正电子发射断层扫描(PET)等无创性影像学技术的发展,使得人类对大脑整体水平结构和功能的认识不断提高,并且对于大脑创伤和疾病的治疗提供了有利的参考工具。在实验神经科学领域,以模式动物作为研究对象,避免了把人作为研究对象在有创,改造等伦理方面的限制,使得更多的技术手段得以大显身手。其中包括电生理学方面,脑电图(EEG),多电极记录(MER),膜片钳技术(patch 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
  • 国内首套交通空气质量监测子系统启用
    北京将在二环路上设置尾气监测和牌照识别系统,以监测汽车尾气排放对于大气环境的影响。市环保局昨天发布消息,北京智能交通———交通污染监控示范项目正式投入使用,交通环境监测系统的数据将为今后机动车污染控制政策的制定提供依据。   交通污染监测系统启用   市环保局相关负责人介绍,此次实施的项目包括一个交通环境空气监测子系统,由设置在主要道路附近的6个空气质量监测子站、1辆流动监测车、3台便携式监测仪组成,主要监测交通对环境的影响。这是国内首套完整的交通环境空气质量监测子系统,补充和完善了北京原有的空气质量监测体系。   二环可测不同车辆尾气   同时,环保部门还在二环路上设置了5套路面行驶车辆尾气排放的遥测设施,以及20套车辆牌照识别系统,以监测道路上汽车的流量、速度以及不同车辆类型对空气质量的影响。   这位负责人表示,目前,北京的机动车污染越来越突出,机动车排放的污染物要占到全市污染总排放的1/3。此次投入使用的交通污染监控项目,将监测分析机动车尾气等交通污染对城市大气环境的具体影响,并为今后制定相关措施提供科学依据。
  • ESDA报告:2024年第一季度电子系统设计行业销售额为45亿美元
    美国加州时间2024年7月15日,SEMI旗下技术社区电子系统设计联盟(ESDA)在其最新的《电子设计市场数据报告》(EDMD)中宣布,2024年第一季度电子系统设计(ESD)行业销售额从2023年第一季度的39.511亿美元增长了14.4%,达到45.216亿美元。与前四个季度相比,最近四个季度的移动平均值上涨了14.8%。SEMI电子设计市场数据报告执行发起人Walden C.Rhines表示:“2024年第一季度,EDA行业销售额持续强劲增长。所有产品类别都有所增长,包括计算机辅助工程(CAE)、IC物理、半导体知识产权和服务都出现了两位数的增长。此外,从地理位置上看,美洲和亚太地区的销售额都实现了两位数增长。”EDMD报告中追踪的公司2024年第一季度在全球雇佣了61653名员工,比2023年第一季度的57696名员工增加了6.9%,与2023年第四季度增长了2.6%。EDMD季度报告包含以下类别和地理分类等详细信息。按产品和应用类别划分的销售额——同比变化 计算机辅助工程(CAE)销售额增长13%,达到16.211亿美元。四季度移动平均值上涨18.9%。 IC物理设计和验证销售额增长13.9%,达到7.696亿美元。四季度移动平均值增长了17.5%。 印刷电路板和多芯片模块(PCB和MCM)销售额增长2.8%,达到3.789亿美元。四季度移动平均值上涨了13.2%。 半导体知识产权(SIP)销售额增长18.6%,达到15.781亿美元。四季度移动平均值上涨10.3%。 服务销售额增长22.3%,达到1.739亿美元。四季度移动平均值上涨12.3%。按区域划分的销售额——同比变化 美洲是2024年第一季度销售额最大的地区,本季度美洲采购了19.372亿美元的电子系统设计产品和服务,YoY增长了14.1%。四季度移动平均值上涨12.1%。 欧洲、中东和非洲(EMEA)2024年第一季度采购了5.79亿美元的电子系统设计产品和服务,YoY增长了9.2%。欧洲、四季度移动平均值增长了14.6%。 日本对电子系统设计产品和服务的采购YoY增长2.8%,达到2.807亿美元。四季度移动平均值上涨8.9%。 亚太地区2024年第一季度采购了17.247亿美元的电子系统设计产品和服务,YoY增长了19%。四季度移动平均值增长19.2%。
  • 重磅新品!Nanoscribe全能双光子微纳加工系统Quantum X shape
    Quantum X shapeReshaping precision,output,usabilityQuantum X shape是Nanoscribe推出的全新高精度3D打印系统,用于快速原型制作和晶圆级批量生产,以充分挖掘3D微纳加工在科研和工业生产领域的潜力。作为2019年推出的第一台双光子灰度光刻 (2GL ® ) 系统Quantum X的同系列产品,Quantum X shape提升了3D微纳加工能力,即完美平衡精度和速度以实现高精度增材制造,以达到最高水平的生产力和打印质量。作为一款真正意义上的全能机型,该系统是基于双光子聚合技术(2PP)的专业激光直写系统,可为亚微米精度的2.5D和3D物体的微纳加工提供极高的设计自由度。Quantum X shape可实现在6英寸的晶圆片上进行高精度3D微纳加工。这种效率的提升对于晶圆级批量生产尤其重要,这对于科研和工业生产领域应用有着重大意义。总而言之,该系统拓宽了3D微纳加工在多个科研领域和工业行业应用的更多可能性(如生命科学、材料工程、微流体、微纳光学、微机械和微电子机械系统(MEMS)等)。作为Nanoscribe的新型高精度3D打印系统,Quantum X shape可自由设计几乎任何2.5D或3D形状的结构,并提供大尺寸高质量结构制作。Reshaping precision.作为已被工业界认可的Quantum X平台的二代加工系统,Quantum X shape在3D微纳加工领域无与伦比的精度,比肩于Nanoscribe公司在表面结构应用上突破性的双光子灰度光刻(2GL ® )。全新的Quantum X shape的高精度有赖于其最高能力的体素调制比和超精细处理网格,从而实现亚体素的尺寸控制。此外,受益于双光子灰度光刻对体素的微调,该系统在表面微结构的制作上可达到超光滑,同时保持高精度的形状控制。双光子聚合(2PP)是一种可实现最高精度和完全设计自由度的增材制造方法。而作为同类最佳的3D微加工系统Quantum X shape具有下列优异性能:在所有空间方向上低至 100 纳米的特征尺寸控制,适用于纳米和微米级打印制作高达 50 毫米的目标结构,适用于中尺度打印左图:机械器件的快速高精度小批量生产。200个结构的通宵产量右图:使用Nanoscribe微纳加工技术制作的3D微针,轻松实现具有高纵横比,形状精度和锋利边缘的不同设计变化Reshaping output.高速3D微纳加工系统Quantum X shape可实现一流形状精度和高精度制作。这种高质量的打印效果及产量是结合了最先进的振镜系统和智能电子系统控制单元的结果,同时还离不开工业级飞秒脉冲激光器以及平稳坚固的花岗岩操作平台。Quantum X shape具有先进的激光焦点轨迹控制,可操控振镜加速和减速至最佳扫描速度,并以 1 MHz 调制速率动态调整激光功率。Quantum X shape 带有独特的自动界面查找功能,可以以低至 30 纳米的精度检测基板表面。这种在最高扫描速度下的纳米级精度体现,再加上自校准程序,可在最短的时间内实现可靠和准确的打印,为 3D 微纳加工树立了新标杆。这些优异的性能使Quantum X shape 成为快速原型制作和应用于微纳光学、微流体、材料表面工程、MEMS 等其他领域中晶圆级规模生产的理想工具。Reshaping usability.通过系统集成触控屏控制打印文件来大大提高实用性。通过系统自带的nanoConnectX软件来进行打印文件的远程监控及多用户的使用配置,实现推动工业标准化及基于晶圆批量效率生产。Quantum X shape作为具备光敏树脂自动滴配功能的直立式打印系统,非常适合标准6英寸晶圆片工业批量加工制造。用户还可以通过设备的集成触控屏直接或远程访问Quantum X shape打印系统来控制打印作业。通过远程访问软件nanoConnectX ,用户可以看到触控屏的显示选项并操控所有功能,实现从任何地方启动、监控和控制连接打印系统的打印作业进程。这使得整个小组成员(例如研究小组或部门所有成员)均可在个人电脑访问打印系统。实现了最低限度减少实验室准备时间,简化并提高整个制备、执行和监控打印作业效率,并在共享系统时大大提升团队协作。nanoConnectX远程访问软件实现任意电脑连接到Quantum X shape系统进行远程执行,检查和控制整个打印作业。了解更多相关应用,欢迎联系Nanoscribe中国子公司纳糯三维科技(上海)有限公司
  • 赵玲娟:光子集成是光子技术的发展趋势
