反射光显微镜

CPB仪器与测量栏目最新发文：基于177.3nm激光的真空紫外光调制反射光谱仪，此装置将有望成为高效无损地探测宽禁带半导体材料电子能带结构高阶临界点的有效光学表征手段，并广泛用于超宽禁带半导体材料及其异质结的电子能带结构研究。光调制反射光谱是通过斩波器周期性地改变泵浦光源对样品的照射来测量半导体材料反射率相对变化的一种光谱分析技术。由于所测差分反射率作为能量的函数在材料电子能带结构的联合态密度奇点附近表现出明显的特征，光调制反射光谱已成为研究具有显著电子能带结构的半导体、金属、半金属及其微纳结构和异质结等材料联合态密度临界点的重要实验技术之一。光调制反射光谱中所使用的泵浦激光的光子能量一般要高于被研究材料的带隙，随着第三代宽禁带与超宽禁带半导体材料相关研究和应用的不断深入，需要更高能量的紫外激光作为光调制反射光谱的泵浦光源。目前国际上已报道的光调制反射光谱系统中，配备的泵浦光最大光子能量约5 eV，尚未到达真空紫外波段。因此，迫切需要发展新一代配备高光子能量和高光通量的泵浦光源的光调制反射光谱仪，使其具备探测超宽带隙材料的带隙和一般材料的超高能量临界点的能力。中科院理化所研制的深紫外固态激光源使我国成为世界上唯一一个能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家，已成功与多种尖端科研设备相结合并取得重要成果。此文详细介绍了由中科院半导体所谭平恒研究员课题组利用该深紫外固态激光源搭建的国际上首台真空紫外光调制反射光谱仪（图1）的系统设计和构造，将光谱仪器技术、真空技术、低温技术与中科院理化所研制的177.3 nm深紫外激光源相结合，同时采用双单色仪扫描技术和双调制探测技术，有效避免了光调制反射光谱采集中的荧光信号的干扰，提高了采集灵敏度。该系统将光调制反射技术的能量探测范围从常规的近红外至可见光波段扩展至深紫外波段，光谱分辨率优于0.06 nm，控温范围8 K~300 K，真空度低至10-6 hPa, 光调制反射信号强度可达10-4。通过对典型半导体材料GaAs和GaN在近红外波段至深紫外波段的光调制反射信号的测量对其探测能力进行了性能验证（图2）。此装置将有望成为高效无损地探测宽禁带半导体材料电子能带结构高阶临界点的有效光学表征手段，并广泛用于超宽禁带半导体材料及其异质结的电子能带结构研究。该系统基于中科院半导体所承担的国家重大科研装备研制项目“深紫外固态激光源前沿装备研制（二期）”子项目“深紫外激光调制反射光谱仪”，目前已经初步应用于多种半导体材料在深紫外能量范围内的能带结构和物性研究，并入选《中国科学院自主研制科学仪器》产品名录，将有望在推动超宽禁带半导体材料的电子能带结构研究、优化超宽禁带光电子器件的性能方面发挥重要作用。图1. 深紫外激光调制反射光谱仪图2. 177.3 nm（7.0 eV）激光泵浦下的GaAs在1.2 eV至6 eV内的双调制反射光谱及对应能级跃迁

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

近日，一种“基于步进扫描的光调制反射光谱方法及装置”近日获得国家知识产权局专利授权。该专利由中科院上海技术物理研究所邵军、陆卫等科研人员发明。 该装置包括傅立叶变换红外光谱测量系统、作为泵浦光源的激光器、以及联结傅立叶变换红外光谱仪中探测器与电路控制板的锁相放大器和低通滤波器，置于样品与激光器之间光路上的斩波器，从而使连续泵浦激光变为调制激光，并馈入锁相放大器的输入参考端来控制锁相。该方法使用上述装置进行光调制反射光谱测量，包括消除泵浦光的漫反射信号以及泵浦光产生的光致发光信号的干扰；消除傅立叶频率和增强中、远红外波段微弱光信号的探测能力三个功能。 经过对分子束外延生长GaNxAs1-x/GaAs 单量子阱样品和Ga1-xInxP/AlGaInP多量子阱材料的光调制反射光谱实际测试。表明本发明显著提高探测灵敏度和光谱信噪比，并具有快速、便捷的优点，特别适用于中、远红外光电材料微弱光特性的检测。

近期，陕西省动物研究所大鲵科研团队与美国孟菲斯动物学会、密西西比州立大学联合攻关的&ldquo 利用近红外技术判定大鲵性别的研究&rdquo 项目取得了部分成果，在英国IM出版社的新闻通讯部分(2015年第26卷第2期)发表，并被选做杂志封面。 　　NIR 讯息是国际近红外光谱学协会的新闻通讯，提供最新的近红外界内新闻。它以全面，有趣的文章展示近红外光谱学的实际应用。 　　近红外反射光谱研究，是通过扫描样品的近红外光谱，可以得到样品的特征信息，收集数据建立模型，进而对未知样品进行准确预测。利用近红外光谱技术分析样品具有方便、快速、高效、准确和成本较低，不破坏样品，不消耗化学试剂，不污染环境等优点，广泛应用于动物生理、营养、健康，特别是动物行为、数量统计、繁殖和疾病等方面。此技术将为我国大鲵研究提供新的技术和手段。 　　Near infrared reflectance spectroscopy studies of Chinese giant salamanders in aquaculture production 　　Carrie K. Vance, Andrew J. Kouba, Hong-Xing Zhang, Hu Zhao, Qijun Wang and Scott T. Willard 　　http://www.impublications.com/content/nir-news-table-contents?issue=26_2　　 大鲵近红外扫描

项目编号：0705-2240JDSMTXDK/02/招设2022A00210项目名称：上海交通大学全光谱激发共聚焦显微镜系统预算金额：450.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：450.0000000 万元（人民币）采购需求：序号货物名称简要技术规格数量交货期1全光谱激发共聚焦显微镜系统1）脉冲激光器：脉冲白激光器：在485nm-685nm范围内，步进精度≤1nm，自由选择激发谱线进行成像，同时输出脉冲激光谱线≥8条；2）光谱检测装置：高效率棱镜分光系统, 要求配备发射光调节步进1nm或更优, 连续检测荧光波长范围不少于410～850nm或高效率反射光栅分光系统，光子回收系统及不少于34 条通道的内置光谱检测装置；3）其他技术要求详见第八章第二部分《技术规格》。1套签订合同后10个月内合同履行期限：签订合同后10个月内交货本项目( 不接受 )联合体投标。

项目编号：招案2022-0938（校内编号HW20220083）项目名称：华中科技大学全内反射荧光显微镜成像系统采购项目预算金额：100.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：100.0000000 万元（人民币）采购需求：采购1套全内反射荧光显微镜成像系统（详见招标文件第三部分 采购需求）；合同履行期限：签订合同后90日历天内完成供货、安装、调试验收；本项目( 不接受 )联合体投标。

