干涉显微镜

光电界面携能载流子的时空演化与能源、催化和传感等领域紧密相关，是近年来物理、化学和材料等领域的研究热点之一。载流子的迁移、分布和弛豫是影响材料功能的关键之所在，因此，利用高时空分辨成像技术观测载流子时空演化对于新型材料基础研究和应用均具有重大意义。然而，极微弱载流子信号的测量是学界公认的难题。总体而言，国内外尚无成熟的仪器装置能够有效实现瞬态信号放大，直接"看见"少量载流子仍是巨大的挑战。近日，南京大学化学化工学院生命分析化学国家重点实验室康斌/徐静娟团队结合飞秒泵浦-探测技术和干涉散射显微术，研制成国际上首台飞秒干涉散射显微镜（Femto-iSCAT），并成功获得发明专利授权（专利号：202110510123.X）。该仪器作为一个通用测量平台，实现了超灵敏、高通量观测各种材料中的载流子迁移、分布和弛豫动力学。通过干涉放大效应和空间光场调制，瞬态图像对比度相比于传统方法提升了2个数量级以上，可探测极微弱载流子信号，从而有利于揭示超导材料、二维材料及新型光电材料中的稀奇科学现象。飞秒干涉散射成像原理随后作者展示了Femto-iSCAT的一系列极具挑战的应用场景，包括常用光电器件如金属薄膜、硅基半导体和钙钛矿太阳能电池中的界面载流子/热扩散迁移，单个等离激元微纳颗粒中的不均匀热电子分布和弛豫，以及二维材料中的载流子/激子在边缘态的独特动力学。Femto-iSCAT相比于传统瞬态显微镜，极大拓展了材料的适用范围，以极高灵敏度和检测通量实现了载流子时空演化的多功能成像，助力界面能量和载流子转移等超快过程的研究。该工作以"Decrypting Material Performance by Wide-field Femtosecond Interferometric Imaging of Energy Carrier Evolution"为题，于2022年7月22日发表在Journal of the American Chemical Society（美国化学会志）。博士生吕品田为该论文第一作者，康斌副教授和徐静娟教授为论文通讯作者，陈洪渊院士对该工作的研究思想做出了重要指导。该工作得到了国家自然科学基金、南京大学卓越研究计划、南京大学生命分析化学国家重点实验室自主研究课题等资助。文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c05735

项目编号：中大招（货）[2022]680号、中大招（货）[2022]689号项目名称：中山大学物理学院电子束离子束双束电子显微镜采购项目、中山大学物理学院多普勒干涉原子力显微镜采购项目预算金额：1310.0000000 万元（人民币）采购需求：1、招标采购项目内容及数量：电子束离子束双束电子显微镜，1台（本项目允许产自中华人民共和国关境外的进口货物投标；本项目不属于专门面向中小企业采购项目。本项目所属行业为工业。具体内容及要求详见公告附件招标文件）。项目预算及经费来源：项目预算 7600000.00 元人民币。经费来源为财政性资金。2、招标采购项目内容及数量：多普勒干涉原子力显微镜，1套（本项目允许产自中华人民共和国关境外的进口货物投标；本项目不属于专门面向中小企业采购项目。本项目所属行业为工业。具体内容及要求详见公告附件招标文件）。项目预算及经费来源：项目预算 5500000.00 元人民币。经费来源为财政性资金。合同履行期限：收到发货通知后240日内完成交货及安装。本项目( 不接受 )联合体投标。中大招（货）[2022]680号_中山大学物理学院电子束离子束双束电子显微镜采购项目（正稿）.pdf中大招（货）[2022]689号_中山大学物理学院多普勒干涉原子力显微镜采购项目（正稿）.pdf

全息术是一种能够对光波前进行记录和重建的技术，自从 1948 年匈牙利-英国物理学家 Dennis Gabor 发明全息术以来，该技术不仅得到了显微学家，工程师，物理学家甚至艺术家等各领域的广泛关注，还使他获得了 1971 年的诺贝尔物理学奖。干涉术作为光学中另一个主要研究领域，是利用光波的叠加干涉来提取信息，其原理与全息术都是用整体的强度信息来记录光波的振幅和相位，虽然记录的方法有很大不同，但随着 20 世纪 90 年代，高采样密度的电子相机的出现，可用来记录数字全息图，则进一步增强了二者的联系。近日，针对全息术对表面形貌的干涉测量的发展的推动作用，来自美国 Zygo Corporation 的 Peter J. de Groot、 Leslie L. Deck，中国科学院上海光机所的 苏榕 以及德国斯图加特大学的 Wolfgang Osten 联合在 Light: Advanced Manufacturing 上发表了综述文章，题为“Contributions of holography to the advancement of interferometric measurements of surface topography”。本文回顾了包括相移干涉测量，载波条纹干涉，相干降噪，数字全息的斐索干涉仪，计算机生成全息图，震动、变形和粗糙表面形貌和使用三维传输方程的光学建模七个方面，从数据采集到三维成像的基本理论，说明了全息术和干涉测量的协同发展，这两个领域呈现出共同增强和改进的趋势。图1 全息术的两步过程图2 干涉术的两步过程相移干涉测量术 因为记录的光场的复振幅被锁定在强度图样中的共同基本原理，全息术和干涉测量术捕获波前信息也是一个常见的困难，用于表面形貌测量的现代干涉仪中，常用相移干涉测量术（PSI）来解决这个问题，PSI 的思路是通过记录除了它们之间的相移之外几乎相同的多个干涉图，以获取足够的信息来提取被测物体光的相位和强度。Dennis Gabor 早在 1950 年代搭建的全息干涉显微镜使用偏振光学隔离所需的波前，引入除相移外两个完全相同的全息图。如图3所示，Gabor 的正交显微镜使用了一个特殊的棱镜，在反射光和透射光之间引入了 π/2 的相移。因此，可以说，用于表面测量的 PSI 首先出现在全息术中，然后独立出现在干涉测量术中。PSI 现在被广泛用于光学测试和干涉显微镜，虽然许多因素促成了其发展，但其基本思想可以追溯到使用多个相移全息图进行波前合成的最早工作。图3 Gabor正交显微镜简化示意图载波条纹干涉测量术 通过使用角度足够大的参考波来分离 Gabor 全息图中的重叠图像，从而使全息图形成的重建真实图像和共轭图像在远场中变得可分离，是全息术的重大突破之一， 到 1970 年代，人们意识到传播波阵面的远场分离等价物可以在没有全息重建的情况下模拟干涉测量。这一概念在 1982 年武田 (Takeda) 的开创性工作中广受欢迎，他描述了用于结构光和表面形貌的干涉测量的载波条纹方法。载波条纹干涉测量术的基本原理源自通信理论和 Lohmann 对全息重建过程的傅里叶分析。到 2000 年代，计算机和相机技术已经足够先进，可以使用高横向分辨率的二维数字傅里叶变换进行实时数据处理，赋予了载波条纹干涉技术的新的生命。图4 从干涉图到最后的表面形貌地图的过程此外，在菲索干涉仪中，参考波和物体表面的相对倾斜会导致相机处出现密集的干涉条纹。如果仪器在离轴操作时，具有可控制或可补偿的像差，所以只需要对激光菲索系统的光机械硬件进行少量更改，就可以实现这种全息数据采集。因此，载波条纹干涉仪通常是提供机械相移的系统的选择。相干降噪 虽然可见光波段激光器的发明给全息术带来重要进展，然而，在全息术和干涉测量术中不使用激光的主要原因是，散斑效应和来自尘埃颗粒和额外的反射而产生的相干噪声。通过仔细清理光学表面只能很小部分的噪声，而围绕系统的光轴连续地旋转整个光源单元就可以解决这个问题。如果曝光时间很长，这种运动会增强所需的静态图样，同时平均化掉大部分相干噪声。常用的实现平均化的方式包括围绕光轴旋转光学元件、沿着照明光移动漫射器、用旋转元件改变照明光的入射方向，或在傅里叶平面中移动不同的掩模成像系统。激光在 1960 年代开始出现在不等路径光学装置中，最初为全息术开发以减少相干噪声的平均方法，被证明也可有效改善干涉测量的结果。图5中，是 Close 在 1972 年提出的一种基于脉冲红宝石激光器的便携式全息显微镜。显微镜记录了四个全息图，每个全息图都有一个独立的散斑图案，对应于棱镜的旋转位置，由全息图形成的四个图像不相干叠加以减少相干噪声和散斑粒度。图5 使用旋转楔形棱镜的相干降噪系统数字全息菲索干涉仪 Gabor 的背景和研究兴趣使他将全息术视为一种具有大景深的新型显微成像技术，使显微镜学家可以任意地检查图像的不同平面。记录后重新聚焦图像的能力仍然是全息术的决定性特征之一，使我们无需仔细地将物体成像到胶片或探测器上。它还可以记录测量体积，能够清晰地成像三维数据的横截面。而数字全息术使这种能力变得更具吸引力，其重新聚焦完全在计算机内实现。虽然数字重聚焦在数字全息显微镜中很常见，但它通常不被认为是表面形貌干涉测量的特征或能力。尽管如此，从前面对该方法的数学描述来看，在采集后以相同的方式重新聚焦常规干涉测量数据是完全可行的。随着数据密度的增加，人们对校正聚焦误差以保持干涉测量中的高横向分辨率感兴趣。图6 激光菲索干涉仪的聚焦机理与全息系统不同，传统干涉仪的布置方式是在数据采集之前将物体表面精确地聚焦到相机上。图 6 说明了一种简化的聚焦机制。聚焦通常是手动过程，涉及图像清晰度的主观确定。由于光学表面通常在设计上没有特征，因此常见的过程包括将直尺放置在尽可能靠近调整表面的位置并调整焦距，直到直尺看起来最锋利。繁琐的设置和人为错误的结合使得我们可以合理地断言，今天很少有干涉仪能够充分发挥其潜力，仅仅是因为聚焦错误。数字重新聚焦提供了使用软件解决此问题的机会。计算机产生全息图 早在 1960 年代后期，学者们就已经对波带片与计算机生成全息图 (CGH) 之间的类比有了很好的理解，这是因为在开发新的基于激光的不等径干涉仪来测试光学元件的表面形状的应用时，需要对具有非球面形状的透镜和反射镜进行精确测试。图7 计算的菲涅尔波带片图样和牛顿环（等效于单独的虚拟点光源产生的Gabor全息图）然而，干涉仪作为最好的空检测器，在比较形状几乎相同的物体和参考波前时能提供最高的精度和准确度，虽然有许多巧妙的方法可以使用反射和折射光学器件对特定种类的非球面进行空测试，但 CGH 可通过简单地改变不透明和透明区域的分布来显着增加解空间。CGH 空校正器的最吸引人的特点是波前构造的准确性在很大程度上取决于衍射区的平面内位置，而不是表面高度。因此，无需费力地将非球面参考表面抛光至纳米精度，而是可以在更宽松的尺度上从精密参考波来合成反射波前。图8 使用激光菲索干涉仪和计算机产生的全息图测试非球形表面的光学装置振动、变形和粗糙表面形貌 全息干涉测量术是全息术对干涉测量术最明显的贡献，从技术名称中就可以看出。这项发现的广泛应用引起了计量学家高度关注，包括用于通过全息术定量分析三维漫射物体的应力、应变、变形和整体轮廓的方法。全息干涉测量术的发现对干涉测量术的能力和可解释性产生了深远的影响，为了辨别这些联系，首先考虑在同一全息图的两次全息曝光中，倾斜一个平面物体。两个物体方向的强度图样的不相干叠加，调制了全息图中条纹的对比度，而当这个双曝光全息图用参考波重新照射，以合成来自物体的原始波前时，结果也是条纹图样。因此，我们看到传播波前的全息再现，可用于解调双曝光全息图中存在的非相干叠加的干涉图案，将对比度的变化转换为表示两次曝光之间差异的干涉条纹。由于全息图中这些叠加的图案相互不相干，它们可以在不同的时间、全息系统的组成部分的不同位置、甚至不同的波长等条件下生成，因此，该技术的应用范围十分广泛。图9 模拟平面的双曝光全息使用三维传输方程的光学建模 使用物体表面的二维复表示，对本质上是三维问题的传统建模，是假设所有表面点可以同时沿传播方向处于相同焦点位置。因此，这种二维近似的限制是表面高度变化相对于成像系统的景深必须很小。全息术影响了三维衍射理论的发展，进一步影响了干涉显微镜的评估和性能提升。光学仪器的许多特性可以使用传统的阿贝理论和傅里叶光学建模来理解，包括成像系统的空间带宽滤波特性。干涉仪的傅立叶光学模型的第一步，是将表面形貌的表示简化为限制在垂直于光轴的平面内的相位分布。但对于使用干涉测量术的表面形貌测量，这并不是一个具有挑战性的限制，因为普通的菲索干涉仪的景深大约为几毫米，表面高度测量范围可能为几十微米。因此，在高倍显微镜中采用三维方法的速度更快，特别是对于共聚焦显微镜，在高数值孔径下，表面形貌特征不能都在相对于景深的相同的焦点。然而，二维傅里叶光学的近似对于干涉显微镜来说是不够精确的，因为在高放大倍率下，仅几微米的高度变化，就会影响干涉条纹的清晰度和对比度。基于 Kirchhoff 近似推导出了 CSI 的三维图像形成和有效传递函数，其中均匀介质的表面可表示为连续的单层散射点。这种方法已被证明具有重要的实用价值，不仅可以用于理解测量误差的起源，是斜率、曲率和焦点的函数，还可以用于校正像差。本文总结 基于激光的全息术的出现带来了一系列快速的创新，这些创新从全息术发展到干涉测量术。虽然文中提到的七个方面无法完全概括全息术的贡献，但一个明显的趋势是全息术对用于表面形貌测量的干涉测量技术的影响正在不断增加， 这最终可能会导致全息术与通常不被认为是全息术的技术相融合，而应用光学计量的这种演变必将带来全新的解决方案。论文信息 de Groot et al. Light: Advanced Manufacturing (2022)3:7https://doi.org/10.37188/lam.2022.007本文撰稿： 刘子维（英国剑桥大学，博士后）