    p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 10月15日-16日,中国科学院半导体研究所、仪器信息网联合主办首届“半导体材料与器件研究与应用”网络会议(i Conference on Research and Application of Semiconductor Materials and Devices, iCSMD 2020),22位业内知名的国内外专家学者聚焦半导体材料与器件的产业热点方向,进行为期两日的学术交流。会议期间,中国科学院半导体研究所研究员赵玲娟研究员做了题为《InP基光子集成材料与器件及标准代工平台》的报告。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=D8139CACC0C50CC69C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=350& playerid=621F7722C6B7BD4E& playertype=1" type=" text/javascript" /script /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 电子和光子有很多不同,最典型的特征是电子由电场控制,电电相互作用强,可以存储,而光子是波导控制,光光相互作用弱,难存储,因此在集成方式大不相同。相比于电子集成,光子集成不仅需要改变材料和结构,还需要改变电子和光子相互作用,因此光子集成面临着两大挑战:一是高效的光电转换有源器件;二是低损耗的无源连接波导。而光子集成技术一般是通过半导体材料、微纳加工技术将不同功能的光子器件集成在单个衬底上,器件之间通过光波导连接,构成单片集成电路-片上光子系统。目前来讲,集成技术平台有硅基光子集成和InP基光子集成。赵玲娟认为,光子集成是光电紧密结合的产物,其终极目标是电子集成和光子集成融合实现片上系统。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 赵玲娟在报告中谈到,硅基光子和InP基光子集成技术各有不同的特点。硅基光子集成集成度高、规模大、生态成熟、有大企业支持,但缺乏有效发光和放大,且探测、调制带宽低于InP。而InP基光子集成功能全、器件性能优异,但集成难度大、生态不完善。此外,InP基光子集成有源无源耦合损耗低、能效高,而硅基光子集成需要外激光器,耦合损耗大、能效低,只能通过混合封装及异质外延解决。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 目前微电子集成主要以代工模式为主,在光子集成方面,硅光也是以代工(Fabless)为主,少数垂直整合制造(IDM)。硅光集成的部件包含有源器件,如激光器、调制器、探测器、放大器等,因此需要设计者与Foundry更紧密的融合。InP光子集成则呈现IDM和Fabless共存的局面,Fabless的主要代表是欧盟InP标准化代工平台JePPIX,而IDM的代表为Lumentum和Infinera。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在应用领域方面,光子集成芯片不仅仅用于光通讯,在生物医疗、传感、激光雷达、光收发器等也有很好的应用,在5G、数据中心、光接入网中的应用也越来越多。在市场趋势方面,硅基光子集成芯片发展迅速,InP分立器件维持市场主导,InP集成器件增长潜力巨大。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 赵玲娟在报告中还详细介绍了光子集成技术研究组的发展方向、核心技术和应用领域,代表性光子集成芯片有多波长光发射芯片、多波长锁模激光器和新型光发射芯片。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 报告中总结到:光子集成是光子技术的发展趋势;InP基和硅基光子集成将在不同的领域发挥不同的作用;标准化光子集成技术平台是光子集成的发展方式;光子集成芯片的产业化主要是IDM或者与标准化平台紧密结合的方式。 /p
  • 2020 年半导体十大关键子系统供应商名单出炉:ZEISS蝉联榜首,Horiba排名不变
    VLSI研究公司最近公布了2020年半导体及相关制造业关键子系统的主要供应商名单。数据显示,向芯片制造商提供用于子晶圆厂产品的公司今年表现不错,但那些直接向原始设备制造商提供产品的公司今年表现突出,一些供应商的销售额翻了一番。半导体、平板显示器和光伏产业关键子系统的前十大供应商。请注意,半导体销售额约占关键子系统总收入的86%。蔡司(ZEISS)蝉联榜首,而MKS Instruments超过Edwards获得第二名。由于减排子系统和干泵的需求温和,Edwards增长受阻,而MKS Instruments则受益于对射频功率子系统的强劲需求。领先的电力子系统供应商Advanced Energy扩大了与排名第五的Horiba的差距,VAT排名第六。Ichor Systems和Ultra Clean Technology继续交换位置,Ichor这次胜出并占据第七位。ASML今年首次进入前十名,因为布鲁克退出了这一排行榜,并以微弱优势超过EBARA获得第九名。干蚀刻室出货量的快速增长是推动RF信号源销售额上升的关键因素。2020年,RF工艺电源产品的销售增长了52%,而行业平均增长了18%,这使得MKS仪器、Advanced Energy和Comet(上升了6位至18位)在整个关键子系统市场中的份额不断增长。该报告还强调,前十大关键子系统供应商的主导地位正在趋于稳定。历史上,前十大供应商的市场份额一直在增加。在21世纪,重大的并购活动(特别是在金融危机之后)帮助巩固了关键的市场。然而,在过去的10年里,前十大供应商的市场份额总和稳定在50%左右。我们认为,目前已经达到了一个均衡水平,因为主要参与者在市场上拥有强大的既定地位,通过并购获得整个关键子系统市场重要市场份额的机会较少。数据来源:VLSI关键子系统报告(2021年3月)中发表的分析。
  • 1500万!同济大学非接触式自主配置全息测试子系统—结构表观多维度测试模块采购项目
    一、项目基本情况项目编号:Z20230815(代理机构内部编号:JSHC-2023050436S1)项目名称:同济大学非接触式自主配置全息测试子系统—结构表观多维度测试模块采购项目预算金额:1500.0000000 万元(人民币)最高限价(如有):1500.0000000 万元(人民币)采购需求:非接触式自主配置全息测试子系统—结构表观多维度测试模块1套合同履行期限:签订合同后6个月内完成并验收合格交付使用。本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间:2023年08月10日 至 2023年08月17日,每天上午9:00至11:30,下午13:30至17:00。(北京时间,法定节假日除外)地点:上海市普陀区中山北路2130号1701室方式:现场获取或通过邮箱获取采购文件。获取采购文件须提供的资料:加盖公章的授权委托书原件或扫描件、加盖公章的被委托人身份证复印件或扫描件,及汇款凭据的截图(转账时请务必备注公司名称+436S1)。获取采购文件电话:025-83609978(南京)/021-52181959(上海) 邮箱:jshc9999@163.com售价:¥500.0 元,本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问,请按以下方式联系。1.采购人信息名 称:同济大学     地址:上海市杨浦区四平路1239号        联系方式:沈老师 021-65983761      2.采购代理机构信息名 称:江苏省华采招标有限公司            地 址:上海市普陀区中山北路2130号17层            联系方式:刘翠红、胡晓秀 021-52181959            3.项目联系方式项目联系人:刘翠红、胡晓秀电 话:  021-52181959
  • 复旦大学研究团队自主研发国产高端多光子显微镜!
    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。
  • 微型化双光子显微镜研制十年路
    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。
  • 1128万!清华大学大视野双光子显微镜和在体神经元双光子成像系统采购项目
    一、项目基本情况1.项目编号:清设招第20230369号(TC23190EE)项目名称:清华大学大视野双光子显微镜采购项目预算金额:630.000000 万元(人民币)采购需求:(1)本次招标共1包:包号招标内容数量简要技术要求1大视野双光子显微镜1套详见采购需求本次招标、投标、评标均以包为单位,投标人须以包为单位进行投标,如有多包,可投一包或多包,但不得将一包中的内容拆分投标,不完整的投标将被拒绝。具体招标内容和要求,以本招标文件中商务、技术和服务的相应规定为准。(2)本项目接受进口产品投标。(3)本项目为非专门面向中小企业采购的项目。(4)用途:在视野双光子显微镜主要用于在≥5 mm直径的大视场下对单个神经元进行亚细胞级分辨率、视频帧频的功能成像,实现对空间上分离但在功能上关联的大脑区域的在体功能成像。该设备被用于跟踪具有钙指示剂的神经元群以获取小动物活体高分辨率高对比度的钙成像结果、小鼠全脑功能性活动和分布成像、小鼠全脑范围内跨区成像等方向,尤其在研究跨脑区的活体动物脑皮层神经元活动方面具有不可替代的作用。合同履行期限:交付时间为合同签订后90日内。2.本项目( 不接受 )联合体投标。项目编号:清设招第20230343号(TC23190EJ)项目名称:清华大学在体神经元双光子成像系统采购项目预算金额:498.000000 万元(人民币)采购需求:(1)本次招标共1包:包号招标内容数量简要技术要求1在体神经元双光子成像系统1套详见采购需求本次招标、投标、评标均以包为单位,投标人须以包为单位进行投标,如有多包,可投一包或多包,但不得将一包中的内容拆分投标,不完整的投标将被拒绝。具体招标内容和要求,以本招标文件中商务、技术和服务的相应规定为准。(2)本项目不接受进口产品投标。(3)本项目为非专门面向中小企业采购的项目。(4)用途:在体神经元双光子成像系统结合双光子成像技术和探头微型化设计,用于活体条件下长时间观察动物体内多个尺度、多层次的动态变化,以克服传统活体成像方式对动物的束缚压力、满足动物的自然行为需求如觅食、哺乳、休息等,以更真实地反映生物体内的生理动态过程。