液晶电视给我们的生活增添了更多光彩，几乎每家每户都在使用液晶电视获取信息或娱乐消遣。其中增亮膜、反射膜、扩散膜、导光板等是液晶模组的重要组成部分。分光光度计是检查光学组件特性的有利工具，今天我们重点介绍平板液晶电视中反射膜的评估。液晶模组内部结构液晶模组中的反射膜通过将光从导光板反射到正面来提高亮度。因此要求反射膜具有极好的反射特性，从而对光进行有效的利用。反射膜使用日立紫外-可见-近红外分光光度计UH4150搭配5°绝对反射附件、积分球检测器评估液晶显示屏中的反射膜。实验测量了三种反射膜的反射率，结果如图4所示。5°绝对反射附件 三种反射膜的反射光谱各反射膜的光反射率光源：D65视角：2°结果表明，样品C有最高的反射率，可以更好的利用光，增加显示的亮度和效果。日立紫外-可见-近红外分光光度计UH4150具有优异的平行光束特征，确保反射率和透过率的准确测定，大型样品仓和多种多样的附件，满足液晶模组中不同组件的评估。 UH4150公司介绍：日立科学仪器（北京）有限公司是世界500强日立集团旗下日立高新技术有限公司在北京设立的全资子公司。本公司秉承日立集团的使命、价值观和愿景，始终追寻“简化客户的高科技工艺”的企业理念,通过与客户的协同创新，积极为教育、科研、工业等领域的客户需求提供专业和优质的解决方案。 我们的主要产品包括：各类电子显微镜、原子力显微镜等表面科学仪器和前处理设备，以及各类色谱、光谱、电化学等分析仪器。为了更好地服务于中国广大的日立客户，公司目前在北京、上海、广州、西安、成都、武汉、沈阳等十几个主要城市设立有分公司、办事处或联络处等分支机构，直接为客户提供快速便捷的、专业优质的各类相关技术咨询、应用支持和售后技术服务，从而协助我们的客户实现其目标，共创美好未来。

2008年11月24日，工程技术中心投入30万元人民币，引进德国徕卡Leica仪器公司DM2500P型偏光显微镜正式投入使用。 　　DM 2500P 技术参数 　　1. 偏光专用三目镜筒，可0/100% 50/50% 100/0%三档分光 　　2. 目镜：10X/22mm视域 　　3. 一套透反共用物镜：其中 1.25X的NA≧0.04 2.5X的NA≧0.07 5X的NA≧0.12 10X的NA≧0.25 20X的NA≧0.50 50X的NA≧0.75 100X的NA≧0.90 100X油镜的NA≧1.25 　　4. 可调中的360度旋转载物台，带2个微分尺，精度0.1度 　　5. 三级同轴(粗、中、细) 调焦旋纽，最小精度1um 　　6. 可双向调中孔位的物镜转盘，5孔位 　　7. 配180度旋转带刻度偏光检偏镜、圆偏光观察的四分之一波长补偿片、目镜测微尺、测微标尺 　　8. 透射光路包括：偏光专用聚光镜、暗场环、起偏器、全波长补偿片、四分之一波长补偿片、蓝色滤片、绿色滤片、灰度片、100W透射光灯箱 　　9. 反射光路包括：反射光光路架、带全波长补偿片起偏器、日光转换滤片、蓝色滤片、绿色滤片、灰度片、100W反射光灯箱 　　DM 2500P 主要特点 　　1. 无限远光学校正系统，图像清晰，高反差 　　2. 内置透反射卤素灯电源，透反射照明都是12V-100W，透、反射光转换方便，可加配荧光光源，荧光与卤素灯转换时不用拆换灯箱 　　3. 物镜透反共用，反射光、透射光观察转换时不用换物镜，省时省力 　　4. 检偏镜可180度旋转 　　5. 360度旋转专业偏光载物台，带2个微分尺，可加配带XY移动尺样品夹，移动样品夹有0,1mm,0.2mm0.3mm,0.5mm,1.0mm,2.0mm五档步距，调焦旋钮的扭力可调，物台高度限位可调整 　　7. 特有保护锁设计，使更换样品后无需重新调焦，实现样品与物镜双重保护 　　8. 调节工具可放在镜体上方便随时取用 　　9. 聚光镜架调中后，即便卸掉反光镜，调中位置也不改变 　　10. 各种滤片都经过防热处理 　　11. 专利的热补偿焦距稳定技术，即双金属片反向膨胀抵消技术，抵消机体由于长时间热效应带来的调焦面移动 　　江苏省醋酸纤维素工程技术研究中心(简称工程技术中心)依托南通醋酸纤维有限公司。工程技术中心的建立将进一步提升中国在醋酸纤维素领域的研发和自主创新能力，确保中国醋纤工业在日趋激烈的国际市场竞争中不断发展壮大。 　　工程技术中心大楼于2005年11月17日正式破土动工，2006年12月12日竣工并通过整体验收，2007年1月8日正式启用。工程技术中心占地总面积33000平方米，中心大楼建筑面积4000平方米，两层建筑加辅楼，分试验区和办公区两部分，试验区主要包括仪器分析实验室、烟气测试分析室、综合实验室、滤棒成型研究室、醋片小试室、丝束试验室、木浆粕研究室、油剂试验室。办公区主要包括：情报资料室、办公室、会议室、报告厅等，并预留部分面积作为发展之用。同时建成国内唯一的丝束中试和醋片中试线。 　　摘自南通醋酸纤维素工程技术研究中心网站

当光线照射到两种介质的分界面上时，一部分光线改变了传播方向返回原来的媒介中继续传播，这种现象称为光的反射。在自然界中，光的反射存在着镜面反射、漫反射和逆反射三种现象。光的反射示意图镜面反射是在光线入射到一个非常光滑或有光泽的表面上时发生的。光线在物体表面反射的角度和入射的角度，度数相同但方向相反。如果物体的表面和光源成精确的直角，那么反射光线会完整地反射回光源方向。光的漫反射是一种最常见的反射形式。漫反射发生在光线入射到任何粗糙表面上， 由于各点的法线方向不一致，造成反射光线无规则地向不同的方向反射。只有很少一部分光线可以被反射回光源方向，所以漫反射材料只能给人眼提供很少的可视性。逆反射（背面反射）是指反射光线从靠近入射光线的反方向，向光源返回的反射。当入射光线在较大范围内变化时，仍能保持这一特性。当石英片上镀膜后，石英片的逆反射会对镜面反射的结果有明显的影响。本文采用日立的UH4150紫外可见近红外分光光度计、5°绝对反射附件和60mm积分球测试分析逆反射的影响。 下面是2种不同工艺需求的测试数据图：左图为同一批次的2个镀膜样品，变量为基底是否进行了涂黑处理。通过数据可以明显的发现：涂黑处理后的反射率明显降低，在1370nm附近的反射率约为0.3%，这是因为涂黑处理使得基底的背面反射（逆反射）尽可能地消除。 右图为另一种工艺的产品，直接对样品进行测试，不需要额外的处理，可以得到1300 ~ 1600 nm范围内反射率低于0.2%的效果，符合产品的预期。一般遇到测试反射率低于0.5%的指标需求时，建议使用标准片测试。×总结根据测试的目的需求，基底是否处理对实际的测试结果有很大影响。样品的反射率测试，需要考虑背面反射的影响。日立的紫外可见近红外分光光度计UH4150结合镜面反射附件，可以准确的表征低反射率的样品性能。——the end——公司介绍：日立科学仪器（北京）有限公司是世界500强日立集团旗下日立高新技术有限公司在北京设立的全资子公司。本公司秉承日立集团的使命、价值观和愿景，始终追寻“简化客户的高科技工艺”的企业理念,通过与客户的协同创新，积极为教育、科研、工业等领域的客户需求提供专业和优质的解决方案。 我们的主要产品包括：各类电子显微镜、原子力显微镜等表面科学仪器和前处理设备，以及各类色谱、光谱、电化学等分析仪器。为了更好地服务于中国广大的日立客户，公司目前在北京、上海、广州、西安、成都、武汉、沈阳等十几个主要城市设立有分公司、办事处或联络处等分支机构，直接为客户提供快速便捷的、专业优质的各类相关技术咨询、应用支持和售后技术服务，从而协助我们的客户实现其目标，共创美好未来。