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " Seeing is believing，光学显微镜自1590年由荷兰詹森父子创制伊始，即成为生命科学最重要的研究工具之一。进入21世纪，借助荧光分子，科学家将光学显微镜的分辨率提高了一个数量级，由约一半光波波长（250 nm）拓展至几十纳米，并兴起了超高分辨荧光成像技术，用于“看到”精细的亚细胞结构和生物大分子定位，相关工作荣膺2014年诺贝尔化学奖。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 9月9日，Nature Methods杂志在线发表了中国科学院生物物理研究所徐涛院士研究组与科学研究平台纪伟正高级工程师研发团队合作研究论文，题为“Molecular resolution imaging by repetitive optical selective exposure”，为超高分辨光学显微镜家族再添新成员，使显微镜分辨率进一步被突破。该工作提出了一种基于激光干涉条纹定位成像的新技术，并据此研制出新型单分子干涉定位显微镜（Repetitive Optical Selective Exposure, ROSE），将荧光显微镜分辨率提升至3 nm以内的分子尺度，单分子定位精度接近1 nm，可以分辨点距为5 nm的DNA origami（DNA 折纸）结构。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 226px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/bcbdc347-2f8b-464e-9014-787a341c1e21.jpg" title=" 徐涛院士组与科学研究平台研发团队实现分子尺度分辨率光学成像.jpg" alt=" 徐涛院士组与科学研究平台研发团队实现分子尺度分辨率光学成像.jpg" width=" 450" height=" 226" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 图1 左侧，传统质心拟合定位方法，右侧，ROSE干涉定位方法 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 所谓干涉定位，是指采用不同方向和相位的激光干涉条纹激发荧光分子，荧光分子的发光强度与其所处条纹的相位有关，该技术即是通过荧光分子强度与干涉条纹的相位关系，来确定荧光分子的精确位置。为降低单分子发光时的闪烁和漂白对亮度和定位精度产生的不良影响，研发团队对显微镜光路进行了创造性地设计，分别为：基于电光调制器的干涉条纹快速切换激发光路，基于谐振振镜扫描的6组共轭成像光路，两种光路的同步实现了高达8 kHz的分时成像，确保在相机的单次曝光时间里把每个单分子发光状态均匀分配给6个干涉条纹，有效避免了荧光分子发光能力波动对定位精度的干扰。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 研发团队利用该技术对不同荧光位点间距的DNA origami阵列进行验证测试，证明干涉成像分辨率达到了3 nm的分子水平，可以解析5 nm的DNA origami阵列。后续的功能性实验结果显示，该技术在免疫标记的微管、CCP（clathrin coated pits，网格蛋白有被小窝）以及较致密的细胞骨架成像时展现出良好性能，该技术将为进一步解析精细亚细胞的组分和生物大分子的纳米结构提供有力工具。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 311px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/45780611-1a95-4748-a74e-d777d33bd780.jpg" title=" 分子尺度分辨率光学成像.jpg" alt=" 分子尺度分辨率光学成像.jpg" width=" 450" height=" 311" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 图2左侧，不同荧光位点间距的DNA origami成像，ROSE技术与传统的质心拟合方法进行对比验证。右侧，鬼笔环肽标记的微丝成像，ROSE技术与传统的质心拟合方法进行对比验证。 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 徐涛院士领衔的仪器研发团队近年来致力于显微成像仪器设备和技术方法的研究和开发，先后研制出偏振单分子干涉成像、冷冻单分子定位成像以及超分辨光电融合成像系统，开发了新的超分辨显微成像算法、探针和技术，申请有多项发明专利，上述成果被广泛应用于细胞生物学相关研究，支撑团队与合作者在该领域取得了系统性成果产出。纪伟正高级工程师所在的生命科学仪器研发中心是根据研究所发展新技术新方法的迫切需求而设立，隶属于科学研究平台，在提供技术服务的同时，聚焦生物显微成像仪器设备的研发与应用推广。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 徐涛院士和纪伟正高级工程师为该文章的共同通讯作者，谷陆生、李媛媛、张淑文为共同第一作者。李栋研究员、薛艳红、李尉兴参与了本课题。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该工作受到中国科学院科研仪器设备研制项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金以及北京市科技计划等项目的资助。 /p