拟采购的设备在结合动物行为学特征研究活体动物的脑皮层神经元活动方面具有不可替代的作用,将服务于活体动物脑皮层神经元活动和动物行为学机制方面的研究。合同履行期限:交付时间为合同签订后90日内。本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间:2023年12月29日 至 2024年01月08日,每天上午9:00至12:00,下午12:00至16:00。(北京时间,法定节假日除外)地点:http://www.365trade.com.cn方式:本项目标书发售期内,请供应商通过汇款方式购买标书。纸质版文件请至中招国际招标有限公司9层911A领取(北京市海淀区学院南路62号中关村资本大厦)。电子版招标文件请在线上获取,获取网址http://www.365trade.com.cn。(详见特别告知)售价:¥500.0 元,本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问,请按以下方式联系。1.采购人信息名 称:清华大学     地址:北京市海淀区清华大学        联系方式:肖老师,010-62780052      2.采购代理机构信息名 称:中招国际招标有限公司            地 址:北京市海淀区学院南路62号中关村资本大厦            联系方式:张涵睿、陈思佳、蒋雪娜、邓嘉莹,010-61954121、4120、4122            3.项目联系方式项目联系人:张涵睿、陈思佳、蒋雪娜、邓嘉莹电 话:  010-61954121、4120、4122
  • “超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统”专项取得重要成果
    p   在国家自然科学基金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”(项目编号:31327901)的支持下,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,历经三年多的协同奋战,成功研制新一代高速高分辨微型化双光子荧光显微镜,并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。相关研究成果以“Fast high-resolution miniature two-photon microscopy for brain imaging in freely behaving mice”(高速高分辨微型化双光子显微镜在小鼠自由行为中获取大脑图像)为题于5月29日在线发表在Nature Method上。相关技术文档同步发表在Protocol Exchange上,并已申请多项专利。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/9523a7f7-b0b6-4b67-981d-b74805580c21.jpg" title=" 2017-06-14_094040.jpg" / /p p style=" text-align: center " 2.2g可佩戴式微型双光子显微镜 /p p   目前,各国脑科学计划的一个核心方向就是打造用于全景式解析脑连接图谱和功能动态图谱的研究工具。其中,如何打破尺度壁垒,整合微观神经元和神经突触活动与大脑整体的活动和个体行为信息,是领域内亟待解决的一个关键挑战。 /p p   新一代微型化双光子荧光显微镜体积小,重仅2.2克,适于佩戴在小动物头部颅窗上,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,其横向分辨率达到0.65μm,成像质量与商品化大型台式双光子荧光显微镜可相媲美,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。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。 /p p   此外,采用自主设计可传导920nm飞秒激光的光子晶体光纤,该系统首次实现了微型双光子显微镜对脑科学领域最广泛应用的指示神经元活动的荧光探针(如GCaMP6)的有效利用。 同时采用柔性光纤束进行荧光信号的接收,解决了动物的活动和行为由于荧光传输光缆拖拽而受到干扰的难题。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神经回路的活动。 /p p   微型化双光子荧光显微成像改变了在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式,可用于在动物觅食、哺乳、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   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   可以期待,微型化双光子荧光显微成像系统将为实现“分析脑、理解脑、模仿脑”的战略目标发挥不可或缺的重要作用。 /p
  • 国内首条多材料光子芯片生产线明年建成
    计算速度比电子芯片快约1000倍,功耗却更低——光子芯片,成为当下各国争相布局的前沿产业。随着芯片技术升级迭代,光子芯片有望成为新一代信息领域的底层技术支撑,正催生一大批新应用、新产业,拥有巨大的市场前景。记者从中关村前沿科技企业中科鑫通获悉,国内首条“多材料、跨尺寸”的光子芯片生产线预计将于2023年在京建成,填补我国在光子芯片晶圆代工领域的空白。芯片产业向“光”而行通俗地说,在传统的电子芯片中,数据传输的载体是电子,而在光芯片中,数据传输的载体变成了光子。相较于电子芯片,光子芯片具有高速并行、低功耗的优势,其运算速度及传输速率是电子芯片的1000倍,而功耗仅为电子芯片的九万分之一。1965年,英特尔联合创始人戈登摩尔提出摩尔定律,预测每隔18到24个月,芯片的晶体管密度就会增加一倍。摩尔定律此后不仅成为计算机处理器的制造准则,某种程度上也被看作科技行业发展的预言。然而,以硅为基础的电子芯片发展了几十年后,承载能力已经逼近物理理论的极限。光子芯片的出现,被看作突破摩尔定律的重要途径之一。一位芯片行业资深从业者介绍,当电子通过晶体管等传统集成电路元件时,会遇到阻力并产生热量。随着设计者不断将更多元件添加到芯片之中,产生的热量自然会升高。电子这一特性甚至成为了微型芯片性能提升的障碍,同时也是计算机能耗高的主要原因。相较之下,光子芯片不存在电阻问题,因此其产生的热量更少、能耗更低、计算速度也更快。全球权威IT咨询公司Gartner预测,到2025年全球光芯片市场规模有望达561亿美元(折合人民币约4041.16亿元)。中国工程院院士、清华大学教授罗毅此前在接受媒体采访时说,我国光电子芯片研究正和国际先进水平“并跑”。值得注意的是,在制造工艺上,光子芯片对结构的要求不像电子芯片那样严苛。“光子芯片不会像电子芯片那样必须使用极紫外光刻机(EUV)等极高端的光刻机,使用我国已经相对成熟的原材料和设备就能生产。”有二十余年芯片从业经验的中科鑫通微电子技术(北京)有限公司总裁隋军说。多材料生产线有望填补空白正因为光子芯片的诸多优势,芯片由“电”到“光”的转换,被视为国产芯片实现突破的重要技术路线之一。北京市第十三次党代会报告中提到,“围绕光电子、生命科学、低碳技术等领域前瞻布局未来产业”。在中科鑫通展厅,记者见到了不同大小的光子芯片晶圆。“加工后的晶圆经过切割等一系列工序后,就变成一颗颗芯片。”隋军说,与用来制作电子芯片的硅晶圆不同,光子芯片晶圆的衬底虽然也是硅,但是在衬底上还覆盖着一层氮化硅或薄膜铌酸锂等特殊光电材料。在创办中科鑫通前,隋军已深刻体会到国内企业在集成电路方面仍处于补短板的阶段。“在电子芯片领域,即便用同样的设备和材料,不同芯片代工厂生产出的芯片性能指标却大不相同,为什么?壁垒就在于工艺。”他说,目前的光子芯片产业发展中依然没有摆脱在设计和应用领域规模较大,而在设备、制造、封测等基础领域实力弱小的局面。至今,我国尚没有一家专业的光子芯片代工企业,国内光子芯片行业尚未形成成熟的设计、代工、封测产业链。隋军透露,中科鑫通目前正筹备建设国内首条“多材料、跨尺寸”光子芯片生产线,将于2023年建设完成,能满足通信、数据中心、激光雷达、微波光子、医疗检测等领域的市场需求。该生产线建成后,将填补我国在光子芯片晶圆代工领域的空白,有望加速国产光子芯片替代的规模化进程。光子芯片应用未来可期芯片除了应用于通信、供电、温度湿度感应,还能进行病毒检测。一个月前,在中关村前沿大赛集成电路领域决赛的舞台上,隋军在现场展示的生物光子芯片项目打开了不少人对芯片的想象空间。在光子芯片光波导上涂敷对病毒敏感的试剂,就能分析出病毒生物分子的类型以及含量。生物检测只是光子芯片的诸多应用场景之一。近年来,光子芯片的应用场景早已不局限于通信领域,广义上的光子芯片在工业、消费电子、汽车、国防等领域均有非常广泛的应用。例如在人工智能领域,光子芯片可应用于自动驾驶、语音识别、图像识别、医疗诊断、虚拟现实等。此外,现在的云计算和数据中心,已经大量采用了基于光子芯片的光收发模块,随着数据中心对于算力的需求与日俱增,光子芯片也有望发挥更大的作用。“未来两三年,我们将充分利用已有科研成果,在诸如病毒快速检测、激光雷达、量子计算机、大容量数据通信等领域提供切实可靠的国产核心芯片与方案支撑,加速国内量子信息、人工智能以及6G等前沿领域的实用化与规模化发展。”隋军说。
  • 中国首款“在体双光子显微成像系统”二类创新医疗器械获批上市!