1、技术简介　　光在两种物质分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象，叫做光的反射。正是因为光在物体表面发生的反射，我们的眼睛才能感知到周围的世界的颜色与景象。反射是通过光入射到物体表面后在不同波长段的反射率差异引起。光谱仪获得的反射光谱信息就像人眼所见到的视觉内容一样，但是光谱信息更为数据化、更客观。反射测量可以测试物体的颜色，或者通过判定物体的反射光谱差异进行多样品的筛选和品控。 镜面 粗糙表面图5.1 反射原理图　　2、 应用说明　　由于某些检测样本的特殊性，不能完全依赖于化学方法进行检测，反射光谱模型作为一种迅速、高性价比的检测方法，可以作为化学分析方法在其他应用领域的替代方案，甚至可以直接用来测试粉末状样品。反射光谱检测方法不能判定是否适用于被测目标样本的原有模样，所以还是需要尝试多次对照测试它们的反射光谱，提高光谱数据的准确性。　　化学分析的方法可以用来提高最低检出限，并确定掺杂成分，但是光学的方法可以进行预先的快速查看与筛选。将反射光谱检测与化学计量学相结合，利用可见光和近红外漫反射光谱提供快速、无损的检测。在实际检测中，可以分析不同的样本之间的差异。数学上来说，主成分包含在了定义的所有波长多维空间的范围内。主成分使我们能够获得多维数据集和重要维度，然后从无意义的噪音中分离出有意义的信息。　　食品安全：香料检测，香蕉成熟度分析，芒果与鳄梨区分检测等 　　自然环境：水体汞污染监测，农作物分析等　　3 、典型产品和配置　　颜色检测配置：　　1. 光谱仪　　2. 光源　　3. 积分球：积分球可以180° 收集样品表面的反射光，所以它能尽可能多地收集样品表面的反射光。反射式积分球还能使用在弯曲表面，或者颜色测量。它能将样品表面发射的光很好地在积分球内部进行匀化，然后再耦合到光谱仪。反射光通过圆形的入射光孔径进入积分球，然后经过分球内壁涂抹的特殊涂层材料的均匀反射。图2 积分球示意图　　4. 反射探头：当需要快速测量样品或者应用在样品表面非常小的采样点时，反射探头既可以测量镜面反射，也可以测量漫反射，而且可以基于光源和光谱仪的配置不同，选择不同类型的扩大波长范围的反射探头。探头的发射光和反射光是同一方向的，接收到的光是反射光的一部分，所以使用反射探头测量反射光谱是一种相对测量。图3 反射探头　　5. 采样附件(光纤、滤光片、透反射支架、动态样品台等)：透反射支架用来固定反射探头的标准配件，同时也可以用于透射测量。使用透反射支架，可以有效地减少光源对样品的过度加热，对于生物样品或者有机样品，还有那些低熔点的样品非常重要 动态样品台，基于样品台旋转或者直线移动来对样品进行测量，并获得测量的平均信号。这种测量方式避免了结果的多样性，提高了样品测量的均一性结果，特别是对于谷物、种子和土壤类等不均一的样品，是比较理想的选择。 图4 反射支架和样品台　　6. 准直透镜：在做反射测量时，准直透镜可以使用在光纤的末端来准确地固定入射光和反射光的角度。镜面发射或者漫反射都可以使用这样的测量方式，但是我们需要固定夹具来对测量系统进行固定。准直透镜必须预先调焦来避免光束的发散，来保证获得更好的光谱。　　7. 光谱仪控制软件图5 反射检测典型配置　　典型配置　　典型产品：高灵敏度光谱仪，光源，滤光片，积分球，透反射支架，动态样品台，准直透镜　　4 、应用文章　　4.1 香料掺假检测图6 不同香料检测光谱　　4.2 香蕉成熟度检测图7 不同成熟度香蕉光谱图　　4.3 芒果与鳄梨区分检测图8 芒果与鳄梨检测光谱　　4.4 基于SPR快速检测花生过敏源图9 过敏源光谱　　4.5 无人机智能农业检测 图10 无人机农业检测光谱图　　4.6 农作物成分检测图11 农作物成分光谱图　　4.7 水体汞污染监测图12 水体检测光谱图（来源：海洋光学）