自然界中一些最基本的过程发生在微观尺度上，远远超出了我们肉眼所能看到的极限，这推动了技术的发展，使我们能够超越这个极限。早在公元4世纪，人们发现了光学透镜的基本概念，并在13世纪，人们已经在使用玻璃镜片，以提高他们的视力和放大植物和昆虫等对象以便更好地了解他们。随着时间的推移，这些简单的放大镜发展成为先进的光学系统，被称为光学显微镜，使我们能够看到和理解超越我们感知极限的微观世界。今天，光学显微镜是许多科学和技术领域的核心技术，包括生命科学、生物学、材料科学、纳米技术、工业检测、法医学等等。在这篇文章中，我们将首先探讨光学显微镜的基本工作原理。在此基础上，我们将讨论当今常用的一些更高级的光学显微镜形式，并比较它们在不同应用中的优缺点。　　　　什么是光学显微镜?　　光学显微镜用于通过提供它们如何与可见光相互作用(例如，它们的吸收、反射和散射)的放大图像来使小结构样品可见。这有助于了解样品的外观和组成，但也使我们能够看到微观世界的过程，例如物质如何跨细胞膜扩散。　　显微镜的部件以及光学显微镜的工作原理　　从根本上说，显微镜包括两个子系统：一个用于照亮样品的照明系统和一个成像系统，该系统产生与样品相互作用的光的放大图像，然后可以通过眼睛或使用相机系统进行观察。　　早期的显微镜使用包含阳光的照明系统，阳光通过镜子收集并反射到样品上。今天，大多数显微镜使用人造光源，如灯泡、发光二极管(LED)或激光器来制造更可靠和可控的照明系统，可以根据给定的应用进行定制。在这些系统中，通常使用聚光透镜收集来自光源的光，然后在聚焦到样品上之前对其进行整形和光学过滤。塑造光线对于实现高分辨率和对比度至关重要，通常包括控制被照亮的样品区域和光线照射到它的角度。照明光的光学过滤，使用修改其光谱和偏振的光学过滤器，可用于突出样品的某些特征。图1：复合显微镜的基本构造：来自光源的光使用镜子和聚光镜聚焦到样品(物体)上。来自样品的光被物镜收集，形成中间图像，该图像由目镜再次成像并传递到眼睛，眼睛看到样品的放大图像。　　成像系统收集与样品相互作用的照明光，并产生可以查看的放大图像(如上图1)。这是使用两组主要的光学元件来实现的：首先，物镜从样品中收集尽可能多的光，其次，目镜将收集的光中传递到观察者的眼睛或相机系统。成像系统还可包括诸如选择来自样品的光的某些部分的孔和滤光器之类的元件，例如仅看到已从样品散射的光，或仅看到特定颜色或波长的光。与照明系统的情况一样，这种类型的过滤对于挑出某些感兴趣的特征非常有用，这些特征在对来自样本的所有光进行成像时会保持隐藏。　　总的来说，照明和成像系统在光学显微镜的性能方面起着关键作用。为了在您的应用中充分利用光学显微镜，必须充分了解基本光学显微镜的工作原理以及当今存在的变化。　　简单复合显微镜　　单个镜头可以用作放大镜，当它靠近镜头时，它会增加物体的外观尺寸。透过放大镜看物体，我们看到物体的放大和虚像。这种效果用于简单的显微镜，它由单个镜头组成，该镜头对夹在框架中并从下方照明的样品进行成像，如下图2所示。这种类型的显微镜通常可以实现2-6倍的放大倍率，这足以研究相对较大的样本。然而，实现更高的放大倍率和更好的图像质量需要使用更多的光学元件，这导致了复合显微镜的发展(如下图3)。图2：通过创建靠近它的物体的放大虚拟图像，将单个镜头用作放大镜。图3：左：简单显微镜。右：复合显微镜。　　在复合显微镜中，从底部照射样品以观察透射光，或从顶部照射样品以观察反射光。来自样品的光由一个由两个主要透镜组组成的光学系统收集：物镜和目镜，它们各自的功率倍增，以实现比简单显微镜更高的放大倍率。物镜收集来自样品的光，通常放大倍数为40-100倍。一些复合显微镜在称为“换镜转盘(nose piece)”的旋转转台上配备多个物镜，允许用户在不同的放大倍数之间进行选择。来自物镜的图像被目镜拾取，它再次放大图像并将其传递给用户的眼睛，典型的目镜放大率为10倍。　　可以用标准光学显微镜观察到的最小特征尺寸由所使用的光学波长(λ)和显微镜物镜的分辨率决定，由其孔径数值(NA)定义，最大值为NA =1空中目标。定义可区分的最小特征尺寸(r)的分辨率极限由瑞利准则给出：　　r=0.61×(λ/NA)　　例如，使用波长为550nm的绿光和典型NA为0.7的物镜，标准光学显微镜可以分辨低至0.61×(550nm)/0.7≈480nm的特征，这足以观察细胞(通常为10µm大小)，但不足以观察较小生物的细节，例如病毒(通常为250-400nm)。要对更小的特征成像，可以使用具有更高NA和更短波长的更先进和更昂贵的物镜，但这可能不适用于所有应用。　　在标准复合显微镜(如下图4a)中，样品(通常在载玻片上)被固定在一个可以手动或电子移动以获得更高精度的载物台上，照明系统位于显微镜的下部，而成像系统高于样本。然而，显微镜主体通常也可以适应特定用途。例如，立体显微镜(如下图4b)的特点是两个目镜相互成一个小角度，让用户可以看到一个略有立体感的图像。在许多生物学应用中，使用倒置显微镜设计(如下图4c)，其中照明系统和成像光学器件都在样品台下方，以便于将细胞培养容器等放置在样品台上。最后，比较显微镜(如下图4d)常用于法医。图4：复合显微镜。a)标准直立显微镜指示(1)目镜，(2)物镜转台、左轮手枪或旋转鼻镜(用于固定多个物镜)，(3)物镜、调焦旋钮(用于移动载物台)(4)粗调，(5)微调，(6)载物台(固定样品)，(7)光源(灯或镜子)，(8)光阑和聚光镜，(9)机械载物台。b)立体显微镜。c)倒置显微镜。　　光学显微镜的类型　　下面，我们将介绍一些当今可用的不同类型的光学显微镜技术，讨论它们的主要操作原理以及每种技术的优缺点。　　亮视野显微镜　　亮视野显微镜(Brightfield microscopy，BFM)是最简单的光学显微镜形式，从上方或下方照射样品，收集透射或反射的光以形成可以查看的图像。图像中的对比度和颜色是因为吸收和反射在样品区域内变化而形成的。BFM是第一种开发的光学显微镜，它使用相对简单的光学装置，使早期科学家能够研究传输中的微生物和细胞。今天，它对于相同的目的仍然非常有用，并且还广泛用于研究其他部分透明的样品，例如透射模式下的薄材料(如下图5)，或反射模式下的微电子和其他小结构。图5：亮视野显微镜。左图：透射模式-在显微镜下看到的石墨(深灰色)和石墨烯(最浅灰色)薄片。在这里，图像上看到的亮度差异与石墨层的厚度成正比。右图：反射模式-SiO2表面上的石墨烯和石墨薄片，小的表面污染物也是可见的。　　暗视野显微镜　　暗视野显微镜是一种仅收集被样品散射的光的技术。这是通过添加阻挡照明光直接成像的孔来实现的，这样只能看到被样品散射的照明光。通过这种方式，暗场显微镜突出显示散射光的小结构(如下图6)，并且对于揭示BFM中不可见的特征非常有用，而无需以任何方式修改样品。然而，由于在最终图像中看到的唯一光是被散射的光，因此暗场图像可能非常暗并且需要高照明功率，这可能会损坏样品。　　图6：亮视野和暗视野成像。a)亮视野照明下的聚合物微结构。b)与a)中结构相同的暗视野图像，突出显示边缘散射和表面污染。c)与a)和b)相似的结构，被直径为100-300nm的纳米晶体覆盖。仅观察到纳米晶体散射的光，而背景光被强烈抑制。　　相差显微镜　　相差显微技术(Brightfield microscopy，PCM)是一种可视化由样品光路长度变化引起的光学相位变化的技术.这可以对在BFM中产生很少或没有对比度的透明样品进行成像，例如细胞(如下图7)。由于肉眼不易观察到光学相移，因此相差显微镜需要额外的光学组件，将样品引起的相移转换为最终图像中可见的亮度变化。这需要使用孔径和滤光片来操纵照明系统和成像系统。这些形状和选择性地相移来自样品的光(携带感兴趣的相位信息)和照明光，以便它们建设性地干涉眼睛或检测器以创建可见图像。图7：人类胚胎干细胞群落的相差显微图像。　　微分干涉显微镜　　与PCM类似，微分干涉显微镜(differential interference contrast microscopy，DICM)通过将由于样品光路长度变化引起的光学相位转换为可见对比度，从而使透明样品(例如活的未染色细胞)可视化。然而，与PCM相比，DICM可以实现更高分辨率的图像，并且减少了由PCM所需的光学器件引入的清晰度和图像伪影。在DICM ，照明光束被线性偏振器偏振，其偏振旋转，使其分裂成两个偏振光束，它们具有垂直偏振和小(通常低于1µm)间隔。穿过样品后，两束光束重新组合，从而相互干扰。这将创建一个对比度与图像成正比的图像差在两个偏振光束之间的光相位，因此命名为“差”干涉显微镜。DICM产生的图像出现与采样光束之间的位移方向相关的三维图像，这导致样品边缘具有亮区或暗区，具体取决于两者之间的光学相位差的符号(如下图8)。图8：微分干涉对比显微镜。左：DICM的原理图。右图：通过DICM成像的活体成年秀丽隐杆线虫(C.elegans)。　　偏光显微镜　　在偏振光显微镜中，样品用偏振光照射，光的检测也对偏振敏感。为了实现这一点，偏振器用于控制照明光偏振并将成像系统检测到的偏振限制为仅一种特定的偏振。通常，照明和检测偏振设置为垂直，以便强烈抑制不与样品相互作用的不需要的背景照明光。这种配置需要一个双折射样品，它引入了照明光偏振角的旋转，以便它可以被成像系统检测到，例如，观察晶体的双折射以及它们的厚度和折射率的变化(如下图9)。图9：偏光显微镜。橄榄石堆积物的显微照片，由具有不同双折射的晶体堆积而成。整个样品的厚度和折射率的变化会导致不同的颜色。　　荧光显微镜　　荧光显微镜用于对发出荧光的样品进行成像，也就是说，当用较短波长的光照射时，它们会发出长波长的光。示例包括固有荧光或已用荧光标记物标记的生物样品，以及单分子和其他纳米级荧光团。该技术采用了滤光片的组合，可阻挡短波长照明光，但让较长波长的样品荧光通过，因此最终图像仅显示样品的荧光部分(如下图10)。这允许从由许多其他非荧光颗粒组成的样品中挑出和可视化荧光颗粒或已被染料染色的感兴趣细胞的分布。同时，荧光显微镜还可以通过标记小于此限制的粒子来克服传统光学显微镜的分辨率限制。例如，可以用荧光标记标记病毒以显示其位置在生物样品的情况下，可以表达荧光蛋白，例如绿色荧光蛋白。结合各种新颖形式的样品照明，荧光显微镜的这一优势实现了“超分辨率”显微镜技术，打破了传统光学显微镜的分辨率限制。荧光显微镜的主要限制之一是光漂白，其中标记物或颗粒停止发出荧光，因为吸收照明光的过程最终会改变它们的结构，使它们不再发光。图10：荧光显微镜。左：工作原理-照明光由短通激发滤光片过滤，并由二向色镜反射到样品。来自样品的荧光通过二向色镜，并被发射滤光片额外过滤以去除图像中残留的激发光。右图：有机晶体中分子的荧光图像(晶体轮廓显示为黄色虚线)。由于来自其他分子和晶体材料的荧光，背景并不完全黑暗。　　免疫荧光显微镜　　免疫荧光显微镜是主要用于在微生物的细胞内的生物分子可视化的位置荧光显微镜的具体变化。在这里，用荧光标记物标记或固有荧光的抗体与感兴趣的生物分子结合，揭示它们的位置。(如下图11)图11：免疫荧光显微镜。肌动蛋白丝(紫色)、微管(黄色)和细胞核(绿色)的免疫荧光标记的两个间期细胞。　　共聚焦显微镜　　共聚焦显微镜是一种显微镜技术，它可以逐点成像来自样品的散射或荧光。不是一次对整个样品进行照明和成像，而是在样品区域上扫描源自点状光源的照明点，敏感检测器仅检测来自该点的光，从而产生2D图像。这种方法允许以高分辨率对弱信号样本进行成像，因为来自采样点之外的不需要的背景信号被有效抑制。在这里，所使用的波长和物镜在所有三个维度上都限制了成像光斑的大小。这允许通过将物镜移动到距样品不同的距离，在样品内的不同深度处制作2D图像。然后可以组合这些2D图像“切片”以创建样本的3D图像，这是所讨论的其他宽视场显微镜技术无法实现的，并且还允许以3D方式测量样品尺寸。这些优势的代价是无法一次性拍摄图像，而是必须逐点构建图像，这可能非常耗时并阻碍样本的实时成像(如下图12)。图12：单分子荧光的共聚焦荧光图像。小点对应于单个分子的荧光，而较大的点对应于分子簇。此处的荧光背景比简单的荧光显微镜图像弱得多，如亮点之间的暗区所见。　　双光子显微镜　　双光子显微镜(Two-photonmicroscopy，TPM)是荧光显微镜的一种变体，它使用双光子吸收来激发荧光，而不是单光子激发。在这里，通过吸收两个光子的组合来激发荧光，其能量大约是单个光子激发所需能量的一半。例如，在该方案中，通常由单个蓝色光子激发的荧光团可以被两个近红外光子激发。在TPM中，图像是逐点建立的，就像在共聚焦显微镜中一样，也就是说，双光子激发点在样品上扫描，样品荧光由灵敏的检测器检测。与传统荧光显微镜相比，激发和荧光能量的巨大差异导致了多重优势：首先，它允许使用更长的激发波长，在样品内散射较少，因此穿透更深，以允许在其表面下方对样品进行成像并创建3D样品图像。同时，由于激发能量低得多，光漂白大大减少，这对易碎样品很有用。激发点周围的荧光背景也大大减少，因为有效的双光子吸收仅发生在激发光束的焦点处，因此可以观察到来自样品小部分的荧光(如下图13)。　　TPM的一个缺点是双光子吸收的概率远低于单光子吸收，因此需要高强度照明，如脉冲激光，才能达到实用的荧光信号强度。图13：双光子显微镜。花粉的薄光学切片，显示荧光主要来自外层。　　光片显微镜　　光片显微技术是荧光显微术的一种形式，其中样品被垂直于观察方向的薄“片”光照射，从而仅对样品的薄切片(通常为几微米)进行成像。通过在样品在光片中旋转的同时拍摄一系列图像，可以形成3D图像。这要求样品大部分是透明的，这就是为什么这种技术通常用于形成小型透明生物结构的3D图像，例如细胞、胚胎和生物体。(如下图14)图14：光片显微镜。左：工作原理。右：通过荧光成像用光片显微镜拍摄的小鼠大脑的荧光图像。　　全内反射荧光显微镜　　全内反射荧光(Totalinternal reflectionfluorescence microscopy ，TIRF)是一种荧光显微技术，可通过极薄(约100nm厚)的样品切片制作2D荧光图像。这是通过照明光的渐逝场激发样品的荧光来实现的，当它在两种不同折射率(n)的材料之间的边界处经历全内反射时就会发生这种情况。消逝场具有与照明光相同的波长，但与界面紧密结合。在TIRF显微镜中，激发光通常在载玻片(n=1.52)和样品分散的水介质(n=1.35)之间的界面处发生全内反射。渐逝场的强度随距离呈指数下降来自界面，这样在最终图像中只能观察到靠近界面的荧光团。这也导致来自切片外区域的荧光背景的强烈抑制，这允许拾取微弱的荧光信号，例如在定位单个分子时。这使得TIRF非常适用于观察参与细胞间相互作用的荧光蛋白(如下图15)的微弱信号，但也需要将样品分散在水性介质中，这可能会限制可以测量的样品类型。图15：TIRF图像显示培养的视网膜色素上皮细胞中的蛋白质荧光。每个像素对应67nm。　　膨胀显微镜　　膨胀显微镜背后的基本概念是增加通常需要高分辨率显微镜的样品尺寸，以便可以使用标准显微镜技术(尤其是荧光显微镜)对其进行成像。这适用于保存的标本，例如生物分子、细胞、细菌和组织切片，可以使用下图16中所示的化学过程在所有维度(各向同性)均匀扩展多达50倍。扩展样本可以隔离感兴趣的个别特征通常是隐藏的，可以使它们透明，从而可以对它们的内部进行成像。图16：膨胀显微镜的样品制备。细胞首先被染色，然后连接到聚合物凝胶基质上。然后细胞结构本身被溶解(消化)，使染色的部分随着凝胶各向同性地膨胀，从而使染色的结构更详细地成像。　　光学显微镜中的卷积　　除了使光学系统适应特定用例之外，现代光学显微镜还利用了数字图像处理，例如图像去卷积。该技术通过补偿光学系统本身固有的模糊，可以提高空间分辨率以及光学显微镜拍摄图像的定位精度。这种模糊可以在校准步骤中测量，然后可以用于对图像进行去卷积，从而减少模糊。通过将高性能光学元件与先进的图像处理相结合，数字显微镜可以突破分辨率的极限，以更深入地观察微观世界。(如下图17)图17：图像解卷积。左：原始荧光图像。右：解卷积后的图像，显示细节增加。　　光学显微镜与电子显微镜　　光学显微术通常使用可见光谱中的光波长，由于瑞利准则，其空间分辨率固有地限制为所用波长的大约一半(最多约为200nm)。然而，即使使用具有高NA和高级图像处理的物镜，也无法克服这一基本限制。相反，观察较小的结构需要使用较短波长的电磁辐射。这是电子显微镜的基本原理，其中使用电子而不是可见光照亮样品。电子具有比可见光短得多的相关波长，因此可以实现高达10000000倍的放大倍数，甚至可以分辨单个原子。(如下图18)　　图18：同心聚合物结构中纳米晶体放大15000倍的扫描电子显微镜图像，即使是细微的细节，例如基材的孔隙，也能分辨出来。　　总结与结论　　光学显微镜是一种强大的工具，可用于检查各种应用中的小样本。通过调整用于特定用例的照明和成像技术，可以获得高分辨率图像，从而深入了解样品中的微观结构和过程。文中，我们讨论了各种光学显微镜技术的特点、优势和劣势，这些技术在光线照射和收集方式上有所不同。显微镜种类优点技术限制典型应用亮视野显微镜结构相对简单，光学元件很少低对比度、完全透明的物体不能直接成像，可能需要染色对彩色或染色样品和部分透明材料进行成像暗视野显微镜显示小结构和表面粗糙度，允许对未染色样品进行成像所需的高照明功率会损坏样品，只能看到散射图像特征细胞内颗粒成像，表面检测相差显微镜实现透明样品的成像复杂的光学设置，需要的高照明功率会损坏样品，通常图像较暗跟踪细胞运动，成像幼虫微分干涉对比显微镜比PCM更高的分辨率复杂的光学设置，需要的高照明功率会损坏样品，通常图像较暗活的、未染色的细胞和纳米颗粒的高分辨率成像偏光显微镜来自样品非双折射区域的强背景抑制，允许测量样品厚度和双折射需要双折射样品成像胶原蛋白，揭示晶体中的晶界荧光显微镜允许挑出样品中的单个荧光团和特定的感兴趣区域，可以克服分辨率限制需要荧光样品和灵敏的检测器，光漂白会减弱信号成像细胞成分、单分子、蛋白质免疫荧光显微镜使用抗体靶向可视化特定的生物分子大量样品制备，需要荧光样品，光漂白识别和跟踪细胞和蛋白质共聚焦显微镜低背景信号，可以创建3D图像成像速度慢，需要复杂的光学系统3D细胞成像，荧光信号较弱的成像样品，表面分析双光子显微镜样品穿透深度、背景信号低、光漂白少成像速度慢，需要复杂的光学系统和大功率照明神经科学，深层组织成像光片显微镜图像仅样品的极薄切片，可通过旋转样品创建3D图像成像速度慢，需要复杂的光学系统细胞和生物体的3D成像全内反射荧光显微镜强大的背景抑制，极精细的垂直切片成像仅限于样品的薄区域，需要复杂的光学系统，样品需要在水介质中单分子成像，成像分子运输膨胀显微镜提高标准荧光显微镜的有效分辨率需要对样品进行化学处理，不适用于活体样品生物样品的高分辨率成像　　参考：　　1. Rochow TG, Tucker PA. A Brief History of Microscopy. In: Introduction to Microscopy by Means of Light, Electrons, X Rays, or Acoustics. Springer US 1994:1-21. doi:10.1007/978-1-4899-1513-9_1　　2. Smith WJ. Modern Optical Engineering: The Design of Optical Systems.