    12月22日,由超维景公司自主研发的在体双光子显微成像系统获得江苏省二类创新医疗器械上市审批,其注册证编号为苏械注准20232061797,是中国首个基于双光子显微成像原理的医疗器械注册证。该产品用于医疗机构对体表上皮细胞及组织在体所成图像进行采集、储存、检索和显示,辅助医生进行临床诊断,具有实时、在体、原位、无创、动态的优势。该成像系统通过双光子激发角蛋白、NAD(P)H/FAD、弹性纤维、胶原纤维、黑色素等物质的自发荧光或谐波信号,不仅实现对表皮和真皮组织的高分辨率三维层切扫描成像,还可辅助识别组织组分、辅助判断代谢功能等,为皮肤科临床诊断和科学研究提供了一种多模态成像的新范式。皮肤结构示意图超维景由北京大学程和平院士及北大团队始创于2016年,是一家专注于高端生命科学仪器和医疗器械研发、生产和销售的国家高新技术企业。超维景的多学科交叉团队攻克了多项关键核心技术。2017年成功研制仅2.2g的超高时空分辨微型化双光子显微镜,在国际上首次获取了小鼠在自由行为过程中大脑皮层神经元和神经突触活动的动态图像,被 《Nature Methods》评为“2018年度方法”(无限制行为动物成像)。2023年微型化三光子显微镜再发《Nature Methods》,首次实现小鼠“深脑成像”。空间站皮肤双光子显微镜成功在空间站运行,是全球首次实现双光子显微镜在轨正常运行、首次在轨观测到航天员细胞结构和代谢成分信息。超维景成功开发一系列具有自主知识产权的微型化多光子显微成像系统,目前超维景已实现核心部件全部国产自主可控,科学家与企业家组合的创业团队未来将在多光子科研和医疗领域开拓创新并将积极开拓国内外市场。在生命科学和医学研究中,成像技术至关重要,是推动生命科学进步的核心动力,生物医学发展的历史大半部是成像技术的发展史。进入新千年,脑科学研究成为热点,根据《“十四五”规划纲要和2035年远景目标纲要》,我国脑科学与类脑研究将以脑认知原理解析、脑介观神经联接图谱绘制、脑重大疾病机理与干预研究等方向作为重点。中国要做原创科学,必须要有自己的仪器。超维景曾表示作为科技成果产业化的典型公司,将以自主创新的核心技术,将继续为我国的脑科学研究做出重要贡献,利用神经科学的基础研究成果来造福社会。
  • 1340万!清华大学高通量全自动切片成像系统和双光子显微镜采购项目
    一、项目基本情况1.项目编号:清设招第20230367号(TC23190EG)项目名称:清华大学高通量全自动切片成像系统采购项目预算金额:850.000000 万元(人民币)采购需求:(1)本次招标共1包:包号招标内容数量简要技术要求1高通量全自动切片成像系统2套详见采购需求本次招标、投标、评标均以包为单位,投标人须以包为单位进行投标,如有多包,可投一包或多包,但不得将一包中的内容拆分投标,不完整的投标将被拒绝。具体招标内容和要求,以本招标文件中商务、技术和服务的相应规定为准。(2)本项目不接受进口产品投标。(3)本项目为非专门面向中小企业采购的项目。(4)用途:高通量全自动光学切片成像系统是一种基于机械切削的全脑成像系统,该系统利用成像系统对样本表面进行成像,利用切片机对塑性包埋的样本进行表面组织切除,继续对新的表面荧光成像,最终实现了轴向分辨率为1um的完整鼠脑数据集的采集。本次拟采购的高通量全自动光学切片成像系统将被应用于全脑皮层神经元胞体与投射结构的重建与功能机制方向的研究。合同履行期限:交付时间为合同签订后90日内。2.本项目( 不接受 )联合体投标。项目编号:清设招第20230354号(TC23190EH)项目名称:清华大学双光子显微镜采购项目预算金额:490.000000 万元(人民币)采购需求:(1)本次招标共1包:包号招标内容数量简要技术要求1双光子显微镜1套详见采购需求本次招标、投标、评标均以包为单位,投标人须以包为单位进行投标,如有多包,可投一包或多包,但不得将一包中的内容拆分投标,不完整的投标将被拒绝。具体招标内容和要求,以本招标文件中商务、技术和服务的相应规定为准。(2)本项目接受进口产品投标。(3)本项目为非专门面向中小企业采购的项目。(4)用途:双光子显微镜使用长波长超快飞秒脉冲激光激发标本,在焦点部位产生特异荧光,从而得到荧光信号标记的对象在生物标本的分布,可以将实验扩展到在体和毫米厚度样品水平,在活体情况下进行深层次的光学成像,用于分析不同小动物模型蛋白、细胞和组织器官水平的动态微观结构,监控生理生化活动及各种治疗方法的效果,其配备的光刺激模块可应用于光遗传学实验,双波长飞秒脉冲激光可用于同时进行光刺激和双光子成像。设备在研究活体动物的脑皮层神经元活动和形态学方面具有不可替代的作用。合同履行期限:交付时间为合同签订后90日内。本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间:2023年12月29日 至 2024年01月08日,每天上午9:00至12:00,下午12:00至16:00。(北京时间,法定节假日除外)地点:http://www.365trade.com.cn方式:本项目标书发售期内,请供应商通过汇款方式购买标书。纸质版文件请至中招国际招标有限公司9层911A领取(北京市海淀区学院南路62号中关村资本大厦)。电子版招标文件请在线上获取,获取网址http://www.365trade.com.cn。(详见特别告知)售价:¥500.0 元,本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问,请按以下方式联系。1.采购人信息名 称:清华大学     地址:北京市海淀区清华大学        联系方式:肖老师,010-62780052      2.采购代理机构信息名 称:中招国际招标有限公司            地 址:北京市海淀区学院南路62号中关村资本大厦            联系方式:张涵睿、陈思佳、蒋雪娜、邓嘉莹,010-61954121、4120、4122            3.项目联系方式项目联系人:张涵睿、陈思佳、蒋雪娜、邓嘉莹电 话:  010-61954121、4120、4122
  • 双光子3D组织切割成像系统顺利落户,为组织切片研究注入新动力!
    近日,Quantum Design中国顺利将LLS ROWIAK双光子3D组织切割成像系统安装于北京某单位,并为用户进行详细的仪器介绍和操作培训。此次安装将为该单位提供更多组织切割领域的探索机会,并推动其在相关领域取得更多突破性进展。我们也相信设备优越的硬组织切片样本制备性能将为中国用户的相关研究添砖加瓦。双光子3D组织切割成像系统测试图德国LLS ROWIAK公司的TissueSurgeon是一款专门针对硬组织切割研发的一款快速、方便、灵活的双光子3D组织切割成像系统。该设备使用高速高能激光系统,能够对样品实施如同外科手术般精准的非接触式切割。其特有的多光子切割技术有别于目前市场上的任何产品,能够从样品的任意位置开始,在指定的样品部位直接进行切割并且不会对样品部位造成灼伤,同时这种切割也无需借助外力,能够有效避免金属刀片带来的金属污染和机械力损伤。TissueSurgeon与传统硬组织切割方案的对比:现场安装图片:设备安装完成Quantum Design中国工程师向客户讲解实验原理及操作相关产品:双光子3D组织切割成像系统-TissueSurgeon
  • 新品 | 全球首款光谱型深度成像多光子显微镜DIVE发布!
    徕卡显微系统发布全球首台光谱型深度成像多光子显微镜sp8 dive(deep in vivo explorer),帮助研究者轻松实现组织深处的多色荧光成像。 ● 首创4tune光谱检测器,实现多光子显微镜的光谱型检测。从此告别滤片,探针选择更自由,操作更简便。 ● 可调光束扩展器vbe,实现最精细成像和最深度成像之间的调节,实现最优共定位。 ● 可升级的成像平台,可根据需要随时添加功能模块。leica tcs sp8 dive - 光谱型深度成像多光子显微镜光谱自由(spectral freedom)sp8 dive配有独特的4tune – 光谱型直接检测器。它能够同时检测380nm至800nm范围内多达四种的颜色,如果使用顺序采集,则成像颜色数量不受限制。sp8 dive适应所有的荧光标记物,用户可自由选择荧光标记物组合。 ● dive提供多达3条激发谱线,覆盖整个红外激发范围达到1300nm,可同时激发多色荧光标记物 ● dive可自由调节荧光检测窗口,更有效分离多个荧光标记物,更高效率、更少串色 ● 可实时在线测试二次谐波(shg)信号 ● 允许光操作与成像同时进行4tune光谱检测器4tune用户界面confetti 小鼠小肠。蓝绿色:cfp;绿色:gfp;黄色:yfp;红色:rfp。直肠癌研究。样本来源: jacco van rheenen,荷兰乌得勒支大学。深度成像(deep insights)借助sp8 dive,你可以通过调节,可观察到最深层组织和最精细结构。sp8 dive具备最新的可调光束扩展器(vario beam expander,vbe),它可以给每个观察目标找到最佳照明方式。 优化调整每个物镜的光束直径。 精确调节,完美匹配样品。 校正每个物镜的 z 轴色差,实现完美共定位。 精准控制光操作的位置。最高分辨率成像(左)和最大深度成像(右)可调光束扩展器(vario beam expander,vbe)投资保护(investment protection)dive搭建在sp8通用型成像平台之上。整个sp8系列中的产品都是开放的,都可以与dive相结合。从超分辨率成像到光片成像,可自由组合配置。根据用户的需求随时进行系统升级和改造,扩展平台功能,始终追随您的研究方向。上图: 通用型平台sp8 (左),sted 超高分辨率成像 (中),hyvolution 高分辨率成像(右)下图: 相干反斯托克斯拉曼散射cars (左),光片成像 (中),单分子检测smd (右)苏黎世大学显微成像与图像分析中心的平台主任urs ziegler在试用之后这么评价dive系统:系统非常灵活,易于操作。你不需要手动调节滤片,可以使用你能想到的任何染料。如果使用者已经了解共聚焦成像,那么操作软件就十分容易,不需要培训。dive令你不用再考虑如何组合不同的滤片和染料。虽然这些组合理论上可行,但是操作起来很不容易。这是一个非常大的进步。在活细胞成像中,你可以使用不同的染料,以及二次谐波和三次谐波。这些都能用dive轻松实现。urs ziegler (左) 在试用sp8 dive。section class="__bg_gif" data-order="0" style="margin: -1.6em 0px 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box word-wrap: break-word !important width: 3em height%
  • 迷你《星际迷航》:中科大实现单光子高维量子态瞬间传输