全共线多功能超快光谱仪BIGFOOTMONSTR Sense Technologies是由密歇根大学研究人员成立的科研设备制造公司。该公司致力于研发为半导体研究应用而优化的超快光谱仪和显微镜，突破性的技术可将光学器件和射频电子器件耦合在一起，以稳健的方式测量具有干涉精度的光学信号，真正实现一套设备、一束激光、多种功能。图1. 全共线多功能超快光谱仪BIGFOOT全共线多功能超快光谱仪BIGFOOT不仅兼具共振和非共振超快光谱探测，还可以兼容瞬态吸收光谱（Transient absorption (TAS)）、相干拉曼光谱(Coherent Raman Spectroscopy (CRS))、多维相干光谱探测(Multidimensional Coherent Spectroscopy (MDCS))。开创性的全共线光路设计，使其可以与该公司研发的高精度激光扫描显微镜（NESSIE）联用，实现超高分辨超快光谱显微成像。全共线多功能超快光谱仪的开发也充分考虑了用户的使用体验，系统软件可自动调控参数，光路自动对齐、无需校正等特点都使得它简单易用。全共线多功能超快光谱仪BIGFOOT主要技术参数：高精度激光扫描显微镜NESSIEMONSTR Sense Technologies的高精度激光扫描显微镜NESSIE可用入射激光快速扫描样品，在几秒钟内就能获得高光谱图像。该设备可适配不同高度的样品台和低温光学恒温器，物镜高度最多可变化5英寸，大样品尺寸同样适用。NESSIE显微镜是具有独立功能，可以与几乎任何基于激光测量与高分辨率成像的设备集成在一起，也非常适合与该公司研发的全共线多功能超快光谱仪集成。图2. 高精度激光扫描显微镜NESSIE 高精度激光扫描显微镜-NESSIE的输入信号为单个激光光束，输出信号为样品探测点收集的单个反向传播光束，这样的光路设计确保了反传播信号在扫描图像时不会相对于输入光束漂移，因而非常适用于激光的实验中的成像显微镜系统。图3. 使用NESSIE在室温下测量的GaAs量子阱的图像。a） 用相机测量的白光图像。b） 用调谐到GaAs带隙的80MHz激光器（5mW激光输出）进行激光扫描线性反射率测量。c） 同时测量的激光扫描四波混频图像揭示了影响GaAs层的亚表面缺陷 BIGFOOT+NESSIE应用案例：1. 高精度激光扫描显微镜用于材料表征美国密歇根大学课题组通过使用基于非线性四波混频（FWM）技术的多维相干光谱MDCS测量先进材料的非线性响应，利用激子退相和激子寿命来评估先进材料的质量。课题组使用通过化学气相沉积生长的WSe2单分子层作为一个典型的例子来证明这些功能。研究表明，提取材料参数，如FWM强度、去相时间、激发态寿命和暗/局部态分布，比目前普遍的技术，包括白光显微镜和线性微反射光谱学，可以更准确地评估样品的质量。在室温下实时使用超快非线性成像具有对先进材料和其他材料的快速原位样品表征的潜力。图4. (a)通过拟合时域单指数衰减得到的样本的去相时间图，在图(a)中用三角形标记的选定样本点处的FWM振幅去相曲线【参考】Eric Martin, et al Rapid multiplex ultrafast nonlinear microscopy for material characterization. Optics Express 30, 45008 (2022). 2.二维材料中激子相互作用和耦合的成像研究过渡金属二卤代化合物（TMDs）是量子信息科学和相关器件领域非常有潜力的材料。在TMD单分子层中，去相时间和非均匀性是任何量子信息应用的关键参数。在TMD异质结构中，耦合强度和层间激子寿命也是值得关注的参数。通常，TMD材料研究中的许多演示只能在样本上的特定点实现，这对应用的可拓展性提出了挑战。美国密歇根大学课题组使用了多维相干成像光谱（Multi-dimensional coherent spectroscopy, 简称MDCS），阐明了MoSe2单分子层的基础物理性质——包括去相、不均匀性和应变，并确定了量子信息的应用前景。此外，课题组将同样的技术应用于MoSe2/WSe2异质结构研究。尽管存在显著的应变和电介质环境变化，但相干和非相干耦合和层间激子寿命在整个样品中大多是稳健的。图5. （a）hBN封装的MoSe2/WSe2异质结构的白光图像。（b）MoSe2/WSe2异质结构在图（a）中的标记的三个不同样本点处的低功率低温MDCS光谱。（c）图（b）中所示的四个峰值的FWM(Four-Wave Mixing)四波混频积分图。（d）MoSe2/WSe2异质结构上的MoSe2共振能量图。（e）MoSe2/WSe2异质结构的WSe2共振能量图。（f）所有采样点的MoSe2共振能量与WSe2共振能量【参考】Eric Martin, et al Imaging dynamic exciton interactions and coupling in transition metal dichalcogenides, J. Chem. Phys. 156, 214704 (2022) 3. 掺杂MoSe2单层中吸引和排斥极化子的量子动力学研究当可移动的杂质被引入并耦合到费米海时，就形成了被称为费米极化子的新准粒子。费米极化子问题有两个有趣但截然不同的机制： (i)吸引极化子（AP）分支与配对现象有关，跨越从BCS超流到分子的玻色-爱因斯坦凝聚；（ii）排斥分支（RP），这是斯通纳流动铁磁性的物理基础。二维系统中的费米极化子的研究中，许多关于其性质的问题和争论仍然存在。黄迪教授课题组使用了Monstr Sense公司的全共线多功能超快光谱仪BIGFOOT研究了掺杂的MoSe2单分子层。课题组发现观测到的AP-RP能量分裂和吸引极化子的量子动力学与极化子理论的预测一致。随着掺杂密度的增加，吸引极化子的量子退相保持不变，表明准粒子稳定，而排斥极化子的退相率几乎呈二次增长。费米极化子的动力学对于理解导致其形成的成对和磁不稳定性至关重要。图6. 单层MoSe2在不同栅极电压下的单量子重相位振幅谱【参考】Di HUANG, et al Quantum Dynamics of Attractive and Repulsive Polarons in a Doped MoSe2 Monolayer, PHYSICAL REVIEW X 13, 011029 (2023)

在葡萄栽培与酿酒工业中，可溶性固形物总含量（Total Soluble Solids, TSS）是衡量果实成熟度和品质的关键指标。不同品种的葡萄因其遗传特性和生长环境的差异，其TSS含量存在显著变化。准确估算各品种葡萄的TSS含量，对于预测酒的品质、调整酿造工艺以及确定最佳采收时机均具有重要意义。那么，如何能够准确估算葡萄的TSS含量呢？跟随小编，一起来看看下面这篇论文给出了怎样的答案。摘要 ABSTRACT可溶性固形物总含量（TSS）是决定葡萄最佳成熟度的关键变量之一。在这项工作中，基于漫反射光谱测量，开发了偏最小二乘（PLS）回归模型，用于估算Godello、Verdejo（白葡萄）、Mencía 和Tempranillo（红葡萄）等葡萄品种的TSS含量。为了确定TSS预测的最适合光谱范围，对四个数据集进行了回归模型的校准，其中包括以下光谱范围：400–700 nm（可见光）、701–1000 nm（近红外）、1001–2500 nm（短波红外）和400–2500 nm（全光谱范围）。我们还测试了标准正态变量变换技术。使用留一交叉验证评估了回归模型，评估指标包括均方根误差（RMSE）、决定系数（R2）、性能与偏差比（RPD）和因子数（F）。红葡萄品种的回归模型通常比白葡萄品种的模型更准确。最佳的回归模型是针对Mencía（红葡萄）得到的：R2 = 0.72，RMSE = 0.55 °Brix，RPD = 1.87，因子数 n = 7。对于白葡萄，Godello取得了最佳结果：R2 = 0.75，RMSE = 0.98 °Brix，RPD = 1.97，因子数 n = 7。所使用的方法和得到的结果表明，可以使用漫反射光谱和将反射值用作预测变量的回归模型来估算葡萄中的TSS含量。结果 RESULT葡萄的反射率是使用ASD FieldSpec 4 地物光谱仪进行测量，该仪器可检测350–2500 nm光谱范围内的反射率。葡萄样品（每个葡萄品种60个样品，每个样品有100颗浆果）散布在黑色容器芯中（17 × 17 cm）。从4个不同的数据中获取了100颗浆果的反射数据（在每次测量之前将样品顺时针旋转90°）。然后对反射数据进行预处理，得到4次数据的平均值。图1. 利用ASD地物光谱仪获取光谱数据的流程图2展示了四种葡萄品种的平均反射值范围以及原始数据（图2a）和SNV转换数据（图2b）的TSS反射值。在图2a中，红葡萄品种（Mencía和Tempranillo）具有非常相似的光谱特征。虽然在可见光范围内的反射值相似，但从波长675 nm处可以看出一些差异，最大和最小反射值分别约为895 nm和1080 nm，以及675 nm和960 nm。白葡萄（Godello和Verdejo）的光谱特征与红葡萄不同，但彼此非常相似。Godello和Verdejo在可见光-近红外范围的570 nm、830 nm和890 nm处具有最高的反射值。在这个范围内，反射值呈现轻微差异，尽管它们具有相同的光谱特征。从波长1160 nm开始，四种葡萄品种的反射值是相同的。图2 四种葡萄品种（Mencía、Godello、Tempranillo和Verdejo）采样浆果的平均光谱范围图3 Godello、Mencía、Tempranillo和Verdejo葡萄品种在使用原始数据（实线）和SNV转换数据（虚线）进行PLS回归时加权回归系数在全光谱范围内的分布。对四个品种的酿酒特性进行了交叉验证。黑线表示零相关性，并为了清晰呈现而偏移了3.0单位图4 利用原始光谱反射数据进行每个波长的简单线性相关性葡萄糖度（TSS）相关图。图5 利用原始（a–d）和SNV转换（e–h）反射数据进行的偏最小二乘回归（PLS）的均方根误差（RMSE）值。所有图应用相同的颜色刻度（请参阅右侧图例）。结论 CONCLUSION采用漫反射光谱测量方法，利用偏最小二乘（PLS）回归模型估计了四种葡萄品种（Godello、Verdejo、Mencía和Tempranillo）的总可溶性固形物（TSS）含量。基于所获得的结果，红葡萄品种的TSS含量估算最佳，特别是Mencía。用于TSS预测的最适宜光谱范围是近红外（NIR）范围（701–1000 nm）。在此光谱范围内获得了最高的R2和RPD值，以及最低的RMSE和F值。在所有光谱范围内，对数据进行SNV转换进一步改善了模型的评估指标结果。用于估算TSS的最佳变量（图5）分别位于860 nm处，波长201 nm的Godello；883 nm处，波长232 nm的Mencía；916 nm处，波长230 nm的Tempranillo；以及1055 nm处，波长230 nm的Verdejo。这些最佳点呈现出最低的RMSE值。研究表明，通过光谱测量的反射值，可以迅速、非侵入性地进行现场测量，从而估算TSS含量。