单分子定位超分辨显微成像技术利用特殊荧光分子的光开关特性，突破衍射极限，将荧光显微镜的分辨率提高了一个数量级，可以揭示纳米尺度下的亚细胞结构。因受定位原理的限制，该技术轴向分辨率比侧向分辨率低2-3倍（一般为50nm左右），影响了其三维解析能力和应用。在“蛋白质机器与生命过程调控”重点专项的支持下，中国科学院生物物理研究所研究人员通过研发非对称干涉光路成像方法，突破了轴向分辨率的极限。与传统的柱面镜成像方法相比，非对称干涉光路成像方法将定位精度提高了6倍以上，将单分子定位成像的轴向分辨率提升到了纳米尺度，实现了轴向的单分子干涉定位成像。研究人员据此技术研制出了新型干涉定位显微镜（ROSE-Z），利用ROSE-Z显微镜的高分辨率三维解析能力，研究团队成功实现了对细胞内微管直径中空结构的解析。同时团队在ROSE-Z显微镜的基础上扩展了多色成像以及厚样品成像功能，对细胞样品进行了纳米精度三维双色成像，并验证了细胞厚样品成像能力。这些结果证明该方法在具备优异的轴向分辨率的同时，也具备很高的可扩展性以及操作便捷性，为细胞内三维纳米结构的研究提供了有力的研究工具。研究成果近期发表在Nature Methods杂志上。

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【科学背景】共价有机框架（COFs）是一类功能性材料，能够在能量转换和存储方面发挥作用。然而，尽管近20年的研究，对于它们的合成条件却缺乏统一的预测规则。这部分是由于对于形成的早期阶段的成核和生长的认识仍然不完整。为了解决这一挑战，科学家们需要一种能够在操作中进行研究的技术，以全面理解COF形成的动态过程。鉴于此，德国慕尼黑大学的Richard Martel & Emiliano Cortés等研究者在“Nature”期刊上发表了题为“Early stages of covalent organic framework formation imaged in operando”的最新论文。科学家们使用了干涉散射显微镜（iSCAT）技术，首次揭示了在COF合成过程中液液相分离的现象，这表明了溶剂在形成过程中的关键作用。利用这些发现，他们成功地开发了一种新的COF合成方案，在室温下进行反应，实现了对合成条件的有效设计。这项研究的结果揭示了溶剂在COF合成中的重要性，并为有理材料合成提供了新的视角和方法。【科学亮点】(1) 本研究首次利用干涉散射显微镜（iSCAT）技术进行了COF聚合和框架形成的操作内研究。这一技术在高速度（微秒/毫秒级）下结合了亚5纳米的灵敏度和高空间分辨率，使得能够观察到反应混合物中的所有物质，包括晶态、非晶态、液体/固体相。(2) 实验结果显示，COF的形成过程中存在液液相分离，表明常规COF合成中存在结构化溶剂，呈现为无表面活性剂的（微）乳液。此外，发现溶剂的作用不仅仅是溶解性，还通过将反应物和催化剂分隔开来起到了动力学调节剂的作用，从而影响COF的形成过程。（3）基于这些发现，作者成功开发了一种室温下合成COF的新协议，摆脱了之前合成中需要提高温度的限制。这项工作将框架合成与液相图连接起来，为合理设计反应环境提供了新的方法。【科学图文】图1：iSCAT是全面了解COF形成机制的有效工具。图2. 实时iSCAT图像在空间和时间上显示COF的形成，在添加催化剂后的毫秒内显示液-液相分离过程。图3. 常规碳纳米管合成中的溶剂结构。图 4：合理设计了COFs的室温合成方案。【科学结论】这项研究为理解和优化复杂湿化学过程（如COF合成）提供了新的科学启示。通过使用iSCAT显微镜直接成像，作者得以深入解析COF合成的多阶段过程，揭示了液液相分离等关键现象。同时，作者提出的IAC合成方案展现了在温和条件下合成框架材料的可靠途径，这为设计更高性能的COF材料提供了新的思路。此外，作者提出的通过液相图定制反应环境的策略不仅可以用于COF合成，还可以推广到其他材料的合成领域，为实现有理材料合成提供了可行性方案。这一研究还强调了利用光散射技术可视化反应过程的重要性，这为更深入地理解化学反应机制提供了新的方法。综上所述，本研究不仅为COF合成提供了新的合成策略和理解机制，还为湿化学过程的探索提供了新的科学思路和方法。原文详情：Gruber, C.G., Frey, L., Guntermann, R. et al. Early stages of covalent organic framework formation imaged in operando. Nature (2024).https://doi.org/10.1038/s41586-024-07483-0

p 　　 strong 仪器信息网讯 /strong 2019年3月5日，日立高新技术科学公司宣布，在中国开始销售利用光干涉原理进行非接触式无损伤三维表面形态测量的纳米尺度3D光学干涉测量系统——VS1800 span style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " 【 /span a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C316288.htm" target=" _blank" style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 产品链接 /span /a span style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " 】 /span 。据悉，VS1800于2018年年底在日本发布并销售，今日起，中国市场正式开始发售。 /p p 　　VS1800搭配有支持多目的表面测量国际标准“ISO 25178*1参数对比工具”，通过简单而准确的样品测量支持客户的分析业务，与此同时，凭借不断创新积累的三维测量性能，实现高精度、高分辨率的表面性状的测量。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201903/uepic/f8ecf284-1695-4c8e-bf63-a2c0093622f0.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" style=" width: 300px height: 423px " width=" 300" vspace=" 0" height=" 423" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " VS1800：通过分析工具和测量技术支持三维表面性状测量 /span /p p 　 strong 　 span style=" background-color: rgb(112, 48, 160) color: rgb(255, 255, 255) " 产品开发背景 /span /strong /p p 　　在半导体、汽车、食品、医药品等产业领域的材料研究和开发方面，为了提高产品的性能与功能，对产品表面的粗糙度、凸凹不平、翘曲等表面形状的评估变得尤其重要。以往，表面形态的测量方法，一般是采用 strong 触针式粗糙度测量仪等进行二维测量(线+高差) /strong 。但近年来，伴随着材料的薄膜化和微细构造化的加速，需要能够获取更多的信息，传统测量手段受到限制。进而，采用 strong 扫描型白光干涉显微镜*2和激光显微镜*3等进行三维测量(面+高差) /strong 便得到了进一步灵活应用。 /p p 　　此外，2010年，三维表面形态评估的国际标准ISO 25178的制定，确立了评估方法，在此背景下，实施三维测量的企业和研究机构等日益增多。随之，表面形态测量上的测量与分析的简单化以及应对多种样品的测量等问题日益凸显，为解决这些测量问题，VS1800应运而生。 /p p 　　 span style=" background-color: rgb(112, 48, 160) color: rgb(255, 255, 255) " strong 产品解决了哪些测量问题? /strong /span /p p 　　此次发售的VS1800， 搭配了符合ISO 25178标准的分析工具 “ISO 25178参数对比工具”。在ISO 25178标准中规定了评估表面性状的32个项目的参数，但在对比样品时，选择最适合评估的参数很难，成为分析业务的难题。“ISO 25178参数对比工具”，通过按差异程度大小顺序自动对测量的参数值进行依次排序，可轻松选出最适合对比样品的参数，从而支持客户的分析业务。 /p p 　　此外，VS1800通过光干涉方法*4，除了可实现大视野测量、0.01nm的垂直方向分辨率*5、高重现性外，亦通过日立高新技术科学自主研发的技术，继承了多层膜的无损伤测量等传统产品的高测量性能。此外，该产品还可搭配“大倾斜角测量选配 ”*6功能，通过捕捉大倾斜角斜面的微弱的干涉条纹变化，实现传统的光干涉方式无法实现的大倾斜角斜面测量，从而应对多种多样的样品表面性状的三维测量。 /p p 　　至此，在表面分析系统解决方案方面，日立高新技术集团拥有了可实现极微细样品高分辨率测量的原子力显微镜、获得更大视野的扫描电子显微镜、高精度测量可能的VS1800等产品阵容，满足相关用户更广泛需求。 /p p 　　 span style=" background-color: rgb(112, 48, 160) color: rgb(255, 255, 255) " strong 产品主要特点 /strong /span /p p 　　 strong (1)高测量性能 /strong /p p 　　■ 垂直方向分辨率：利用光干涉方法，通过独自的算法，实现0.01 nm*的垂直方向分辨率 /p p 　　■ 重现性：利用干涉条纹测量凸凹的高度，通过将来自Z驱动机构的影响最小化，实现0.1 %以下的重现性 /p p 　　■ 测量速度：由于不需要样品的前处理，只要将样品放置在样品台上即可完成测量准备。通过光干涉方法最快5秒钟即可完成测量 /p p 　　■ 测量视野：以从干涉条纹获取的信息为基础进行凸凹高度的测量，由此可实现广范围(One-shot最大6.4 mm× 6.4 mm)测量与高垂直方向分辨率的两者兼顾。此外，通过连接多个数据的图像，可进一步实现广范围的分析 /p p 　　■ 无损伤测量：通过日立高新技术科学自主研发的技术，对玻璃和薄膜等透明多层结构样品进行测量时，无需对样品进行加工切割成截面，即可在无损伤的情况下，完成多层结构样品的各层厚度或异物混入状况的确认以及缺陷分析等 /p p 　　 strong (2) 易于使用的操作界面 /strong /p p 　　采用直观易懂的操作界面，能够轻而易举地进行图像分析处理前后的图像对比，从而支持分析时的最合适图像处理选择。此外，可简单地列出处理与分析的内容、创建独自的分析参数、重复使用分析参数等，并且还可批量处理数据，由此实现统一管理多个样品和分析结果，减轻繁琐复杂的后处理。 /p p 　　 strong (3) ISO 25178参数对比工具 /strong /p p 　　在对比多个样品时，通过将ISO 25178标准中规定的32项参数值按差异的大小顺序重新排列，从而在样品对比时能够轻松选取最适参数，支持客户的分析业务。 /p p 　　 strong (4) 硬件升级 /strong /p p 　　按每一台XY样品台的驱动方式，设计了3个类型的产品，即基础模式的手动型Type 1、电动型Type 2、Type 3。从Type 1到Type 2、Type 3，均可根据不同的用途进行升级。 /p p 　　 strong span style=" color: rgb(255, 255, 255) background-color: rgb(112, 48, 160) " 【附注】 /span /strong /p p 　　*1 ISO 25178：规定表面形态评估方法的国际标准。 /p p 　　*2扫描型白色干涉显微镜：利用 span style=" background-color: rgb(112, 48, 160) " /span 光干涉原理进行非接触式、无损伤的表面形态测量的测量设备。 /p p 　　*3激光显微镜：将激光作为光源进行表面形态测量的测量设备。 /p p 　　*4光干涉方法：是利用两列或两列以上的光波相互叠加而出现光明暗(干涉条纹)现象(干涉)的检查方法。 /p p 　　*5 0.01 nm的垂直方向分辨率为Phase模式时的性能。 /p p 　　*6“大倾斜角测量选配”为选择项目。 /p