    p style=" text-indent: 2em " 《星际迷航》式的“瞬间传输”虽然只停留在科幻作品中,但量子信息学家们对于“瞬间传输”一个粒子的量子态已经有了经验。 /p p style=" text-indent: 2em " 这种被称作“量子隐形传态”(quantum teleportation)的技术,本质上是不改变一个粒子(如一个光子)位置的情况下,把其上的特定信息在遥远的另一个粒子上重建起来,中间无需具体的传送物质,就像是魔术里面的“大变活人”。 /p p style=" text-indent: 2em " 只不过,过去科学家们只做到了二维量子态的隐形传态,近日,中国科学技术大学郭光灿院士团队李传锋、柳必恒研究组报告了最新进展:利用6光子系统,他们对单光子的三维量子态实时了高效的隐形传送。 /p p style=" text-indent: 2em " 郭光灿团队认为,高维量子隐形传态相比起二维系统具有信道容量更高、安全性更高等优点。相关技术可用于其他高维量子信息研究,为构建高效的高维量子网络打下坚实基础。 /p p style=" text-indent: 2em " 量子隐形传态 /p p style=" text-indent: 2em " 量子隐形传态需要基于一种量子世界里的奇妙现象实现,那就是“量子纠缠”。 /p p style=" text-indent: 2em " 处于纠缠态的两个微观粒子不论相距多远都存在一种关联,其中一个粒子状态发生改变(比如人们对其进行观测),另一个的状态会瞬时发生相应改变,仿佛“心灵感应”。比方说,如果一个光子的偏振态是“向上”的,那么另一个光子的偏振态必然是“向下”的。 /p p style=" text-indent: 2em " 制备出这样一对纠缠起来的光子,科学家们就可以进一步开展“大变光子”的演示。 /p p style=" text-indent: 2em " 我们假设小红想把手上1号光子的量子态传给小明。那么,科学家就制备出一对纠缠起来的2号光子和3号光子,通过光纤传输、或是通过卫星分别发给小红和小明。接着,小红对1号光子和2号光子进行一种特定的操作,称为“贝尔态测量”(BSM)。根据量子的一些基本特性,1号光子和2号光子经过测量之后,他们的量子态会改变,与2号光子处于纠缠态的3号光子也会发生相应变化。在得到某一个测量结果时,小明手上的3号光子恰好会变到1号光子最初的状态,隐形传态就此完成。 /p p style=" text-indent: 2em " 1993年,IBM的查尔斯· 本内特(Charles H. Bennett)和其他5位科学家一起提出了这个奇妙的构想,后来在1997年由奥地利因斯布鲁克大学的蔡林格(Anton Zeilinger)团队首次实现了单光子自旋态的传输。 /p p style=" text-indent: 2em " 2017年,“墨子号”量子通信实验卫星宣布实现了卫星和地面站之前遥远的星地量子隐形传态。 /p p style=" text-indent: 2em " 从二维到多维 /p p style=" text-indent: 2em " 不过,此前实验通常传输的是光子的偏振态这个量。偏振态是一个二维态,可以在二维空间中由两个本征矢量描述。 /p p style=" text-indent: 2em " 但郭光灿团队认为,光子自然存在其他一些多维态,例如轨道角动量、时间模式、频率模式和空间模式等,多维系统在量子世界里更为普遍。因此,要完全远程重建单光子的量子态,需要进行多维态的隐形传送。 /p p style=" text-indent: 2em " 论文指出,传送高维量子态主要存在两大挑战。一是要产生高质量的高维纠缠态,这是量子隐形传态的基础。 /p p style=" text-indent: 2em " 为此,李传锋、柳必恒等人从2016年开始就采用光子的路径自由度编码,解决路径比特相干性问题,制备出高保真度的三维纠缠态。他们也解决路径维度扩展问题,实现了32维量子纠缠态,此外,他们实现了高维量子纠缠态在11公里光纤中的有效传输。 /p p style=" text-indent: 2em " 二就是要对光子实施高维贝尔态测量。理论研究表明,在线性光学体系中,必须采用辅助粒子才能实现高维量子隐形传态。 /p p style=" text-indent: 2em " 在量子隐形传态原本的模型里只有三个光子,郭光灿团队发现,利用? log2(d )? -1个辅助纠缠光子对,就可高效实现d维量子隐形传态。也就是说,传输3维量子态,需要1对辅助纠缠光子。 /p p style=" text-indent: 2em " 在这里,小红想要把1号光子的三个空间模式量子态传给小明,除了双方各自得到纠缠起来的2号光子和3号光子以外,小红还要在辅助纠缠光子对4号和5号的帮助下进行高维贝尔态测量,把测量结果通过传统信道(比如打电话)告知小明。最后,小明要根据小红的测量结果对手上的3号光子执行适当的操作,就能把它转变为1号光子的初始状态。 /p p style=" text-indent: 2em " 实验结果表明,量子隐形传态保真度达59.6%,以7个标准差超过了经典极限值1/3,证实了三维量子隐形传态过程的量子特性。 /p p br/ /p
  • 清华大学330万元采购单光子自适应高速三维显微成像系统,仅限国产
    8月24日,清华大学公开招标购买1套单光子自适应高速三维显微成像系统,预算330万元,仅限国产。  项目编号:清设招第2021172号  项目名称:单光子自适应高速三维显微成像系统  预算金额:330.0000000 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采购预算(人民币)01单光子自适应高速三维显微成像系统1套否330万元  设备用途介绍:实验需要对在体活细胞进行清晰地大范围亚细胞结构动力学过程观测,比如细胞器间的相互作用、胚胎发育过程、神经响应等等,必须能够高速获取大范围的三维荧光信号。  单光子自适应高速三维显微成像系统的成像方式极大的提高了成像速度及有效的解决了系统及样品的像差问题,同时大大降低了激光对样品的损伤,能够实现更长时间的活体观察,其图片能观察细微的差别,分辨亚细胞水平动力学及结构,成像质量非常高。  简要技术指标 :  1)基本配置:系统由以下主要模块组成  倒置荧光显微镜   多波段激光器   数据采集系统   图像处理系统。  2)技术要求:  系统分辨率:XY小于250nm,Z小于400nm   图像采集系统:支持活体哺乳动物三维图像采集   图像处理系统:专业处理器i9 10920,内存不小于128GB,固态硬盘不小于10T,显卡Nvidia RTX2080TI。  合同履行期限:交货时间:合同签订后5个月内  本项目( 不接受 )联合体投标。 开标时间:2021年09月14日 09点00分(北京时间)
  • 微型化多光子显微镜揭秘大脑,开启自由活动动物成像新范式——超维景生物科技研发总监胡炎辉
    近年来,光学成像技术如荧光分子成像、光声成像和生物发光成像等广泛应用于小动物活体成像。同时,多模态成像技术的兴起将多种成像技术结合,为小动物活体成像提供了更精确和信息丰富的工具。为帮助广大用户及时了解小动物活体成像前沿技术、产品与整体解决方案,仪器信息网特别制作【小动物活体成像技术创新突破进行时】专题,并策划“小动物活体成像技术”主题征稿活动,以期进一步帮助广大用户从多维度深入了解小动物活体成像技术应用、主流品牌、市场动态以及相关内容。本期约稿特别邀请超维景生物科技有限公司研发总监胡炎辉,就小动物活体成像技术发展、市场规模及未来趋势进行分享,并就超维景生物科技在面对小动物自由运动活体成像瓶颈取得的突破性进展。 本期嘉宾:胡炎辉,超维景生物科技有限公司 研发总监 胡炎辉,超维景生物科技有限公司研发总监。2018年毕业于北京大学,电路与系统专业,曾参加基金委国家重大仪器专项,负责逻辑控制、微弱信号探测及系统设计,在激光扫描显微成像、微弱信号探测及高速信号处理等技术方向有着多年的积累。2017年至今,作为超维景核心创始团队成员之一,参与公司技术专利20余项,开发了新一代双光子成像处理平台,推出了科研、医疗等多款多光子产品,具有丰富的产学研融合开发及落地经验。——01—— 从单光子到多光子成像,推动活体成像技术发展在医学和生命科学研究的领域内,不断的革新和突破在成像技术方面是推进科学发展的关键,同时也是推动新的生物学发现和进步的重要引擎。其中,多光子成像技术通过激光与生物样本内的分子和原子相互作用产生荧光反应,以荧光显微的形式,允许我们以无损害的方式直接观察到组织的内部结构。尽管生物样本本身对光有较好的透光性,它们也具有强烈的散射特性。通常,细胞水平的高分辨成像技术在生物组织中的穿透深度“软极限”大约为1mm。不过,使用更长波长的激光可以减小对光的散射,并且增强穿透力。多光子吸收提供了一种非线性的荧光激活方法,其中双光子和三光子吸收的波长分别是单光子激发的两倍和三倍。与单光子相比,多光子成像可以实现几乎10倍的成像深度增强。这种非线性激发方法也带来了更高的信号-背景比及更优秀的层析成像能力。所有这些成像上的优势使得多光子成像特别适合用于复杂条件下的活体成像研究,成为一种在这些应用中非常重要的工具。Winfried Denk于1990年在康奈尔大学发明了世界上第一台双光子激光扫描显微镜。而自21世纪初以来,随着超快激光技术的突破及商业化,双光子显微成像技术迅速成为最广泛使用的活体动物成像方法。特别值得提及的,超维景的创始人程和平院士早在1992年就开始涉足双光子显微技术,成为最早的技术参与者之一,并致力于推广这一技术。历经近三十年的发展,双光子显微成像技术已变得在脑科学研究中不可或缺。尽管传统的台式双光子显微镜分辨率高,但它们体积庞大且重量重,需将实验动物固定或麻醉以完成成像,因此无法适用于自由活动的动物。微型单光子成像技术可以实现对自由活动的小鼠进行成像,但它在分辨率和对比度方面相对较低,难以达到亚细胞级别的分辨率和三维成像效果。——02——直面脑科学研究自主研发工具挑战,2.2克微型化双光子显微镜“轻装上阵”打造用于全景式解析脑连接和功能动态图谱的研究工具是当代脑科学的一个核心方向。针对如何在自由行为动物上绘制大脑神经元功能图谱的难题,超维景团队研发出了头戴式2.2克微型化双光子显微镜,首次实现自由活动小鼠大脑神经元和突触水平钙信号功能成像,为脑科学研究提供了革命性的新工具。这项技术解决了困扰领域近20年的挑战,显著领先于美国脑计划催生的微型化单光子技术,入选“2017年度中国科学十大进展”,并被评为Nature Methods“2018年度方法”。依托此技术建成“南京脑观象台”,为中国脑计划提供了“人无我有”的支撑平台;专利技术的产业转化实现高端显微成像装备自主创制的突破,完成对欧美国家的整机出口,累计实现销售额过亿元。通过技术拓展,研发了应用于人体的手持式双光子显微镜,在临床医学与航天医学中具有巨大的应用前景。为病理诊断技术带来一种全新的手段,成为临床疾病精准检查的重要工具。这项技术成果属于国家基金委重大仪器专项转化的科技成果,是国家在高端装备研发方向投入的典型产出代表。