高级的显微观察 便捷的显微操作奥林巴斯推出新一代工业显微镜BX53M 1.为工业和材料学应用而设计 BX3M系列采用了模块化设计，为广泛的材料学和工业应用提供了多样化的解决方案。BX3M改进了与奥林巴斯Stream软件的集成性，从而为常规显微镜检查和数码成像用户提供了从观察到报告创建的无缝工作流程。BX53根据工业和材料学的不用应用，可以组合成反射显微镜、透反射显微镜、红外显微镜、偏光显微镜等多种应用的显微镜。 反射显微镜 透反射显微镜 红外显微镜 偏光显微镜2.直观的显微镜控制舒适而便于使用 显微检查任务常常需要用很长的时间来调节显微镜设置、获取图像，以及进行必要的测量，从而得到令人满意的报告。BX3M通过其优良的设计和便捷的控制功能，简化了复杂的显微检查任务。用户不需要长时间的培训即可掌握显微镜的大多数功能。BX3M方便而舒适的操作还改善了图像的再现性，最大程度减少了人为错误。2.1 编码硬件：很容易恢复显微镜设置BX3M采用了新的编码功能，将显微镜的硬件设置与奥林巴斯Stream图像分析软件整合在一起。观察方法、照明强度和物镜位置全都记录在软件和/或手动控制器里。编码功能使显微镜设置能够与每幅图像一起自动保存，从而使此后还原设置，以及为报表提供文档记录更加方便。既节省了操作者的时间，又最大程度减小了使用不正确设置的概率。当前的观察设置总是清晰地显示在手动控制器和软件上。 2.2 智能光强管理：一致的照明在初始安装时，可以调节照明强度，使其与编码照明器和/或编码物镜转换器的特定硬件配置匹配。 2.3 方便而人性化的操作简单的手动开关，使用户能够把时间专注于样品本身和所需实施的检查。 3.先进的成像BX3M保留了常规显微镜检查的传统衬度对比法，比如明场、暗场、偏光和微分干涉。随着新材料的发展，现在可以使用先进的显微镜检查技术来进行更精确和更可靠的检查，从而解决了以往很多使用传统衬度对比法检查时遇到的缺陷检测方面的困难。3.1 MIX组合式观察：让以往看不见的图像显示出来BX3M的MIX组合式观察技术组合了明场和暗场照明方法。MIX组合式照明滑块中的LED光源，以定向暗场光线照射样品，这种方式类似于传统暗场照明，但又具有更大的灵活性。这种明场与定向暗场的组合称为MIX组合式照明，对突出显示缺陷和区分隆起与凹陷表面很有用处。 3.2 即时拼图（MIA）：轻松地移动载物台，即可进行全景摄影现在仅仅移动手动载物台上的XY旋钮即可方便而快捷地拼接图像，不再需要电动载物台。奥林巴斯Stream软件采用图案识别来生成全景图像，为用户提供了比单一画面更宽的视野。 3.3 轻松实现超景深图像（EFI）奥林巴斯Stream软件的景深扩展成像（EFI）功能能够获取高度超过物镜焦深的样品图像，并把它们叠加在一起，创建出一幅超景深图像. 4. 尖端光学技术的悠久历史奥林巴斯公司拥有高品质光学仪器研发的悠久历史，创造了多项光学质量的记录，保证了显微镜优异的测量精度。4.1 LED照明BX3M为反射光和透射光照明提供了高强度的白光LED光源。无论强度是多少，LED都保持着一致的色温。LED提供了高效而长寿命的照明，是材料学检测应用的理想工具。 4.2 自动校准类似于数码显微镜，使用奥林巴斯Stream软件时也能够实施自动校准。自动校准消除了校准过程中的人为变化因素，能够获得更可靠的测量结果。 奥林巴斯公司为材料学和工业显微镜检查提供了丰富的产品系列。有关DSX系列光学数码显微镜和LEXT 3D测量激光扫描共聚焦显微镜的更多信息，请查阅我们的网站，www.olympus-ims.com/zh/microscope。

自1982年起，国际漫反射光谱会议（International Diffuse Reflectance Conference，简称IDRC）在Gerry Birth的精心组织下首次召开。这一盛会致力于为来自工业界的参与者提供深度洞见，覆盖了一系列关键议题，包括行业当前面临的挑战、挑选适宜光谱仪的策略、采纳标准时需考量的要素，以及预见光谱学技术的未来发展趋势。在这个平台上，供应商们将展出他们最先进的仪器和技术设备，而海报展示环节则进一步激发了与会者间的交流与探讨，这些讨论往往热情持续，甚至延伸至正式会议日程之外。该会议在每隔一年的8月初举行。目前，国际漫反射光谱会议（IDRC2024)已可注册，设有学生差旅奖和青年科学家奖申请。时间：2024年7月27日-8月2日地点：美国田纳西大学联系人：CNIRS President (曹楠宁): nanningcao@gmail.comIDRC 2024 Chair: David W. McIntosh dmcintos@utk.edu注册链接如下：https://cnirs.clubexpress.com/content.aspx?page_id=22&club_id=409746&module_id=638562（如果打不开可能需要VPN，实在不行的话可以联系CNIRS President (曹楠宁) nanningcao@gmail.com，提供网站截图等各种信息）其他简介：田纳西大学邻近著名的大雾山（Great Smoky Mountains），到大雾山国家公园（The Great Smoky Mountains National Park）仅仅不到一小时的车程。夏天风景尤其优美，也有各种丰富的户外活动，非常适合家庭度假旅游。