仪器信息网讯 2022年9月2日，Park原子力显微镜公司(Park Systems Corp.) 宣布收购德国欧库睿因公司(Accurion GmbH)。德国欧库睿因公司是一家研发并制造成像椭偏仪和主动隔振器的私营公司。此次收购优化了Park原子力显微镜和白光干涉显微镜联用技术。交易的财务细节没有披露。欧库睿因公司总部位于德国哥廷根，是成像椭偏仪领域的先驱。该公司起初是马克斯-普朗克生物物理化学研究所的衍生公司，成立之时便开始研发用于表征超薄膜的布鲁斯特角显微镜。由于这些显微镜对振动很敏感，主动隔振技术就此应运而生。欧库睿因的成像椭偏仪将椭偏仪和光学显微镜的优点集于一身。强强联合之下创造了一款新兴的计量工具，突破了光学显微镜的测量极限。成像椭偏仪增强的空间分辨率将椭偏仪扩展到微分析、微电子和生物分析的新领域。“这是 Park原子力显微镜公司第一次进行完整品牌收购。我们很高兴这家传奇的高科技公司能成为Park，这也将成为Park企业史上浓墨重彩的一笔。”Park原子力显微镜的CEO朴尚一博士(Dr. Sang-il Park)介绍道，“欧库睿因的成像椭偏仪和主动隔振将与 Park 现有的原子力显微镜系列融合，衍生出许多造福纳米界的新产品，并产生业务协同效应。对我们的客户和投资者来说，这无疑是个令人振奋的好消息。”“我们很荣幸成为 Park原子力显微镜公司的一员。”欧库睿因的联合创始人兼首席执行官 Stephan Ferneding 补充道，“我们很期待 Park原子力显微镜公司以工业制造自动化系统方面的专业知识、优秀的全球销售能力以及专业的售后服务把业务带入全新的领域，创造新机遇。我们不仅具有 30 多年来为全球客户服务的宝贵经验，更还期待今后能在 Park原子力显微镜公司领导下更加快速地成长。”关于德国欧库睿因公司：德国欧库睿因公司（Accurion GmbH）位于德国下萨克森州的哥廷根，公司起源于1991年从德国马克斯-普朗克生物物理化学研究所（Max-Planck Institute for biophysical chemistry in Goettingen）独立出来的高科技公司Nanofilm GmbH。德国欧库睿因公司（Accurion GmbH）新公司于2008年由Nanofilm GmbH战略并购Halcyonics GmbH后更名而成立。公司的产品主要是Nanofilm产品，应用在材料、物理、化学、生物和医学等领域的光学表面及界面分析测量技术；以及Halcyonics产品，为各种高精仪器提供主动减震平台。关于Park原子力显微镜公司(Park Systems Corp.):作为世界领先的原子力显微镜 (AFM) 制造厂商，Park原子力显微镜公司为化学、材料、物理、生命科学、半导体和数据存储行业的研究人员和工程师提供全系列产品。“为科学家和工程师实现纳米级进步，助其解决世界上最紧迫的问题，并推动科学发现和工程创新不断地前进”是Park原子力显微镜公司义不容辞的使命。 Park原子力显微镜的客户大多数是世界前20的半导体公司和亚洲、欧洲和美洲的国家研究型大学。 近年来在10纳米先进制程量测领域取得不菲业绩。Park原子力显微镜公司是韩国证券交易所 (KOSDAQ) 的上市公司，公司总部位于韩国水原，分公司分别位于加利福尼亚州圣克拉拉、曼海姆、巴黎、北京、东京、新加坡、印度和墨西哥城。

相机显微镜是一种将显微镜与专业显微镜相机结合在一起的设备，用于拍摄和记录显微镜下的图像。不仅能够帮助我们观察到微观世界，还能进行参数设置和数据采集，提供定量和定性的数据，也可以将图像投射到大屏幕上，供多人观察与分析，方便多人共览分析，是实验教学、科学研究及医学检验的理想工具。显微镜摄像头MHD800相机显微镜在生命科学领域的应用非常广泛，应用于细胞生物学、分子生物学、遗传学、免疫学等多个领域。例如，在细胞生物学中，显微镜成像系统可以用于观察细胞的结构、形态和功能，以及细胞之间的相互作用。在分子生物学中，显微镜成像系统可以用于观察DNA、RNA和蛋白质等分子的结构和功能。通过测量细胞的大小、形状和数量，我们可以了解细胞生长和分化的规律。通过观察蛋白质的分布和数量，我们可以了解蛋白质的功能和调控机制。明慧MingHui显微镜数码成像系统界面明慧MingHui显微镜数码成像系统功能特点：高分辨率：能够捕捉到更清晰、更准确的图像。自动对焦和自动曝光功能：能够快速准确地捕捉到目标物体。多种观察模式：如明场、暗场、微分干涉、荧光、偏光等，可以满足不同实验需求。配备分析软件：可以对图像进行定量和定性分析，为科学研究提供有力支持。应用广泛：适用于生命科学、医学、材料科学等多个领域的研究。产品清单：显微图像分析软件相机显微镜如果您需要一整套显微镜成像系统或者已有的显微镜需要升级拍照功能和安装，请与我们联系。

p 　　在国家自然科学基金项目等资助下，中国科学院生物物理研究所徐涛院士和纪伟教授级高级工程师在提高光学显微镜分辨率技术领域取得重要进展。相关成果以“Molecular Resolution Imaging by Repetitive Optical Selective Exposure”( 基于重复光学选择曝光的分子分辨率成像技术)为题，于2019年9月9日在Nature Methods(《自然方法学》)杂志在线发表。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41592-019-0544-2。 /p p 　　该工作提出了一种基于激光干涉条纹定位成像的新技术，并据此研制出新型单分子干涉定位显微镜(Repetitive Optical Selective Exposure, ROSE)，将荧光显微镜分辨率提升至3 nm以内的分子尺度，单分子定位精度接近1 nm，可以分辨点距为5 nm的DNA origami(DNA 折纸)结构。为降低单分子发光时的闪烁和漂白对亮度和定位精度产生的不良影响，研发团队对显微镜光路进行了创造性地设计，分别为：基于电光调制器的干涉条纹快速切换激发光路，基于谐振振镜扫描的6组共轭成像光路，两种光路的同步实现了高达8 kHz的分时成像，确保在相机的单次曝光时间里把每个单分子发光状态均匀分配给6个干涉条纹，有效避免了荧光分子发光能力波动对定位精度的干扰。 /p p 　　研发团队利用该技术对不同荧光位点间距的DNA origami阵列进行验证测试，证明干涉成像分辨率达到了3 nm的分子水平。后续的细胞实验结果显示，该技术在免疫标记的微管、CCP(clathrin coated pits，网格蛋白有被小窝)以及较致密的细胞骨架成像时展现出良好性能，该工作使得超高分辨光学显微镜家族再添新成员，光学显微镜分辨率被进一步突破，将为进一步解析精细亚细胞的组分和生物大分子的纳米结构提供有力工具。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/a05a7f71-279c-47d6-855f-34acf83f1e5f.jpg" title=" tpxw2019-09-19-01.jpg" alt=" tpxw2019-09-19-01.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 图. ROSE干涉定位与传统质心定位的原理示意，以及用于DNA origami和细胞微丝成像效果比较 /strong /p

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。”

成果名称 光子力显微镜研制 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 &radic 研发阶段 □原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产 成果简介： 无接触高空间分辨扫描探测微米尺度物质的几何与力学性质（如刚度、应变、弹性、粘性，作用势，作用力等）一直是科学工作者期望的目标。以光镊束缚和操控的纳米小球为探针，结合高精度的散射光干涉位置探测技术，可构成一种成新型扫描探针显微镜，即光子力显微镜。 2009年，北京大学信息科学技术学院叶安培教授申请的&ldquo 光子力显微镜关键技术研究&rdquo 项目获得首届&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金支持，通过大量关键部件，如显微镜镜头、光学扫描振镜、光电二极管、数据采集卡等的购置，使得叶安培教授这一国际先进关键技术的前期探索研究得以及时启动和顺利开展。 叶安培教授课题组已开展了多项光子力显微镜研制中的关键技术研发，包括：（1）高稳定囚禁探针粒子的激光光源的研制；（2）实时精确测量纳米探针粒子三维位置的高灵敏光电位置探测器的研制；（3）亚皮牛顿（＜10-12 N）力的精度测量；（4）对光阱力标定与探针粒子受力的三维图像显示的应用系统软件的开发。 应用前景： 该技术具有纳米精度的空间分辨，能以亚皮牛量级的作用力解析度和微秒量级的时间解析度进行动态实时观测，探测微环境的二维甚至内部三维结构。该技术仅有欧洲个别实验室刚刚开始研究，尚没有商品化产品，国内类似的研究尚未开始。

项目编号：0613-227122244824/01项目名称：ZYCGR22011903共聚焦显微镜平台预算金额：250.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：250.0000000 万元（人民币）采购需求：序号内容数量简要要求1共聚焦显微镜平台1套 研究级全电动倒置荧光显微镜，齐焦距离为国际标准45mm：具备明场、荧光、微分干涉（DIC）等观察功能，显微镜可通过机身按钮、共聚焦软件控制 合同履行期限：合同签订后4个月内交货本项目( 不接受 )联合体投标。

据最新一期《自然》杂志发表的研究，以色列魏茨曼科学研究所的研究人员开发了一种新型扫描探针显微镜，即量子扭转显微镜（QTM），它可以创造出新的量子材料，同时观察其电子最基本的量子性质。这项研究为量子材料的新型实验开辟了道路。　　大约40年前，扫描探针显微镜的发明彻底改变了电子现象的可视化方式。尽管当今的探针可在空间的单个位置获取各种电子特性，但迄今为止扫描显微镜无法实现的是，在多个位置直接探测电子的量子力学存在，并提供对电子系统的关键量子特性的直接存取。　　QTM原理涉及两层原子般薄的材料相互“扭曲”或旋转。事实证明，扭转角度是控制电子行为的最关键参数：仅将其改变十分之一度，就可将材料从奇异的超导体转变为非常规的绝缘体，但这个参数在实验中也是最难控制的。　　基于独特的范德华尖端，QTM可创建原始的二维异质结，这为电子隧穿进入样品提供了大量相干干涉路径。由于在针尖和样品之间增加了一个连续扫描的扭转角，这种显微镜可沿着动量空间的一条线探测电子，类似于扫描隧道显微镜沿着真实空间的一条线探测电子。　　实验演示证明了针尖的室温量子相干性，研究人员还施加了较大的局域压力，观察扭曲的双层石墨烯的低能带逐渐平坦化。　　研究人员称，新工具可直接将量子电子波可视化，可观察它们在材料内部表演的量子“舞蹈”，其还为科学家提供一种新“透镜”来观察和测量量子材料的性质。　　如此深入地窥探量子世界，可帮助揭示关于自然的基本真相。未来，QTM将为研究人员提供前所未有的新量子界面光谱，以及发现其中量子现象的新“眼睛”。

最小最轻的远程医疗显微镜面世 可助资源条件落后地区提高医疗卫生水平 　　据物理学家组织网4月22日报道，美国科学家发明了一种世界上最小、最轻的微型显微镜。该新型无透镜成像技术被认为不仅削减了与医疗照顾相关的成本，还将给资源条件有限的地区提供快捷、廉价的医学诊断，也将远程医疗向前推进了一步。 　　美国加州大学洛杉矶分校的电子工程副教授艾多安奥兹坎使用了一种“基于侧影成像的无透镜超宽视野单元监测阵列平台”(LUCAS)的成像技术。LUCAS的特点是，摈弃放大物体所用的透镜，通过采用发光二极管照亮物体及数字传感阵列来捕捉影像，从而产生微粒或细胞的全息图像。分析样本经由一个小芯片载入，芯片内装有用以监测健康状况的唾液或血液涂片。在使用血液涂片时，该显微镜能准确鉴别出细胞或微粒，如红细胞、白细胞和血小板等。 　　这台显微镜和一个鸡蛋的重量差不多，仅46克，是一个自成一体的成像设备，其仅有的外设为一个可与智能手机、掌上电脑(PDA)或计算机相连的USB接口，可经此供电。除了比常规显微镜更为紧凑轻巧外，该无透镜显微镜还省却了要经过专业技术人员才能分析成像的需要，图像经由计算机分析后就可即时获取结果。再加上一些不太昂贵的附件后，还能改装成一个微分干涉对比显微镜(亦称诺玛尔斯基显微镜)，改装附件的成本仅100美元至200美元。微分干涉对比显微镜可用以获取样本的密度信息，通过突出线条和边缘的对比度来形成看似立体的图像。 　　这台功能强大、成本低廉的无透镜显微镜可装入一个极小包装；大量设计元素将使其在资源条件有限的地区，特别是非洲的一些国家大显身手，帮助监测诸如疟疾、艾滋病和肺结核等疾病。 　　在以上地区，医疗的两个关键需求是：易用性和耐久性。该显微镜的使用将培训减至最低程度，其大视野成像的特点，令样本不再需要在显微镜内进行扫描或精确对齐；操作简单到只需将样本装满芯片，然后将其移至显微镜边上的一个槽内 由于其具有大孔径，还能避免因碎屑阻塞光源引起的问题 另外，由于几乎没有活动部件，使得显微镜相当坚固 而且还能被数字化集成为远程医疗网络的一部分，成为填补基础设施和移动工具之间缺隙的典范。 　　相关研究成果发表于英国皇家化学会《芯片实验室》杂志网络版。