除了在脑科学、医疗应用领域的技术贡献之外,同时彰显了中国也可利用具有自主知识产权的国际领先的技术,实现在高端仪器方向的突破,提振了中国科学家在高端仪器装备方向的研究信心,并以此为核心技术来推动国内以及国际的科学研究大计划,对国内的脑科学研究领域也起到积极引领作用。——03——深耕小动物自由运动活体成像,持续提升核心竞争力超维景公司始创于2016年,公司核心力量来自北京大学院士创建和领导的多学科交叉团队,是一家专注于高端生物医学成像设备研发、生产和销售的国家高新技术企业。2017年,超维景核心团队成功研制仅2.2g的超高时空分辨微型化双光子显微镜,在国际上首次获取了小鼠在自由行为过程中大脑皮层神经元和神经突触活动的动态图像,被评为“2017年度中国科学十大进展”和《Nature Methods》“2018年度方法”(无限制行为动物成像),开启自由活动动物成像新范式,研究成果可应用于脑认知基本原理研究、脑重大疾病机理研究和脑疾病的药物研究,本技术进一步可应用于临床实时在体无创细胞级检测。部分获奖照片“微型化”是指将显微镜做到拇指大小,可以佩戴在小鼠头上,同时不影响小鼠的自由活动,进而观察小鼠在觅食、社交、睡觉等自主行为时大脑神经元的真实活动和功能连接。超维景的微型化显微镜体积微小,让小鼠能够“戴着跑”,实现了自由行为动物的清晰稳定成像,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,观察神经突触、神经元、神经网络等的动态变化,从而获取小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动的动态图像。2.2g微型双光子荧光显微镜2021年,团队的第二代微型化双光子显微镜将成像视野扩大了7.8倍,同时具备获取大脑皮层上千个神经元功能信号的三维成像能力,原始论文发表于《Nature Methods》。2023年2月,团队将微型化探头与三光子成像技术结合,成功研制微型化三光子显微镜,重量仅为2.17克,并在 《Nature Methods》 发表文章。一举突破了此前微型化多光子显微镜的成像深度极限,首次实现对自由行为小鼠的大脑全皮层和海马神经元功能成像,为揭示大脑深部结构中的神经机制开启了新的研究范式。 《Nature Methods》发表相关技术成果2023年2月,神州十五号航天员乘组使用由我国自主研制的空间站双光子显微镜开展在轨实验任务并取得成功,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千层的三维图像,为未来开展航天员在轨健康监测研究提供了全新工具。图为神舟十五号航天员乘组在轨使用空间站双光子显微镜2023年12月,由超维景公司自主研发的在体双光子显微成像系统获批上市,是中国首个基于双光子显微成像原理的医疗器械。本次研发是首次实现脑科学技术跨学科助力皮肤检测的技术应用,将最前沿的双光子显微成像技术引入现代皮肤医学检测领域,实现“实时、无创、在体、原位、无标记”的高分辨率皮肤细胞及胞外组织三维成像,为患者和医生带来便利。——04——布局微型化多光子产品体系,开启自由行为动物显微成像新范式解析脑连接图谱和功能动态图谱是我国和世界多国脑计划的一个重点研究方向,但传统的多光子显微镜进行常规脑成像通常需要将动物的头部固定在台式显微镜上,这严重限制了模式动物的自由生理状态。为此需要打造自由行为动物佩戴式显微成像类研究工具。基于团队及技术发明,超维景已布局微型化多光子成像产品体系,并成功实现多款产品的产业化,包括SUPERNOVA-100一体式微型化双光子显微镜、SUPERNOVA-600集成式微型化双光子显微镜与SUPERNOVA-3000微型化三光子显微镜等,解决了困扰领域近20年的挑战,显著领先于美国脑计划催生的微型化单光子技术。超维景微型化多光子显微成像系列产品,可以在微观尺度上、不干扰自由运动动物行为的前提下,对大脑神经元和神经突触进行无创性观察和实时、动态成像,为研究神经科学、行为学、认知科学等多个领域提供了新的视角和手段,从而为脑健康研究开辟新的道路。树突棘成像 单树突棘级分辨率 神经元轴突与亚细胞结构成像 ——05——持续加码小动物自由运动活体成像系统“科研+临床”的广阔应用脑科学机理研究。大脑是一个极度复杂的器官,目前,各国脑科学计划的一个核心方向就是打造用于全景式解析脑连接图谱和功能动态图谱的研究工具。其中,如何打破尺度壁垒,融合微观神经元和神经突触活动与大脑整体的信息处理和个体行为信息,是领域内亟待解决的一个关键挑战。要想实现动物在体脑功能实时成像的研究,能够观察到整个皮层甚至更为深入的其他脑区,涉及到仪器开发、手术技术、生物研究等等不同的方面领域,技术挑战非常大。为了真正解密大脑的工作原理和流程,人们需要在对大脑神经元高分辨成像的同时,被观察者能够自由的正常活动,也就是最理想的脑功能成像需要被观察者在自由运动状态下进行脑功能观测。脑疾病机理研究。目前一些重要的脑疾病,如自闭症、精神类疾病、老年痴呆症等都是全世界的难题。以老年痴呆症为例,根据得病率统计,85岁以上老人中的 50%患有老年痴呆。预计到2050年,中国将有近1亿患者的生活需要照顾、需要医疗系统的救助,这是严重的社会负担。通过本技术对脑科学疾病研究,如果有新发现,对于老年痴呆症,就可能找到早期诊断的方法,早发现、早干预,把严重症状出现期从85岁延缓到95岁,社会负担就可以大大减轻,提高国民生活质量。神经药物筛选。微型化双光子显微镜不仅可以“看得见”大脑工作的过程,还将为可视化研究自闭症、阿尔茨海默病、癫痫等脑疾病的神经机制发挥重要作用。而此类疾病的药物开发,由于缺少快速直接的药效反馈手段,而大大受阻。微型化双光子技术的应用将极大的推动此类神经疾病药物的开发进程,为人类脑疾病的诊断和治疗提供新的手段。携手全球合作伙伴,携手共谋发展。微型化多光子成像系统已获得国内的上亿元订单,以及国外的数千万元订单。其中,国内用户包括北京大学、中科院上海神经所、中科院深圳先进技术研究院、复旦大学、上海交通大学、西湖大学、中山大学、华南理工大学、南京脑观象台等。国外用户包括加州理工、纽约大学、德国马普神经所、德国波恩大学、德国马普鸟类研究所等。未来,超维景将在多光子显微成像技术继续深挖“科研+临床”的广阔应用,这将作为神经探索领域的引路明灯,照见更多未知的领域。参考文献:• Zhao, C., et al. (2023). Miniature three-photon microscopy maximized for scattered fluorescence collection. Nat Methods, 2023 Apr 20(4):617-622.• Zong, W., et al., Miniature two-photon microscopy for enlarged field-of-view, multi-plane and long-term brain imaging. Nat Methods, 2021. 18(1): p. 46-49.• Zong, W., et al., Fast high-resolution miniature two-photon microscopy for brain imaging in freely behaving mice. Nat Methods, 2017. 14(7): p. 713-719.
  • 多光子电离飞行时间质谱检测小乳化液滴的发展
    据Applied Sciences报道,日本福井大学工学研究所材料科学与工程系的研究人员使用多光子电离飞行时间质谱法开发了一种用于测量水包油(O / W)乳液中的小油滴的系统。  在本研究中,使用内径为15μm的毛细管柱引入样品,同时构建了一个小巧的微观系统,用于观察流过毛细管柱的乳液。结果,缩短了样品引入的长度,这对直接评估乳液非常有利。使用该系统,O / W乳液中可检测的甲苯液滴的最小直径减小到1.7μm。本系统可用于评估乳液的局部微环境和稳定性。设备示意图,上部为用于样品引入的一对同心毛细管柱的放大图  Schematic diagram of the apparatus. An enlarged view of a pair of concentric capillary columns for sample introduction is also shown  引自:Article (PDF Available) ?in?Applied Sciences 8(3) March 2018?  原文可参考:  https://www.researchgate.net/publication/323836913_Development_of_Multiphoton_Ionization_Time-of-Flight_Mass_Spectrometry_for_the_Detection_of_Small_Emulsion_Droplets  符斌供稿
  • 上海微系统所等研制出移动式高效率超导单光子探测系统
    近日,中国科学院上海微系统所李浩、尤立星团队等研制出基于小型液氦杜瓦(工作温度4.2K)、在1550nm波段系统探测效率超过70%的移动式超导单光子探测系统,为未来开展基于移动平台(机载、车载等)的高性能单光子探应用铺平了道路。相关研究成果以《在1550nm波段探测效率超过70%的移动式超导条带光子探测系统》(Mobile superconducting strip photon detection system with efficiency over 70% at a 1550 nm wavelength)为题,发表在《光学快报》(Optics Express)上。超导条带光子探测器(SSPD,Superconducting strip photon detector)作为高性能的单光子探测器,广泛应用于量子信息和弱光探测等领域,推动了相关领域的科技进步。然而,SSPD的综合探测性能依赖于器件的工作温度(温度越低,系统探测效率越高)。迄今为止,高效率的SSPD系统通常需要使用GM制冷机(T≤2.5 K)、吸附式制冷机(T≤0.85 K)甚至更低温度的制冷机。这些系统的质量、体积、功耗等成为限制SSPD在机载等移动平台应用的关键原因。若能在4.2K工作温度实现高效率SSPD,便可利用小型液氦杜瓦构建小型、低功耗、短时工作的超导单光子探测系统,为无人机、航空等移动平台应用提供可行的解决方案。SSPD的光响应性能与超导薄膜材料的无序度密切相关。利用高无序超导薄膜材料调控技术实现面电阻更高的超导薄膜材料,增强SSPD的探测灵敏度是提升SSPD工作温度的方法之一。本研究利用面电阻超过600Ω的NbTiN超导薄膜材料实现了4.2K工作温度近饱和探测效率的SSPD。同时,该工作研发制造了SSPD专用的小型液氦杜瓦,结合基于电池的低功耗电路模块,实现了探测效率超过70%的移动式单光子探测系统。研究工作得到国家自然科学基金和上海市“扬帆计划”等的支持。(左)液氦杜瓦的系统图;(右)移动式SSPD系统探测效率和暗计数性能曲线
  • 答疑解惑丨关于Cla多联系统的几大疑问?