荧光显微镜先驱Johan Sebastiaan Ploem 自上世纪中叶以来，荧光显微镜发展成为一种生物科学工具，对我们了解生命产生了最大的影响。在荧光分子的帮助下观察细胞和蛋白质是当今几乎所有生命科学学科的标准方法。这种广泛的应用可以追溯到一些研究人员的技术工作，他们希望改进和简化荧光显微镜下的劳动。荷兰医生约翰-塞巴斯蒂安-普洛姆（Johann Sebastiaan Ploem）就是其中的一位参与者。外荧光显微镜约翰-塞巴斯蒂安-普洛姆（Johann Sebastiaan Ploem）于 1927 年出生在苏门答腊岛的泽兰托（Sawahlunto），是一名荷兰煤矿工程师的儿子。幼年时，他随父母回到荷兰，并在那里将绘画作为自己的爱好之一。高中毕业后，他发现了另一个令人着迷的色彩领域，我们稍后会了解到。Ploem 决定学习医学，并在乌得勒支、哈佛和阿姆斯特丹接受教育。随后，他开始了学术生涯，曾在迈阿密大学和阿姆斯特丹大学工作，后晋升为荷兰莱顿大学医学系教授。在研究活动中，他发现荧光显微镜是一种强大的工具。20 世纪 60 年代，一种特殊的标本照明方式开始流行，事实上，早在 1925 年，对丝虫自发荧光事件感兴趣的 Policard 和 Paillot 就已经知道并描述了这种照明方式（Policard 和 Paillot，1925 年）。一些研究人员重新启动了这两位法国科学家的项目，将荧光照明和样品检测放在显微镜的同一侧。这种利用入射光的原理被称为 "Epi-Illumination"，与透射显微镜形成鲜明对比。在荧光显微镜中使用这种技术的一大好处是可以避免检测光源发出的发射光（图 1）。另一个优点是机械性更强：在透射照明中，聚光器和物镜有两个独立的光轴，必须仔细对准。而在外延照明中，物镜既是聚光器，又是集光物镜。这样就可以避免对准问题。 图 1：外延照明在荧光显微镜中的优势：在透射照明的情况下（左图），光源和图像检测位于物镜的两侧。在这种设置下，一个明显的限制就是无法检测到激发光（浅蓝色）。相比之下，Epi-Illumination（右图）使用物镜进行照明和图像检测。对于荧光显微镜来说，这意味着用户不会受到激发光的照射。二向色分光镜早在几年前，前苏联的两位研究人员就为荧光外延照明显微镜提供了非常重要的投入。Brumberg 和 Krylova 开发了一种所谓的二向色分光器，用于入射光的紫外激发（Brumberg 和 Krylova，1952 年）。二向色材料能够让特定波长范围的光通过，而其他波长的光则被反射（图 2）。这一原理对于荧光外延照明是不可或缺的，因为激发光必须以某种方式融合到显微镜的光路中（图 3）。更确切地说，二向色分光镜无法穿透光源发出的所需激发光的波长，只能将激发光反射到样品上。样品发出的荧光反过来又可以通过二向色分光器到达检测端。 图 2：透射图说明了二向色分光镜的功能。波长较短的光（蓝色箭头）会被反射，而波长较长的光（红色箭头）则可以通过滤光器。图 3：荧光外延照明需要一个二向色镜（灰色），它能够将激发光（蓝色）反射到试样上，并将发射光（绿色）传递到检测端。激发光的波长可通过相应的滤光片（橙色）进行预选。朝向检测侧的滤光片（紫色）只允许荧光团的波长通过，并排除激发光的残余杂散光。遗憾的是，由于铁幕之间缺乏信息交流，Ploem 并不知道俄罗斯的发展情况。尽管如此，他还是自己开始使用二向色分光镜。针对 Ploem 的特殊情况，他与著名的特种玻璃生产商肖特公司（美因茨）共同开发了一种可反射蓝光和绿光的分光镜（Ploem，1965 年）。之后，他用 Leitz 公司提供的中性分光镜改装了一台 "Opak" 外延照明器，通过引入一个带有四个不同二向色分光镜的滑块，他可以在紫外线、紫光、蓝光和绿光之间非常快速、方便地改变激发光的波长（Ploem，1967 年）（图 4）。 图 4：荧光多波长外延照明器，带有四个安装在滑块中的二向色分光镜，用于紫外、紫光、蓝光和绿光的入射照明。由阿姆斯特丹大学制造（Ploem，1965 年）。荧光滤光器立方体开发二向色分光镜以产生不同波长的激发光具有重要的优势。当时，紫外光谱（约 100 nm - 380 nm）的激发光非常普遍，但却有一个恼人的副作用：自发荧光。很多组织物质都会被紫外线激发，从而产生微弱的背景光（图 5）。通过将二向色镜的反射波长调整到绿色或蓝色范围，Ploem 能够达到当时非常常用的两种荧光染料 FITC（494 纳米）和 TRITC（541 纳米）的激发最大值，而不会产生自发荧光。FITC（异硫氰酸荧光素）和 TRITC（四甲基罗丹明-5（和 6）-异硫氰酸酯）可与抗体耦合，目前仍用于免疫荧光显微镜。通过在较小范围内达到其激发最大值，组织标本的对比度得到了显著增强（图 5）。使用 Ploem 的二向色分光器产生的激发光束能有效地与 FITC 的激发最大值相匹配，即使是发射光谱很差的光源也能使用。 图 5：左图：用宽波段紫外激发光照射标记有免疫标记（FITC）的组织细胞。注意带有蓝色自发荧光的组织结构。右图 使用窄波段蓝光（490 纳米）外延照明，对相同的组织和相同的 FITC 标记进行免疫染色。注意图像对比度的增加（Ploem，1967 年）。有鉴于此，现在可以利用外延照明的优势，使用普通的高压汞弧光灯提供蓝光和绿光的窄带激发。这一改进满足了生命科学和医学领域对荧光显微镜的需求。根据 Ploem 的发明，Leitz 设计出了一种新型多波长荧光外延照明器，它带有四个旋转式二向色分光镜，可在紫外、紫光、蓝光和绿光范围内激发标本，这就是 Leitz PLOEMOPAK。莱茨员工卡夫（W. Kraft）取得了更大的成就，他将二向色分光器与适当的激发和发射滤光器组合在一个工件上，即所谓的滤光器立方体或滤光器块（卡夫，1969 年和卡夫，1972 年）（图 6）。他的研究成果是设计出了一种外延照明器，该照明器带有多组四个这样的滤光器立方体，如今几乎所有的多波长荧光显微镜都是以这些滤光器立方体为基础的。 图 6：左：1970 年左右，Leitz 员工 W. Kraft 将激发滤光片（橙色）、二色分光镜（灰色）和发射滤光片（紫色）集成在一个工件上 - 滤光片立方体。中间：滤光器立方体的工程图。右图 在现代显微镜中，荧光滤光片立方体可以很方便地点入和点出。研究人员甚至可以根据自己的需要，用不同的滤光片和二向色分光器改装一个立方体。总 结有了 Ploem 及其同代人和后继者建立起来的技术基础，我们今天就可以通过将适当的滤光器立方体放入外延照明器（图 7），观察到无数不同的荧光团。研究人员甚至可以根据自己的需要定制激发和发射参数。由于现代研究显微镜的自动化，在实验过程中切换滤光器立方体只需点击一下按钮。科学家们可以在一瞬间切换不同的荧光团，从而观察到即使是活体标本也被荧光标记为不同的荧光团。 图 7：荧光显微镜的演变。左图：透射光荧光显微镜的基本问题是检测激发光。中图 这就是人们利用外延照明并将光源移到显微镜检测侧的原因。这种方法需要二向色分光镜。右图 将激发滤光片、发射滤光片和二向色分光器放在一个区块中，可以快速切换不同的区块，专用于某些荧光团。参考文献：1.Brumberg, E. M., Krylova, T. N.: O fluoreschentnykh mikroskopopak. Zh. obshch. biol. 14, 461, 1953.2.Ploem, J. S.: Die Möglichkeit der Auflichtfluoreszenzmethoden bei Untersuchungen von Zellen in Durchströmungskammern und Leightonröhren. Xth Symposium d. Gesellschaft f. Histochemie, 1965. Acta Histochem. Suppl. 7, 339–343, 1967.3.Ploem, J. S.: The use of a vertical illuminator with interchangeable dichroic mirrors for Fluorescence microscopy with incident light. Zeitschr. f. wiss. Mikroskopie 68, 129–142, 1967.4.Kraft, W.: Die Technologie des Fluoreszenzopak, Leitz Mitt. Wiss. u. Techn. IV/6, 239–242, 1969.5.Kraft, W.: Fluorescence Microscopy and Instrument Requirements. Leitz Mitt. Wiss. u. Techn. V/7, 193–206, 1972.6.Policard,A., Paillot, A.: Etude de la sécrétion de la soie à I' aide des rayons ultraviolets filtrés (lumière de Wood). Comptes Rendus de l' Académie des Sciences Paris 181, 378–380, 1925.参加问卷调研，领取精美小礼品！ 8月底活动截止届时答题满分的小伙伴会收到我们的小礼品问卷答案的答案可以在之前的推文内寻找哦~ 徕卡175周年：徕卡品牌的发展历程，也是显微技术的发展史 相关产品 DMi8 S 高速成像平台 倒置显微镜成像解决方案 STELLARIS共聚焦显微镜平台 正置双目生物显微镜 徕卡DM4 B & 徕卡DM6 B 徕卡显微咨询电话：400-877-0075 关于徕卡显微系统徕卡显微系统的历史最早可追溯到19世纪，作为德国著名的光学制造企业，徕卡显微成像系统拥有170余年显微镜生产历史，逐步发展成为显微成像系统行业的领先的厂商之一。徕卡显微成像系统一贯注重产品研发和最新技术应用，并保证产品质量一直走在显微镜制造行业的前列。徕卡显微系统始终与科学界保持密切联系，不断推出为客户度身定制的显微解决方案。徕卡显微成像系统主要分为三个业务部门：生命科学与研究显微、工业显微与手术显微部门。徕卡在欧洲、亚洲与北美有7大产品研发中心与6大生产基地，在二十多个国家设有销售及服务分支机构，总部位于德国维兹拉(Wetzlar)。