细胞功能与结构解析一直是生命科学研究的关键，而其中活细胞无标记检测技术开发一直是生物分析科学发展的核心热点。然而,现今的技术经常需要耗时的准备步骤、高度依赖复杂的检测仪器且与其他设备很难兼容集成，从而限制了其在生物监测领域的功能拓展和广泛应用。由香港大学（港大）电机电子工程系褚智勤博士与机械工程系林原博士、南方科技大学李携曦博士领导的研究团队针对上述问题，开发了一种基于GaN光学芯片的高度集成、低成本微型光学显微传感系统，实现了在空间受限的情况下，高湿度细胞培养箱内无标记细胞活动的监测与分析。团队并成功将新技术应用于药物活性分析筛选和免疫细胞分化进程的实时定量追踪。这款装置将为细胞生物学和药物研发的基础研究提供新的见解，并有助于新一代生物传感器的开发。团队已为发明申请美国临时专利。相比于传统的以荧光分子、核素等标记分子为基础的有源标记检测技术，无标记检测技术可以最大程度地减少对靶分子、细胞或者组织的功能和结构产生影响，从而揭示检测样本本征状态下的信息。目前，主流商业化的无标记活细胞检测技术包括以电阻抗测量为基础的微电子传感技术，该技术利用活细胞与检测板孔中微电极相互作用，产生电阻抗的改变来定量活细胞状态。然而，这种微电场可能会给一些电信号敏感的样品（神经，心肌）带来潜在的环境干扰。近些年以倏逝波为基础的生物友好、无标记光学传感技术（表面等离子谐振SPR，共振波导光栅RWG等）引起了人们极大的兴趣，并被广泛应用于生物分子相互作用和活细胞活动检测。然而，这种高精密的光学测量手段对设备搭建、场地尺寸及测试环境的要求很高，极大地限制了它在多场景、复杂环境下的推广应用。团队合作开发的光学芯片，是高度集成及低成本的微型光学显微传感系统，能够实时定量芯片表面细胞活动引起的折射率变化并对细胞形貌进行在线成像，实现了对细胞培养箱中无标记细胞活动的监测与分析。该系统核心是一种单片绿光“发光二极管 - 光电探测器（LED-PD）”光电集成器件。其采用的垂直堆栈的分布式布拉格反射镜设计，能够有效提高芯片的发光收集效率。该芯片具有片上光电探测能力，能够实时读取芯片表面集群细胞活动引起的折射率变化。同时通过集成一个微型微分干涉显微镜，实现对细胞形貌和运动的在线追踪。该系统结合对此类细胞的实时折射率和细胞形态的分析，能够定量识别分析细胞的沉降、黏附、伸展、收缩等行为，并成功将此技术应用于药物活性分析筛选和免疫细胞分化进程的实时定量追踪。这个研究拓展了GaN光学芯片在生物测量领域的发展，特别是这种基于芯片传感和光学成像结合的策略形成的光芯片显微传感系统（chipscope），将为生物传感器的设计和发展提供新的思路。研究结果经已在Advanced Science 刊登 “A Versatile, Incubator-Compatible, Monolithic GaN Photonic Chipscope for Label-Free Monitoring of Live Cell Activities”论文连结: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202200910

内容摘要石棉的危害：石棉本身并无毒害，它的最大危害来自于它的粉尘，当这些细小的粉尘被吸入人体内，就会附着并沉积在肺部，造成肺部疾病，石棉已被国际癌症研究中心肯定为致癌物。 石棉纤维可以分裂约为0.5um的元纤维，该纤维长度一般低于5um。由于它们的化学性质非常的稳定，可以长期的漂浮在空气中或水中，持续地造成广域性污染极其微小的石棉粉尘飞散到空中，被吸入到人体的肺后，经过20到40年的潜伏期，很容易诱发肺癌等肺部疾病。 左：纤维状阳起石平行偏振器成像。右：用正交偏光镜拍摄的阳起石样本。阳起石纤维显示出明显的双折射颜色，这明显区别于玻璃纤维（无双折射）。DM4P显微镜使用透射光、20x物镜和偏光镜的成像效果 石棉纤维呈明显的分散色。温石棉是最常见的石棉。在这张图中，典型的橄榄石色系是蓝色的。介质的折射率为1.553。DM4P显微镜使用透射光、20x DS（色散染色）物镜和偏光镜的成像效果 这张图片显示了典型的洋红色分散色温石棉在E-W方向。介质的折射率为1.553。DM4P显微镜使用透射光、20x DS（色散染色）物镜和偏光镜的成像效果 石棉检测-偏光显微镜法(PLM)PLM 原理为每种矿物都有其特定矿物光性和形态特征，通过偏光显微镜观测矿物晶体形态、折光率、干涉色、2V角、延性、颜色、多色性、解理、轮廓、糙面、克线、 突起等特征鉴定石棉矿物。偏光显微镜下，温石棉为细长纤维，呈浅黄绿色或低正突出至低负突出，折光率1.540-1.550。干涉色经常是I级灰白至黄色。闪石类直闪石折射率1.605-1.710,除透闪石消光角为10-20o外，均为平行或近于平行消光。透闪石石棉为短纤维，呈无色，中正突出。横切面干涉色为I级黄白，纵切面上最高干涉色Ⅱ级橙黄。横切面对称消光，其他纵切面 均为斜消光，沿柱面方向为正延长。因此，PLM法即可以鉴定石棉种类是各国鉴定石棉普遍采用的方法之一。 针对上述问题的解决方案和满足石棉检测需求，徕卡显微系统推出三款偏光显微镜，以便通过偏光系统观察纤维的延性和形态，用色散染色性质进行区分石棉的类别，满足不同领域的用户需要： 徕卡 DM4P 专业偏光显微镜 l 半自动机型 专为科研及研发设计l 带编码的可聚焦、可调中勃氏镜l 视野直径：22/25mml 智能化自动光阑设置l 自动光源调整l 6孔物镜转盘l 内置1.6倍变焦 徕卡 DM2700P -适用于任何用户的偏光显微镜 l 手动机型l 人体工学设计：高度可调聚焦按钮l 令人满意的结果重现性l 视野直径：22/25mml LED照明及卤素灯照明l 5孔物镜转盘l 颜色编码的光阑、聚光镜设置l 聚焦锁定功能 徕卡DM750P -用于教学培训的显微镜 l 手动教学培训偏光显微镜，简单操作易使用l 178mm直径高精度旋转载物台，旋转角度360°l 视野直径：20mml 人体工学设计l 4孔物镜转盘l 可配置锥光模块l 专用ICC50Camera

2014年的诺贝尔化学奖授予了三位率先突破光学极限的科学家。现在，200nm已经不再是光学显微镜所能达到的极限，人们对细胞的认识从未像现在这么清晰。 　　纳米显微技术常能获得异常美丽的图像，说它们是艺术品也不为过。《自然》杂志近日挑选了一些这样的图像以飨读者。 　　诺贝尔奖得主Eric Betzig(霍华德· 休斯医学研究院 HHMI)获得这张图像，是为了理解大肠杆菌如何组织膜中的三个受体蛋白。亮光来自于研究人员标记在目的蛋白上的荧光分子。Betzig与斯坦福大学的William Moerner开发了光激活定位显微技术PALM，这一技术在这里揭示了蛋白的细胞定位。 　　这张图片的左半部分是PALM的三维成像，显示了黑腹果蝇细胞中的微管。红色、蓝色到紫色，这些颜色代表着微管的不同深度，展示了Z轴方向共500nm的微管三维结构。右半部分是同一个细胞的普通显微镜成像。 　　这是一个人类脑瘤样本，在共聚焦显微镜下显得很模糊(左)，用STED技术(受激发射损耗)成像就清楚多了(右)。这一技术的发明者是诺贝尔奖获得者Stefan Hell(Max Planck生物物理化学研究所)。 　　在诺贝尔奖获得者的工作之后，其他研究者也发明了工作原理类似的纳米显微镜。哈佛大学的庄小威(Xiaowei Zhuang)用自己开发的随机光学重建显微技术STORM，展示了细长的神经纤维(轴突)如何每隔180nm就被肌动蛋白的环加固。 　　这里显示的是一个细胞中的线粒体。图像的左边是传统显微镜获得的图像，中间是超高分辨率技术STORM的三维成像，右边是STORM的层切面图像。 　　结构照明显微技术SIM是第四个问世的超高分辨率技术，这一技术通过特殊的照明模式(栅格移动)产生干涉图案(摩尔纹现象)，这些干涉图案包含了样本的结构信息。这是一张人骨癌细胞的三维SIM图像，肌动蛋白呈紫色，DNA呈蓝色，线粒体呈黄色。 　　SIM技术生成了许多漂亮的细胞图像。这是一个癌细胞，红色的是肌动蛋白，蓝色的是微管，绿色的是转铁蛋白受体(负责将铁带入细胞)。 　　原文检索： 　　Richard Van Noorden. Through the nanoscope: A Nobel Prize gallery. Nature, 14 October 2014 doi:10.1038/nature.2014.16129

新材料是传统产业升级和战略性新兴产业发展的基石。近年来，中国新材料产业蓬勃发展，关键材料取得突破、前沿技术不断涌现。７月８日－11日，中国材料大会2024于广州白云国际会议中心举行，大会致力于面向国家重大需求、推动新材料前沿重大突破，Evident携带多款创新工业显微镜产品亮相，与行业同仁一同探索材料的微观世界，为新材料的发展贡献力量。当前，高新产业的发展不断催生对于新材料的需求，进而对材料的微观结构设计和性能优化研究提出了更具前瞻性的要求。作为专业的光学仪器和解决方案提供商，Evident致力于提供材料学领域整体解决方案，其显微镜产品广泛应用于金属、陶瓷、半导体、化学材料等领域的微观形貌观察，助力实现精准的质量分析与控制。OLS5100 3D激光显微镜：亚微米级测量标杆OLS5100激光显微镜以其卓越的测量精度和光学性能，在亚微米级测量方面树立了标杆。在电子材料领域，新材料向更高性能、更小尺寸和更高集成度发展。Evident OLS5100显微镜以其精细的亚微米级三维成像能力，可深入观察半导体材料的微观结构，帮助提高电子元件性能。此外，其专用的LEXT物镜和Smart Lens Advisor（智能镜头顾问）的结合，确保了测量的准确性，为用户提供值得信赖的检测结果。随着全球对可持续能源解决方案的需求不断增长，新能源材料、储能材料和节能材料的研究变得尤为关键。在锂电池电极材料的生产中，为了保障电子在集流体与电极材料之间有效转移，生产中材料表面的粗糙度控制十分重要。作为非接触式工具，OLS5100显微镜在不损失样品的情况下获得精准数据，清晰捕获传统显微镜难以获得的精细图案和缺陷。值得一提的是，OLS5100配备智能实验管理助手，能够简化工作流程并提供高质量数据，让材料检测的流程更加快速、高效。激光显微镜OLS5100可同时获得样品的激光图、真彩色图和高度图DSX1000数码显微镜：多功能、一体化创新工具DSX1000数码显微镜则是Evident在数字化显微技术领域的又一力作。它将光学技术与数字技术有机融合，成为一台集体视镜、工具显微镜、金相显微镜、偏光显微镜等功能于一体的多功能高度自动化的显微系统，集成明场、暗场、偏斜、偏光、MIX、微分干涉等六种观察模式，多款物镜支持23X-8220X放大倍率，为研究人员提供综合性成像和显微镜解决方案。在汽车、航空航天及其他制造领域，轻质材料、高温材料和耐腐蚀材料的需求日益增长。DSX1000显微镜配备的PRECiV软件提供多种选配模块，包括符合行规和国际标准的材料解决方案，如晶粒度、铸铁分析、最恶劣视场、孔隙率、相分析、非金属夹杂物等。此外，DSX1000的远心光学系统有效降低在整个放大范围内的图像失真率，保证了测量的准确度和重复性。其丰富的观察方法和灵活的载物台设计，使得研究人员能够轻松应对各种复杂外形的样品。一键式呈现样品的明场、暗场、斜射、偏振、MIX（明场和暗场）、偏光和微分干涉的图像在同一界面中，即使是初学者也能快速找到合适的观察方式。活动现场，Evident展台吸引了众多行业专家、研究人员及合作伙伴，Evident光学技术的创新应用引发了关注与热议。在制造大国向制造强国迈进的征程上，新材料的突破性进展对于加速产业升级具有重要作用，展望未来，Evident仍将顺应时代发展浪潮，以高质量的解决方案推动产业向“新”发展，为中国制造业的发展筑牢基石。

泰思肯(TESCAN) 位于欧洲电子光学研发和制造基地捷克布尔诺市，主要研发和生产扫描电子显微镜，其前身是世界电子光学设备制造的领航者TESLA，有超过60年电子显微镜的研发制造历史。 　　一直以来，泰思肯在电子显微镜领域深耕细作，然而就在不久前，泰思肯推出了一台全息显微镜Q-Phase，开始进军光学显微镜市场。目前这款产品已在中国上市。为何泰思肯会选择推出光学显微镜产品，这款产品又有着怎样的特点和竞争优势呢?仪器信息网编辑采访了泰思肯的相关负责人。 　　Instrument：作为一家电镜厂商，泰思肯为何选择推出光学显微镜产品? 　　泰思肯：TESCAN Brno在欧洲一直是一个开放性实验室，与很多大学和科研院所保持紧密的合作。捷克的布尔诺技术大学的Radim Chmelí k教授团队一直从事全息显微镜的研究，并且在2011年之后，就进入TESCAN接续进行研发。由于双方有非常好的合作关系，并共同申请了专利。TESCAN本身也具有极强的研发和制造能力，于是成功的将全息显微镜进行了商品化。 　　Instrument：新推出的Q-Phase全息显微镜有什么样的特点? 　　泰思肯：Q-Phase利用全息干涉法以及相干门控技术，具备多种成像模式，有定量相位成像、荧光成像、模拟DIC成像和明场成像。其中定量相位成像可以提供式样的立体形态、以及细胞干重的定量信息，细胞干重精确度可到pg/um2。 　　此外，Q-Phase还可以选配恒温箱等附件，可以对显微镜环境(如温度、湿度、气氛等)进行精确控制，可根据用户需要，进行细胞的培养或处理，同时实时观测。 　　Instrument：与同类产品相比，Q-Phase有哪些技术优势? 　　泰思肯：和目前已有的常规技术相比，Q-Phase具有众多优势：首先，不需要进行染色处理；其次，Q-Phase所需要的光强要比一般的全息显微镜低7个数量级，对样品的损伤更小，有利于长期观察；再次，可以做到细胞干重的定量测试；然后，Q-phase具有更好的空间分辨率，没有图像失真、渐晕、伪影等；还有，Q-phase具有超出同类方法很多的扫描速度，非常适合做原位观察。 　　另外，Q-Phase可以在散射介质中对细胞进行直接的观察，而且依然有非常优秀的衬度。这在传统的相衬技术中是难以实现的。 　　Instrument：Q-Phase全息显微镜适用于哪些应用领域? 　　泰思肯：Q-Phase主要用于生物与生物成像领域，以及活细胞的动态成像观察。比如：细胞的分裂和繁殖、干重测试、细胞运动、生命周期的观察；癌细胞的研究，药物的测试、组织切片等领域。