    由于Cla系列发酵罐的模块化设计特点,使得它成为多联发酵罐的不二之选。而随着Cla多联系统发酵罐逐渐走入市场,许多疑问也随之产生,HOLVES 将用本篇文章为客户进行解答。(霍尔斯Cla系列发酵罐)(Cla多联系统呈现方式)疑问一:多联罐系统究竟如何连接?Cla多联系统是类似搭积木的方式,将功能模板与机箱、罐体进行联合。每个罐体的参数监测电极线与机箱连接,另外置交换机通过网线将每个机箱连接,进行数据传输、控制,由其中一台机箱配置14寸HMI进行总控。(Cla多联系统 连接示意图)疑问二:总线是什么?总线是一种描述电子信号传输线路的结构形式,是一类信号线的集合,是子系统间传输信息的公共通道。通过总线能使整个系统内各部件之间的信息进行传输、交换、共享和逻辑控制等功能。疑问三:Cla多联系统使用哪种控制网络?目前,在工控领域,应用最广泛的是工业以太网技术和工业现场总线技术。基于产品的强度、适用性以及实时性、可互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性等方面的需要,我们的Cla多联系统选择了工业以太网总线技术中非常具有影响力的西门子PROFINET协议。在发酵罐多联系统中,总线交换机是所有机箱数据传输的媒介,交换机内部的CPU会在每个端口即每台机箱成功连接时,通过将物理地址(MAC)和端口对应,形成一张MAC表。在今后的通讯中,发往该地址的数据将仅送往其对应的端口,而不是所有的端口。疑问四:以太网总线设计的优点是什么?① 交换机有带宽很高的内部交换矩阵和背部总线,并且这个背部总线上挂接了所有的端口,通过内部交换矩阵,就能够把数据包直接而迅速地传送到目的机箱而非所有机箱,这样就不会浪费网络资源,从而产生非常高的效率。② 数据传输的安全程度非常高。③ 交换机的数据带宽具有独享性。在这样的前提下,在同一个时间段内,交换机就可以将数据传输到多个机箱之间。疑问五:多台Cla210单罐可以并联使用吗?Cla多联罐系统可以拆分为单罐使用吗?在这个问题的答案之前,需要知道单罐与多联系统的其中两个特殊性:① 单罐系统配置10寸触摸屏,多联系统配置14寸触摸屏,这个尺寸大小是根据其中的系统固定的,无法进行更改;② 单罐系统内置交换器,而多联系统还需要增设外置交换器用于数据的传输。单罐如何变成多联罐:如果客户购买了多台Cla210单罐系统,在后续的使用中希望把其改为多联系统使用,需要专业的工程师上门改装,另增设多联系统的14寸触摸屏总控,与一个外置的交换器进行数据传输。多联系统如何变为单罐:客户购买了多联系统后需要更换为单罐系统,需要联系HOLVES专业工程师,上门将每台机箱上增设10寸触摸屏,取消外置交换器,并将部分线路重新改装。综上,根据不同客户的不同需求,Cla系列都可以灵活适用,但必须要HOLVES专业的工程师进行操作。疑问六:多联系统功能界面与单罐功能界面的不同?多联罐的主控界面如下图所示,所有罐体的主要参数数据都会在总界面显示,方便监控。( 图例为Cla三联罐系统 主控界面 )需要单个进行参数细节调控或者其他功能,可以展开具体的单罐操纵界面,如图下所示。( Cla多联系统 控制选择界面 ) ( Cla单罐控制界面 )以上为霍尔斯Cla系列发酵罐,多联系统的相关问题解答,如有其他疑问,可与我们联系,霍尔斯将为您解答。
  • 中国科大利用磁光力混合系统实现可调谐微波-光波转换
    中国科学技术大学郭光灿院士团队在磁光力混合系统研究方面取得新进展。该团队的董春华教授研究组将光力微腔与磁振子微腔直接接触,证明该混合系统支持磁子-声子-光子的相干耦合,进而实现了可调谐的微波-光波转换。该研究成果于2022年12月9日发表在国际学术期刊《Physics Review Letters》。   不同的量子系统适合不同的量子操作,包括原子和固态系统,如稀土掺杂晶体、超导电路、钇铁石榴石(YIG)或金刚石中的自旋。通过将声子作为中间媒介,可以实现对不同量子系统的耦合调控,最终构建能发挥不同量子系统优势的混合量子网络。目前,光辐射压力、静电力、磁致伸缩效应、压电效应已被广发用于机械振子与光学光子、微波光子或磁子的耦合。这些相互作用机制促进了光机械领域和磁机械领域的快速发展。在前期工作中,研究组利用YIG微腔中的磁振子具有良好的可调谐特性,结合磁光效应实现了可调谐的单边带微波-光波转换(Photonics Research 10, 820 (2022))。但是由于目前磁光晶体微腔的模式体积大、品质因子难以进一步突破,从而限制了磁光相互作用强度,导致微波-光波转换效率较低。相比之下,腔光力系统虽已实现高效的微波-光波转换,但由于缺乏可调谐性,在实际应用中会受到限制。 图注:a-b.磁光力混合系统示意图,支持磁子-声子-光子相干耦合;c.微波-光波转换。   该工作中,研究组开发了一种由光力微腔和磁振子微腔组成的混合系统。系统中可以通过磁致伸缩效应对声子进行电学操控,也可以通过光辐射压力对声子进行光学操控,而且不同微腔内的声子可以通过微腔的直接接触实现相干耦合。基于高品质光学模式对机械状态的灵敏测量,课题组实现了调谐范围高达3GHz的微波-光学转换,转换效率远高于以往的磁光单一系统。此外,研究组观测了机械运动的干涉效应,其中光学驱动的机械运动可以被微波驱动的相干机械运动抵消。总体而言,该磁光力系统提供了一种有效进行操控光、声、电、磁的混合实验平台,有望在构建混合量子网络中发挥重要作用。   沈镇、徐冠庭、张劢为该论文的共同第一作者,董春华为该论文的通讯作者。上述研究得到了科技部重点研发计划、中国科学院、国家自然科学基金委、量子信息与量子科技前沿协同创新中心等单位的支持。
  • 国际首台超高时空分辨原位多尺度量子测量系统通过项目验收
    2024年4月22日,中国科学院主管业务局组织专家组对物理所承担的国家重大科研装备研制项目“超高时空分辨原位多尺度量子测量系统的研制”进行了验收。专家组听取了项目负责人白雪冬研究员整体工作汇报、许智高级工程师原位电镜低温扫描探针装置和刘开辉教授原位电镜超快光学装置两个子系统的研制报告,以及用户报告、技术验收报告、档案验收报告和财务验收报告,现场核查了仪器设备运行情况和项目文档。专家组认为,项目组研制的超高时空分辨原位多尺度量子测量系统为国际首台,全部技术指标达到考核要求,圆满完成了总体目标,同意通过验收。该系统基于数字信息光学原理,发明了适用原位电镜的超快光谱测量技术,实现了超快脉冲光的光纤聚焦和扫描,解决了原位光谱测量实验中保持样品稳定和光纤信号保真采集的技术难题,使得原位电镜超快光学研究达到了原子分辨水平,技术专家现场测试时间分辨率为317飞秒。该系统还实现了原位电镜液氦杜瓦低温和变温条件下的电输运性质测量。项目组利用自主研制的装置,做出了原创性科研工作,成果发表在Nature等杂志上。原位电镜超快光学测量装置验收会现场
  • 深圳先进院等研发出新型无标记血管成像双光子显微系统
    p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 近日,中国科学院深圳先进技术研究院研究员郑炜团队、北京大学教授施可彬团队合作,研制出首台短波长(520纳米)激发的双光子显微系统。该系统可用于毛细血管的高分辨率、无标记、无创活体成像,相关成果论文In vivo label-free two-photon excitation autofluorescence microscopy of microvasculature using a 520 nm femtosecond fiber laser发表在Optics Letters上。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 对微血管网络在其自然环境中进行形态评估,为理解感染、高血压、糖尿病、缺血、癌症等各种疾病的发生和发展提供了独特视角。目前,无需标记物的高分辨率三维成像技术的缺乏,限制了对微血管的体内研究。以往采用蓝宝石激光器(波长范围:700-1000纳米)作为光源的普通双光子显微系统给血管成像时,由于血管自身几乎不发荧光,需要提前在血管中注射荧光染料。近年来,科研人员发现红细胞在可见光飞秒激光激发下可发出微弱的自发荧光信号。但以往研究只能依赖蓝宝石激光器和光参量振荡及放大技术或光子晶体光纤(PCF)产生超连续谱这两种方法来获得可见光波段(400-700纳米)的飞秒光。这些方法存在激光器体积大,价格昂贵,结构复杂,易受环境影响等问题。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该研究借助施可彬团队自行研制的520纳米高功率飞秒光纤激光器,采用短波长激发和荧光寿命成像相结合的技术,实现了毛细血管的无标记、活体、高分辨成像。整个双光子显微系统横向分辨率达到260纳米,纵向分辨率为1.3微米,在体成像深度可达200微米。该设备的研发将为后续血管相关的疾病机理研究与治疗策略探索提供重要工具。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 该研究得到国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目支持。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a href=" https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-45-10-2704" target=" _self" span style=" color: rgb(0, 176, 240) " strong span style=" text-indent: 2em " 论文链接& nbsp /span /strong /span /a /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" text-indent: 2em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202005/uepic/aa10e0df-e883-46ef-ad83-b8c46ccd44d1.jpg" title=" 1.PNG" alt=" 1.PNG" / /span /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong span style=" text-indent: 2em " (a)血红细胞和(b)毛细血管的无标记、高分辨成像结果 /span /strong /p