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.

项目概况中国科学院天津工业生物技术研究所四通道全内反射超分辨荧光显微镜采购项目 招标项目的潜在投标人应在www.o-science.com；北京市海淀区西三环北路甲2号院科技园6号楼13层01室获取招标文件，并于2022年06月09日 13点30分（北京时间）前递交投标文件。一、项目基本情况项目编号：OITC-G220271157项目名称：中国科学院天津工业生物技术研究所四通道全内反射超分辨荧光显微镜采购项目预算金额：350.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：350.0000000 万元（人民币）采购需求：1、采购项目的名称、数量：包号货物名称数量（套/台)是否允许采购进口产品1四通道全内反射超分辨荧光显微镜1是2、投标人可对其中一个包或多个包进行投标，须以包为单位对包中全部内容进行投标，不得拆分，评标、授标以包为单位。合同履行期限：详见采购需求本项目( 不接受 )联合体投标。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：本项目不属于专门面向中小企业单位采购的项目。3.本项目的特定资格要求：（1）在中华人民共和国境内依法注册的，具有独立承担民事责任能力，遵守国家法律法规，具有良好信誉，具有履行合同能力和良好的履行合同的记录，具有良好资金、财务状况的法人实体；（2）为本项目提供整体设计、规范编制或者项目管理、监理、检测等服务的供应商，不得参加本项目投标；（3）投标单位负责人为同一人或者存在直接控股、管理关系的不同供应商，不得参加同一合同项下的政府采购活动；（4）按本投标邀请的规定获取招标文件；（5）投标人不得为列入失信被执行人、重大税收违法案件当事人名单、政府采购严重违法失信行为记录名单的供应商。三、获取招标文件时间：2022年05月19日 至 2022年05月26日，每天上午9:00至11:00，下午13:00至17:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：www.o-science.com；北京市海淀区西三环北路甲2号院科技园6号楼13层01室方式：登录东方在线www.o-science.com注册并购买。售价：￥600.0 元，本公告包含的招标文件售价总和四、提交投标文件截止时间、开标时间和地点提交投标文件截止时间：2022年06月09日 13点30分（北京时间）开标时间：2022年06月09日 13点30分（北京时间）地点：北京市海淀区西三环北路甲2号院科技园6号楼13层第一会议室五、公告期限自本公告发布之日起5个工作日。六、其他补充事宜1、招标文件采用网上电子发售购买方式：1）有兴趣的投标人可登陆“东方在线”（http://www.o-science.com 招标在线频道），完成投标人注册手续（免费），已注册的投标人无需重新注册。招标文件售价：每包人民币600 元，售后不退。如决定购买招标文件，请完成标书款缴费及标书下载手续。2）投标人可以电汇的形式支付标书款（应以公司名义汇款至下述指定账号）。开户名称：东方国际招标有限责任公司开户行：招商银行北京西三环支行账 号：8620816577100013）投标人应在“东方在线”上填写开票信息。在投标人足额缴纳标书款后，标书款电子发票将发送至投标人在“东方在线”上登记的电子邮箱，投标人自行下载打印。2、以电汇方式购买招标文件的，须在电汇凭据附言栏中写明招标编号（如未标明招标编号，有可能导致投标无效）。3、投标文件的递交：考虑疫情因素，本项目将采用网络平台云会议室线上开标的方式进行。投标人应采用邮寄方式递交投标文件。投标人应充分预留投标文件邮寄、送达所需要的时间，建议选择邮寄运送时间有保障的快递公司寄送投标文件，并确保在递交截止时间前送达，逾期送达或不符合规定的投标文件恕不接受。投标文件邮寄地址：北京市海淀区西三环北路甲2号院北京理工大学西门国防科技园6号楼13层1301室；收件人：王琪；联系方式：010-68290523；4、为保证投标人代表顺利在线观看开标过程，请提前下载“腾讯会议”APP并完成注册（手机或电脑均可安装），并在投标文件密封信封上标明投标人代表的电子邮箱，以获取开标会议账号及密码。5、采购项目需要落实的政府采购政策：（1）政府采购促进中小企业发展（2）政府采购支持监狱企业发展（3）政府采购促进残疾人就业（4）政府采购鼓励采购节能环保产品七、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：中国科学院天津工业生物技术研究所　　　　　地址：天津空港经济区西七道32号　　　　　　　　联系方式：陈老师 022-84861979　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：东方国际招标有限责任公司　　　　　　　　　　　　地　址：北京市海淀区西三环北路甲2号院科技园6号楼13层01室　　　　　　　　　　　　联系方式：窦志超、王琪010-68290502/0523　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：窦志超、王琪电　话：　　010-68290502/0523