近年来，3D检测技术发展迅速，广泛应用于工业、国防、医疗、农业等领域。根据其是否应用人造光源作为照明系统，可分为主动式3D成像技术与被动式3D成像技术。无论是哪种方法，为了获得目标的高精度3D轮廓信息，都希望检测仪器具备高精度、高帧率、算法兼容性强、环境适应性强、稳定性强、操作简便、性价比高等特点，这在实际应用中，尤其在微纳米结构检测中有着重要意义。微纳米技术，是指对微纳级材料的测量、加工制造、设计、控制等相关研究技术，它与高精尖装备制造领域的发展息息相关。微纳结构测量最为基础和重要的是表面形貌的3D测量，它包括了轮廓的测量以及表面粗糙度的测量，目前常用的微结构表面形貌测量方法分为接触式和非接触式。接触式测量是目前工业领域内应用最为广泛的测量方法。这种方法在测量时有一个微小的触针，在被测样品表面上做横向移动；在这过程中触针会随着样品表面的轮廓形状垂直起伏，然后通过传感器将这微小的位移信号转换为电信号；对这些信号进行采集和运算处理后，就可以测得表面轮廓或形貌特征。测量中可以使用的传感器有很多，如光栅式、压电式、干涉式以及普遍应用的电感式。这种方法测量量程大，结果稳定可靠，并且仪器操作简单，对测量环境要求低；缺点是触针在测量时有可能会对被测表面造成损伤，且测量速度慢。非接触式测量技术大多基于光学方法，例如干涉显微法、自动聚焦法、激光干涉法等。光学测量方法具有非接触、操作简单、速度快等优点。然而在利用光学方法进行测量时，被测表面的斜率、光学参数等发生变化会引起测量误差。例如，若被测样品表面存在沟槽或其他微细结构，它们引起的散射、衍射等现象会对测量信号造成干扰。另外，若样品表面存在灰尘、细小纤维等，光学测量方法的结果也会有一定失真；而触针式方法由于测量时与样品表面接触，会划去部分表面污染物使测量结果不受影响。因此，根据不同测量要求，每种方法都有其适用性，常用的微纳结构三维测量方法如图1所示。图1：微纳结构三维测量方法接触式检测技术（1）扫描电子显微术利用物质与电子的相互作用，当电子束轰击表面时，会产生多种形式的电子和光电现象，扫描电子显微镜（SEM）利用其中的二次电子和背散射电子与表面具有的关系进行结构分析。SEM具有大视场、大倍率、大景深等优点，但其测量样品制备复杂，种类有限，常用于微结构缺陷检测等定性分析。（2）扫描探针显微术被测样品表面的相关信息利用探针与样品的相互作用特性获得，扫描探针显微镜（SPM）及其衍生而来其他测量方法，具有较高的测量分辨力，但其测量过程需要对测量表面逐点扫描，且只有微米级别成像范围，测试效率较低。（3）机械探针轮廓术探针始终与被测表面接触，被测表面结构的变化会使探针产生垂直位移，通过位移的感知即能获得被测表面特性。该方法在工业特别是制造业领域广泛使用，也是国际社会公认的表面粗糙度测量的标准方法。但是其作为接触式测量方法，容易对被测表面造成划伤，逐点测量的办法效率较低，也难以测量复杂器件。非接触式检测技术（1）激光干涉术通过干涉条纹变化与被测物位置变化的对应关系，获得位移信息，从而达到几何量测的目的。（2）自动聚焦法基于几何光学的物象共轭关系，当照明光斑汇聚在被测面时，进一步调整检测头与表面的距离，直至光斑像尺寸最小而得到该被测位置的相对高度。该方法简单易操作，但水平分辨力受光斑大小的限制较大，且垂直高分辨力对成像分析和调节能力要求高。（3）激光共焦扫描显微术首先利用精密共焦空间滤波结构，通过物象共轭关系滤除焦点外的反射光，极大地提高成像的可见度。通过聚焦光对样品垂直扫描，样品在垂直方向被分层成像，光学切片图像经三维重构，可得到样品的三维结构。该方法一次测量过程就能实现该视场三维形貌的测量，兼具高效和高精度的优点，但其分辨率易受扫描步长和物镜数值孔径的限制。（4）光学显微干涉术传统的干涉测量方法，主要是通过观测干涉条纹的位置、间距等的变化来实现精确测量。典型方法是单色光相移干涉术和白光扫描干涉术。单色光相移干涉术的测量思路为：参考臂和测量臂的反射光发生干涉后，利用相移法引入相位变化，根据该相位变化所引起的干涉光强变化，求解出每个数据点的相位，其结果不连续，位于(-p,p]之间，因此需要对该结果进行解包裹运算，然后根据高度与相位的关系，得到被测样品的表面形貌。这种方法在测量时对背景光强不敏感，测量分辨率高；但无法确定干涉条纹的零级位置和相位差的周期数，存在相位模糊问题；若被测样品表面的相邻高度超过1/4波长则不能测准，因此只能应用于对表面连续或光滑的结构的测试。白光扫描干涉法由单色光相移技术发展而来，由于使用白光作为光源，在干涉时有一个确切的零点位置，其相干长度短，干涉条纹只出现在很小的范围内；当光程差为零时，干涉信号出现最大值，该点就代表对应点的高度信息，通过Z向扫描能够还原被测样品的整体形貌。光谱分光型白光干涉由上述方法发展而来的光谱分光型白光干涉技术，则是基于频域干涉的理论，利用光谱仪将传统方法对条纹的测量转变成为对不同波长光谱的测量。包含有被测表面信息的干涉信号，由含有色散元件和阵列探测器的光谱仪接收，通过分析该频域干涉信号来实现信息获取。相比于单色光干涉技术，光谱分光型白光干涉技术具有更大的测量范围，同时与白光扫描干涉术相比，它在测量时不需要大量的Z向扫描过程，极大提高了测量效率。利用光谱分光型白光干涉技术可以测量绝对距离、位移、微结构表面形貌、薄膜厚度等。在测量微结构三维形貌时，光谱分光型白光干涉技术，比于其他方法操作更简单，测量精度更高。在微纳测量领域，为了提高光学测量系统的水平分辨率，通常采用显微物镜放大的方法。在光谱分光型白光干涉测量系统中可以采用几种显微结构，如Michelson型、Mirau型和Linnik型，图2显示了这三种显微干涉结构的构成原理。图2：三种显微干涉结构的构成原理高精度仪器设备需求不断推动着微纳米技术向前发展，因此高精度的微纳检测技术也成为了必然需求。微纳结构测量的对象有表面形貌、电子特性、材料特性、力学特性等，其中表面形貌3D测量最为基础和重要，它包括轮廓测量（如长、宽、高等）和表面粗糙度等参数的测量。对于尺寸处于微纳米量级的微纳结构器件而言，其静电力、黏附力和结构应力等因素对其本身的影响，会随着其表面积和体积之比的增大而增加，使器件的功能和质量发生变化，从而影响器件的使用。因此，对微纳结构表面形貌的检测非常必要。光谱分光型白光干涉技术，用于测量微纳米结构三维形貌的研究及其进一步产业化，填补国内空白。光谱分光型白光干涉仪（见图3）具备高精度、高帧率、算法兼容性强、环境适应性强、稳定性强、操作简便、性价比高等优点，其在新型成像/检测系统中的应用及产业化，将打破国外垄断。图3：光谱分光型白光干涉仪整机系统原理图光源是超辐射发光二极管（SLD），从光源发出的光进入光纤耦合器，从耦合器输出的光经消色差准直器准直成平行光，使用分光棱镜将准直光分为参考光和样品光。参考光经透镜3聚焦于反射镜，样品光经XY扫描振镜和透镜4，聚焦于样品。经反射的参考光和样品光由光纤耦合器的另一端输出，进入光谱仪中。光谱仪由透镜1、光栅、透镜2以及相机组成。输出的光经透镜1准直为平行光，照射到光栅上；光栅衍射分光，经透镜2汇聚于线阵相机；线阵相机记录参考光和样品光的干涉光谱，传给电脑进行处理。该系统使用振镜代替昂贵的高精密位移台进行二维扫描，可用于位移、振动及厚度测量（点测量）；线轮廓测量（线测量）；表面轮廓成像（面成像）。中科行智最新研发的白光干涉仪，用于对各种精密器件表面进行纳米级测量，专业用于超高精度、高反光及透明材质的尺寸测量。该白光干涉仪采用非接触式测量方式，避免物件受损，可进行精密零部件重点部位的表面粗糙度、微小形貌轮廓及尺寸测量。目前，在3D测量领域，白光干涉仪是精度最高的测量仪器之一。中科行智重点开发的3D飞点分光干涉仪，重复精度达30nm，扫描速度70kHz，扫描范围广，最大直径可达40mm；适应性强，可适用于测量最强反射、弱反射及透明物体等；稳定性强，分光模块与光学振镜模块化设计，加入光学振镜扫描，可替代昂贵的高精密位移台。主要特点如下：大视野：采用高精度光学振镜扫描方案，实现水平方向大视野扫描，避免使用昂贵的高精度水平位移台；大景深：高分辨率光谱仪进行信号采集，经分光元件将白光分光，具备mm级测量深度特性，无需深度方向扫描装置；高精度：大测量深度高分辨率相敏谱域干涉调解算法，重复精度30nm；高速度：采用FPGA硬件加速设计，帧率70kHz；灵活性：信号采集端和接收端分离式设计，采集端安装更灵活；用户设置自定义扫描区域、扫描间隔，也可重点获取感兴趣区域；适用性：适用于透明、弱反光、高反光、狭缝等材料类型的表面形貌以及厚度检测（见图4、图5）。目前白光干涉仪相关技术处于国际领先，苏州中科行智智能科技有限公司已发布的3D飞点分光干涉仪为国内首家，可广泛应用于半导体晶片、微机电系统、精密加工表面、材料研究等领域，为国内半导体行业及高精密行业赋能，高质量解决环节价值，可趋于替代国外高精密传感器，赋能国内高精密、高价值智能制造！

牛津仪器采用干涉仪技术的新一代原子力显微镜（AFM）Vero 近期连续获得三项全球知名奖项!Vero AFM获得了权威科学技术杂志《R&D Magazine》授予的2024年R&D 百强奖（2024 R&D 100 Award）和市场颠覆者特别认可铜奖（2024 Market Disruptor Special Recognition Bronze Award）。该奖项由来自世界各地的专业人士组成的评审团选出，以表彰过去一年中100个最具技术意义的新产品。Frost & Sullivan最佳实践奖旨在表彰在领导力、技术创新、客户服务和战略产品开发等领域表现卓越的颠覆性企业和产品。Vero AFM被授予2024年全球显微镜行业最佳实践新产品创新奖（2024 Best Practices New Product Innovation Award）。 牛津仪器 Asylum Research首席技术官Roger Proksch博士表示:“很荣幸牛津仪器原子力显微镜能够获得这些受人尊敬的奖项。在过去的25年里，牛津仪器Asylum Research一直在用其产品重塑AFM行业，这些奖项是我们承诺持续推进AFM技术进步的证明。”Vero 是牛津仪器 Asylum Research于2023年11月在材料研究学会上发布的新一代原子力显微镜，由Asylum Research与法国里昂大学合作开发。Vero的高级产品营销经理Ben Ohler博士说："Vero这个名字是基于拉丁词根‘ver’，意思是真理。Vero采用的正交相位差分干涉(QPDI)检测技术，能精准地测量探针的真实竖直位移，从而提高纳米材料测量的准确度和精密度。Vero AFM重新定义了AFM的极限，开创了材料科学研究的新时代。”

日前，电工研究所联合中国计量科学院、国家纳米科学技术中心共同研制成功国内首套可溯源计量型扫描电子显微镜。　　电工所在高分辨力场发射扫描电子显微镜的基础上，加装激光干涉仪测距的纳米级高精度位移台, 并提出了采用步进扫描代替传统电子束扫描的图像获取的创新方法。该方法可直接关联图像扫描与激光干涉仪的位置测量，实现对样品纳米结构扫描成像的量值溯源，有效减少电子束扫描成像过程中放大倍率波动和扫描线圈非线性特征在纳米尺度测量中产生的误差，从而实现对样品纳米结构的溯源测量。　　该设备的研制成功对我国纳米尺度计量标准的制定、扫描电子显微镜及其它纳米尺寸测量仪器的校准、纳米标样和标物的校准、参与国际长度比对等方面将起到重要作用。　　可溯源计量型扫描电子显微镜　　1um二氧化硅微球成像图