  • 556万!福建中医药大学计划采购双光子显微成像系统
    一、项目基本情况项目编号:[3500]FJLQ[GK]2022097项目名称:福建中医药大学双光子显微成像系统采购项目采购方式:公开招标预算金额:5,560,000.00元采购包1(福建中医药大学双光子显微成像系统采购项目的合同包1):采购包预算金额:5,560,000.00元采购包最高限价: 5,560,000.00元投标保证金: 0元采购需求:(包括但不限于标的的名称、数量、简要技术需求或服务要求等)品目号品目编码及品目名称采购标的数量(单位)允许进口简要需求或要求品目预算(元)1-1A02109900-其他仪器仪表双光子显微成像系统1(套)是详见招标文件5,560,000.00本采购包不接受联合体投标合同履行期限:自合同生效之日起至合同约定的合同义务履行完毕。二、申请人的资格要求:1.满足《中华人民共和国政府采购法》第二十二条规定 2.落实政府采购政策需满足的资格要求:采购包1:无3.本项目的特定资格要求:采购包1:(1)①节能产品政府采购品目清单中的台式计算机,便携式计算机,平板式微型计算机,激光打印机,针式打印机,液晶显示器,制冷压缩机,空调机组,专用制冷、空调设备,镇流器,空调机,电热水器,普通照明用双端荧光灯,电视设备,视频设备,便器,水嘴等品目为政府强制采购的节能产品(具体品目以“★”标注),本次采购产品如有属政府强制采购节能产品的,供应商所投产品必须符合《关于印发节能产品政府采购品目清单的通知》(财库〔2019〕19号)附件中《节能产品政府采购品目清单》规定,投标人须提供国家确定的认证机构出具的、处于有效期之内的节能产品认证证书复印件(若有附件,应至少提供附件中可体现所投产品页面的复印件),认证证书中的产品标准须符合《节能产品政府采购品目清单》中对应品目的依据的标准。?②本次采购产品若有属强制3C认证的,投标人须承诺所投产品有3C认证证书并能在货物验收时提供3C认证证书(承诺函格式自拟)或在投标文件资格及资信证明部分中提供3C认证证书复印件。三、采购项目需要落实的政府采购政策进口产品:进口产品,适用于(合同包1)。节能产品:节能产品,适用于(合同包1),按照财库[2019]19号文所附品目清单执行。环境标志产品:环境标志产品,适用于(合同包1),按照财库[2019]18号文所附品目清单执行。信息安全产品:不适用信用记录:信用记录,适用于(合同包1)。四、获取招标文件时间: 2023-02-20 至 2023-03-03 ,(提供期限自本公告发布之日起不得少于5个工作日),每天上午00:00:00至12:00:00,下午12:00:00至23:59:59(北京时间,法定节假日除外)地点:招标文件随同本项目招标公告一并发布;投标人应先在福建省政府采购网(zfcg.czt.fujian.gov.cn)免费申请账号在福建省政府采购网上公开信息系统按项目下载招标文件(请根据项目所在地,登录对应的(省本级/市级/区县))福建省政府采购网上公开信息系统操作),否则投标将被拒绝。方式:在线获取售价:免费五、提交投标文件截止时间、开标时间和地点2023-03-17 09:00:00(北京时间)(自招标文件开始发出之日起至投标人提交投标文件截止之日止,不得少于20日)地点:福州市本级鼓楼区工业路523号福大怡山文化创意园北区3号楼101福建立勤招标代理有限公司1号开标室六、公告期限自本公告发布之日起5个工作日。七、其他补充事宜无八、对本次招标提出询问,请按以下方式联系。1.采购人信息名称:福建中医药大学地址:福建省福州市闽侯上街邱阳路1号联系方式:0591-228610162.采购代理机构信息(如有)名称:福建立勤项目管理有限公司地址:福建省福州市鼓楼区福建省福州市鼓楼区工业路523号福大怡山文化创意园北区3号楼101联系方式:0591-630379963.项目联系方式项目联系人:刘丽花电话:0591-63037996网址: zfcg.czt.fujian.gov.cn开户名:福建立勤项目管理有限公司福建立勤项目管理有限公司2023年02月20日
  • 上海微系统所实现集成3D打印编码滤波器的超导单光子光谱仪
    近日,中科院上海微系统所尤立星、李浩团队,陶虎团队以及上海交通大学王增琦团队合作,结合超导纳米线单光子探测技术、双光子3D打印编码滤波技术、计算重构技术等实现单光子计数型光谱分析仪。相关成果以“Superconducting Single-Photon Spectrometer with 3D-Printed Photonic-Crystal Filters”为题于2022年9月27日在线发表在中科院一区学术期刊ACS Photonics上,并被选为当期副封面论文。 图1 集成3D-打印滤波器的超导单光子光谱仪概念图   光谱作为物质的指纹,是人类认知世界的有效手段,在科学研究、生物医药等领域已经有了较为普遍的应用。目前,在单光子源表征、荧光探测、分子动力学、电子精细结构等领域的光谱测量,已经达到了量子水平,例如,在生物、化学和纳米材料领域需要对单个原子、分子、杂质等微弱光谱进行探测分析,这些光谱覆盖范围广,强度弱,因此,对宽谱、高灵敏度、高分辨率的光谱探测器存在迫切需求。   传统的半导体探测器如光电倍增管(PMT)、雪崩二极管(SPAD)等虽然实现了单光子灵敏度的探测,但是存在近红外探测效率低,噪声大,探测谱宽有限等问题。近年来快速发展起来的超导纳米线单光子探测器(SNSPD)因其高效率(90%)、低暗计数(0.1cps)、低抖动(~3ps )、宽谱(可见~红外)的优异性能,在众多领域都得到了应用。将SNSPD集成到光谱分析仪中,不仅能够实现极弱光的光谱测量,还具备非常宽的工作范围,在量子信息技术、天文光谱、分子光谱等领域具有重要的应用价值。该工作中,合作团队利用超导单光子探测器的高效、宽谱等性能优势,首先设计制备4*4阵列型偏振不敏感超导单光子探测器,然后借助双光子3D打印技术的灵活性在每个探测器像元上制备光子晶体编码滤波器,最后通过分析探测像元光谱响应特性等建立了计算光谱重构问题的数学模型,最终实现光子计数型光谱分析仪。   文中该光谱分析仪工作范围覆盖 1200~1700nm,灵敏度达到-108.2dBm,分辨率~5nm。相比当前商业光谱仪的灵敏度(一般灵敏度在-60~90dBm),具有两个数量级以上的提升,为单光子源表征、前沿天文光谱学、荧光成像、遥感、波分复用量子通信等微弱光谱分析领域的研究提供了有效的解决方案。论文第一作者为上海微系统所博士研究生肖游,第二作者为上海微系统所博士研究生维帅,第三作者为上海交通大学徐佳佳。通讯作者为上海微系统所陶虎研究员、李浩研究员、尤立星研究员。该研究得到了国家自然科学基金(61971408 、61827823), 重点研发计划 (2017YFA0304000), 上海市量子重大专项 (2019SHZDZX01), 上海市启明星(20QA1410900)以及中科院青促会 (2020241、2021230)等项目的支持。论文致谢清华大学张巍教授、郑敬元博士的讨论。
  • 双光子微纳打印系统Quantum X在2020美国西部光电展深受关注
    The SPIE Photonics West 2020 成功落幕,作为北美地区规模最大光学领域贸易博览会,也是光电子行业全球数一数二的知名展览会,超过1300家公司参加了展会。此次展会开展了超过5000个精彩的会议演讲,包含多个主题,例如生物光子学,工业激光器,光电子学,微加工,微电子机械系统,微光机电系统和显示器等,展现了最前沿的光学和光子技术。Nanoscribe在展会上介绍了3D微加工领域的进展,其中新品Quantum X系统引起了光子学界的浓厚兴趣。参观者对于多层衍射光学元件和新型折射微光学设计的高端制造也进行了积极的讨论。Quantum X 新型超高速无掩模光刻系统的技术核心是Nanoscribe特别研发的双光子灰度光刻技术(2GL® )。该设备能在保持极高精度的同时达到160nm横向最低打印线宽,≤10nm表面粗糙度,使其同时具备高速打印,完全设计自由度和超高精度的特点。从而满足了高端复杂增材制造对于优异形状精度和光滑表面的极高要求。此外,在展会上发布的新型IP-Visio打印材料也受到了生物医学领域的巨大反响。这种打印材料具有无生物毒性,低荧光的特点且专为生物兼容微结构3D微加工而设计。借助自住研发的打印材料IP-Visio, Nanoscribe的3D打印设备为生产3D细胞培养和组织工程所需的复杂微环境开辟了新的道路。会议期间各界的巨大反响证明了微加工已然成为光学和光子学行业的关键技术之一。 Nanoscribe秉持着卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的技术背景,经过十几年的不断研究和成长,已然成为微纳米生产领域的领导企业。为了拓展并加强中国及亚太地区的销售推广和售后服务范围, 在2017年底Nanoscribe在上海成立了独资子公司 - 纳糯三维科技(上海)有限公司,并设立亚太实验室供参观访问。更多咨询可联系Nanoscribe纳糯三维科技(上海)有限公司 销售技术团队
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