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。

小伙伴们，我又来了~本期给大家带来显微镜物镜的知识。啥是物镜，我想地球人都知道~物镜是显微镜的灵魂所在，物镜是影响清晰度的最重要部件，先来了解下物镜的重要参数。在选择物镜时需要考虑以下几个问题：1、需要多大的放大倍数？● 物镜可以根据其放大倍率分为三大类。其中包括：低倍物镜(2x、4x/5x和10x)，中倍物镜(20x、40x)和高倍物镜(60x/63x、100x)。除了物镜的放大倍率不同外，物镜使用的介质也不同。例如，对于高倍镜头(60x和100x)，经常使用浸油来获得高分辨率。放大倍率较低的镜头则采用空气作为介质。2、选择哪种观察方式？● 显微物镜有很多类型，应用场景也各有不同，根据观察方式的不同，也有不同种类。一般在物镜的外壳上会标注物镜的观察方式。● BF：明场；DF：暗场；PH：相差；PO：偏光；DIC：微分干涉；FL：荧光观察(蓝、绿、紫等)；UVFL：紫外荧光观察。3、如何选择一个成像效果好的物镜？● ①要选择有平场矫正功能的物镜，即标有Plan。 ②主要根据色差校正的能力来判断成像效果：消色差物镜（Achromatic）：仅能校正红蓝光的色差。半复消色差物镜（FL）：能校正红绿蓝三色光的色差。全复消色差物镜（Apo）：能对红绿蓝三色光的色差校正两次，同时能校正红、蓝两色光的球差。● 看透明切片可选择平场消色差物镜（Ach）。看荧光可选择半复消色差物镜（FL），而且有长工作距离可选，既可以看玻片也可以看培养皿。若需要更好的成像效果可选择全复消色差物镜（Apo），但Apo物镜没有长工作距离的，只适用于看玻片，不适合看培养皿或培养瓶等厚的样品。4、对分辨率的要求是什么？● 显微镜的分辨率是能分辨两点间的最小距离，能分辨的距离越小分辨率越高。数值孔径（NA值）与分辨率成正比，NA = n * sin α。与放大率成正比，与景深成反比。同样的放大倍数下，NA值越高越好。在工作距离都满足的情况下选择NA值高的物镜。5、需要多长的工作距离（WD）● 根据工作距离的不同，可以分为：①普通工作距离物镜：工作距离小，可以观察切片，但不能观察培养皿。②长工作距离物镜：用于倒置显微镜，可以满足组织、悬浮液等材料的镜检。6、所使用的玻片或培养板的厚度是多少？● 在标注物镜的光学类型的后面（∞/0）(210/0)，也就是斜杠后面这个数字代表的是适用玻片厚度，（∞/0.17）(210/0.17)，适用玻片厚度就是0.17毫米。如果用了不合适的盖玻片，则会出现很明显的球差（不同角度的光线没有会聚在同一高度）从而降低成像的对比度和分辨率。NA值越高的物镜对盖玻片厚度越敏感，所以要选择正规的盖玻片。有些高NA值的物镜以及长工作距离的物镜有可调的盖玻片厚度调节环可以对不同厚度的玻璃进行矫正，可用于培养皿的观察，观察时调节到相应的培养皿的厚度，或使用共聚焦培养皿，中间厚度也为0.17。

像差问题一直困扰着光学领域的工作者。像差会使光波前发生形变，不仅降低成像的信噪比和分辨率，使得很多时候我们只能&ldquo 雾里看花&rdquo ，更甚者，产生赝像，或无法获得有意义的图像。像差问题对双光子成像的影响尤为严重，因为在那里，荧光信号对入射光强度的依赖是平方关系，一旦入射光波前形变，不仅聚焦强度大幅下降，成像分辨率也急剧恶化。因此，如何解决像差问题，实现活体，例如小鼠大脑皮层，深层区域的高质量成像成为光学成像发展中最具挑战性的问题之一。 　　美国Howard Hughes Medical Institute (霍华德· 休斯医学研究所)在Janelia Farm Research Campus的吉娜博士小组与来自中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室的王琛博士最近成功将一种新的自适应光学的方法和双光子显微镜结合，研制出一种新的自适应光学双光子荧光显微镜。通过校正活体小鼠大脑的像差，在视觉皮层的不同深度处均获得了提高数倍的成像分辨率和信号强度，大大改进了成像质量，使得原来在活体鼠脑中不可见或者模糊的细节变得清晰可见，她们成功将该方法应用于老鼠视觉皮层第五层(约500µ m)的形貌结构成像和钙离子功能成像。这一新的自适应光学方法，首次使得在活体小鼠深层区域成像中获得近衍射极限的成像分辨率成为现实。这一成果以题Multiplexed aberration measurement for deep tissue imaging in vivo发表在最新一期的Nature Methods (自然· 方法)杂志上。 　　在该自适应光学双光子荧光显微镜中，她们将空间光位相调制器光学共轭到显微物镜的后焦平面，通过位相调制器将入射光分成若干子区域，每一块子区域的波前都可以被独立控制。同时，她们用数字微阵列光处理器，以不同的频率同时调制其中一半子区域的入射光强度，以另一半子区域作为&ldquo 参考波前&rdquo 。来自所有子区域光束会在焦点处会聚干涉，通过监测焦点激发的双光子信号随时间的变化情况，并进行傅里叶变换分析，可以&ldquo 分解&rdquo 得到被调制的每一块子区域的&ldquo 光线&rdquo 的贡献信息，从而可以实现对一半子区域波前的并行测量。对另一半子区域重复这一测量过程，从而获得整个入射波前的信息并进行校正。该方法耗时很短，通常约1~3分钟左右即可完成像差的测量和校正，无需复杂的计算，适用于任何标记密度和标记类型的样品。更重要的是，得到的像差校正图案可以用于提高较大视场范围内的成像质量。该方法无疑为在体研究小鼠大脑皮层深层区域的生物、医学问题提供了可行性方案。

2024年3月20日至22日，备受瞩目的SEMICON China 2024在上海新国际博览中心隆重举行。作为全球规模最大、规格最高、最具影响力的展会，有1100家企业参展，覆盖芯片设计、制造、封测、设备、材料、光伏、显示等产业链，是半导体行业的开年盛会。展会期间，仪器信息网有幸采访到了PARK SYSTEMS 中国区销售总裁张家荣。在采访中，张总提到帕克公司此次重点推出了原子力显微镜结合白光干涉仪以及可转向原子力显微镜等创新产品。这些产品在解析度、速度和功能性等方面展现出显著优势。此外，面对中美科技战以及全球半导体市场的变化，帕克公司已经着手进行风险管控，计划将部分产品在台湾进行组装生产，并在中国寻找合适的地方评估落实部分国产化。最后，张总表示公司对未来半导体量测和晶圆缺陷检测设备市场的发展充满信心，十分看好其未来前景。以下是现场采访视频：仪器信息网：本次参会，贵公司带来了哪些半导体量测或缺陷检测等方面的解决方案或产品？其采用的主要原理或技术有哪些？有哪些创新？张老师：今年的半导体，我们的主推产品基本上就是原子力显微镜结合白光干涉仪，另外还有我们有可以转向的原子力显微镜，所以基本上这两个产品本身就是个创新，因为它除了原本原子力显微镜的功能之外，它可以带来不同的功能，例如说白光干涉仪先快速的检测缺陷，然后再用原子力显微镜去做更精密的扫描。然后另外一个可以转向的原子力显微镜是可以看到现在很多半导体科室结构的一些缺陷或者粗糙度，这就是我们帕克今年主要的两个主推的产品。 仪器信息网：相比于其他公司，Park的产品有哪些优势和特点？在与竞争对手的较量中，贵公司如何保持自己的差异化优势？张老师：帕克原子力显微镜在半导体原子力显微镜量测这一块一直保有的优势就是超高的解析度超低的杂讯。但是这只是我们的第一个优势，如果跟其他的原子力显微镜来比的话，我们这几年一直在精进的就是所谓的原子力显微镜的速度，相对于传统的原子力显微镜，我们这种半导体在线的显微镜在特殊的应用上可以达到100倍的增速，所以说这就是我们可以跟对手拉出差异化的地方。除了原子力显微镜速度的增加，我们在它的功能性也开始增加，传统原子力显微镜只能量所谓的表面形貌，但是我们现在结合了白光干涉仪或者是一些 AR的显微镜，我们可以在分析材料的特性，或者是我们甚至也可以加入了原子力显微镜跟电镜的结合，所以从深度上来看，我们增加了产能，从广度上来看我们增加了联用，所以由于我们增加了深度跟广度，所以我们可以在市场上跟其他竞争对手来比，维持绝对的优势。 仪器信息网：近年来，中美科技战愈演愈烈，特别是美日荷出口半导体设备的管制越来越严。面对全球市场的变化，贵公司有哪些长远的战略规划？张老师：中美半导体的科技竞争对我们的厂商来讲都是一个非常值得关注的议题，这几年我们已经开始做一个所谓的风险的控管，比较幸运的是，因为我们是韩国的品牌，并不是直接美国品牌，并没有在第一波冲击上受到影响，但是为了长远的打算，我们目前为止已经有开始把部分产品在台湾试着组装生产，也在中国找其他的地方来评估是否可以落实部分的一个国产化，所以说目前为止看整个趋势推动我们会有相对应的方法来减少竞争对我们公司带来的冲击 。 仪器信息网：根据您的观察和分析，您认为未来半导体量测和晶圆缺陷检测设备市场将呈现哪些趋势？张老师：半导体工艺的演进现在日新月异，然后因为现在的工艺比以前的工艺更加复杂，更加困难，所以说半导体的量测或者半导体的缺陷检测，已经从以前的比较附属的设备变成可能关键的设备，因为如果没有办法精准的量测跟找到缺陷，我们没办法把良率给拉上来，所以未来我非常看好量测跟缺陷检测的一个发展的市场。

法医学比对显微镜介绍：徕卡FS C、FS M和FS CB系列法医学比对显微镜可用于检测弹道、工具痕迹、毛发、纤维和其他司法鉴定证据，并将提取的证据与所有物中发现的蛛丝马迹进行比对。徕卡FS系列法医学比对显微镜优点 一、便于记录配备高性能相机和软件应用，便于记录、测量、注释和存档精确测量样本，从不同角度观察，可以在案例报告上添加注释利用软件拼接功能，轻松记录超大视野利用高分辨率相机，记录微小的细节 二、多样化的比对方法利用多功能比对桥，支持多种高精度比对利用可调节分割线，轻松改变比对方法，协助您的鉴证工作；全部到左边，全部到右边，或者相互叠加以0.1%的放大精度比对右侧和左侧的图像，确保对结果充满信心。适应变形样本，+/- 4%的变焦放大调整（FS C,FS CB）三、可靠比对 利用高规格光学器件，得出可靠的比对结果对于远心目标，必须以正确角度观察通过物镜复消色差校正和单独虹膜控制，准确观察并记录证据精确的校准和测量，采用固定放大物镜和带编码的物镜转换器（适用于FS C以及搭配带编码显微镜的FS CB）四、采用多种人体工学组件 长时间工作依然舒适人体工学工作台，高度可电动调节，确保坐感舒适可调节观察角度，确保全天保持正确坐姿载物台、焦距和照明控制均触手可及，尽可能减少重复性手动操作。 五、提供多种照明选项，可清晰检测各种样本使用光纤光导、独立聚光，或多段环形光源，观察表面结构 利用同轴照明很容易观察到高反射表面利用透光分析半透明样本的内部结构 使用标准显微镜的所有对比技术，如荧光、相衬、偏振光、微分干涉对比（徕卡CFS CB比对桥可用于常规和高级显微镜平台）进行复杂结构的对比徕卡法医学比对显微镜应用介绍：法医学实验室将现场的弹壳与发射的进行比对分析破坏锁具的工具痕迹，并将其与所有物中发现的工具进行比对调查证件是否伪造将车祸中的毛发、纤维和油漆与“肇事逃逸"的车辆进行比对 凭借精确可靠的功能，助力得出科学的鉴定结论 ：配备高性能相机和软件模块，便于记录、测量、注释和存档利用多功能比对桥，支持多种高精度比对利用高规格光学器件，得出可靠的比对结果采用多种人体工学组件，即使长时间工作也不会感到疲劳提供多种照明选项，可清晰检测各种样本。 堪称是取证实验室的理想选择 徕卡FS C / FS M / FS CB法医学比对显微镜的技术：特殊比对桥设计 采用特殊比对桥设计技术，确保可以持续观察利用比对桥中的颜色中性棱镜，精确重现色彩凭借比对桥的精密机械和光学结构，对左右视野进行精确比对。 相关产品：FS CFS MFS CB比对桥