项目编号：0625-22212640项目名称：自然资源部第二海洋研究所“显微镜设备”采购项目预算金额：351.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：315.9000000 万元（人民币）采购需求：招标内容货物名称数量用途分项限价（万元）是否允许采购进口产品简要技术规格显微镜设备智能FISH荧光原位杂交系统1台科研67.5是用于海洋生物遗传学研究全电动体视显微镜1台科研40.5是高分辨率、高反差，电动光学变倍技术，智能控制调焦变倍，航天级材料的Z轴格栅，1.0× 平场复消色差荧光物镜，双支光纤照明器、环形光照明器、透射光反射光两用底座，原厂同品牌彩色数码冷CCD。全电动体视荧光显微镜1台科研45是连续变倍、大视野、长工作距离（电动连续变倍16:1）；大视野高荧光亮度，可获得10倍于常规体视显微镜的荧光强度，荧光滤光块转盘含4个滤光块； 智能、高精度电子变焦。可实现对荧光样品光学切片的图像效果。高倍体视镜1台科研18是数值孔径、分辨率、放大率、焦深、视场宽度、工作距离、覆盖差等高倍显微镜2台科研14.4是物镜放大倍率，×4，×10，×20，×40，×100，目镜×10。工作环境：+0～60℃扫描电子显微镜1台科研108是放大倍率：×5-×300000，分别率：3.0nm（30kV*1）、4nm(20kV)、8nm（3kV）、15nm（1kV）正置荧光显微镜1台科研22.5是物镜放大倍率，×4，×10，×20，×40，×100，目镜×10。光路：普通光路，紫外线，蓝光，绿光三色发光系统▲注：本项目投标人须对本招标文件中的所有产品进行投标。 合同履行期限：合同签订后6个月内本项目( 不接受 )联合体投标。

通过电子显微镜可观察肉眼看不到的纳米世界，现已广泛应用于医学、生物、材料开发等领域。我们身处在美丽的自然环境中，生活和谐美满，而只有电子显微镜才能呈现的微观世界，更是魅力四射。“nanoart”是通过电子显微镜真实展现金属、矿物、生物等的微观形态美，并利用计算机软件的伪彩技术制作出的“艺术”影集。以下，将为您展示在日本显微镜学会自1993年主办的“显微摄影大赛”中，日立高新技术公司的优秀参赛与获奖作品。 Crystal Flower Carpet 2016年国立研究开发与日立高新共同作品“铺满花纹的地毯”：非晶InSiO薄膜加热的同时，对其进行SEM的观察。350℃时通道效应引起结构发生变化，随着时间的推移，结晶区域不断扩大至全部结晶。在什么都没有的地方突然产生的结晶对比度。 拍摄条件与样品：InSiO薄膜? 分析仪器：日立热场发射扫描电镜SU5000? 检测信号：背散射电子? 加速电压：15.0 kV? 放大倍率：×10,000© （株）日立高新技术公司 重藤训志© 国立研究开发法人 物质?材料研究机构 WPI-MANA 木津TAKIO、塚越一仁© 国立研究开发法人 物质?材料研究机构 WPI-MANA Foundry 生田目俊秀 小型行星探测机升空 2011年富士化学与日立高新共同作品“宇宙飞船在未知行星着陆”：该样品表面和内部均有微孔空硅颗粒。将二氧化硅和氯化钠混合，且仅溶解氯化钠，制成立方体形状。微孔可捕获目标尺寸的物质，希望将来用于搬运物质的载体。 拍摄条件与样品：介孔硅纳米球? 分析仪器：日立扫描电子显微镜SU8040? 检测信号：背散射电子? 加速电压：0.8 kV? 放大倍率：×22,000© （株）日立高新技术公司　设乐宗史、檀紫© 富士化学（株）　矶部弘 Cross Sectional Observation of the Earth 2000年日立计测工程、日立制作所、东北大学共同作品“超能力外星人准备攻击的地球”：本样品是在Fe颗粒之上分别覆盖两层TiO2及SiO2而形成的高性能分层颗粒。在200kV的加速电压下，可观察到SEM图像的“月球”和STEM-FIB加工制成的薄膜断面像的“地球”。拍摄条件与样品：分层颗粒（反射光干涉着色磁性颗粒）? 分析仪器：日立场发射扫描透射电镜HD2000? 加速电压：200kV © 日立计测工程技术公司　失口纪惠、黑田靖、上野武夫© （株）日立制作所　计测器部　桥本隆仁© 东北大学　本部　中塚胜人、东北大学　田路和幸 微观花束 2009年日立高新作品“美丽的花束形貌”：合成沸石是广受关注的功能性材料之一，图为合成沸石在高分辨SEM下观察到的图像。该合成沸石主要用于催化工业原料合成。样品经过几次重叠而形成的花瓣形状，增加了样品表面积，从而使催化效果增强。 拍摄条件与样品：合成沸石? 分析仪器：日立场发射扫描电镜SU8000? 加速电压：2kV © （株）日立高新制造＆服务公司　稻木由纪© （株）日立高新技术公司　西村雅子、武藤笃、檀紫、坂上万里 NanoUniverse 2009年日立高新作品“宇宙中漂浮的小行星”：对玻璃内的添加剂氧化铋颗粒进行树脂包埋处理，并以5nm步进连续进行FIB加工，以观察其SEM图像。对200张SEM图像进行三维重构，观察颗粒的立体分散状态。 拍摄条件与样品：氧化铋? 分析仪器：聚焦离子束装置NB5000? 加速电压：FIB 40 kV、SEM 5kV © （株）日立高新技术公司　森川晃成、工藤美树、藤泽亚希子、今野充 烟花 1998年日立计测工程作品“烟花，烂漫绽放”：这些“烟花”其实是在还原氧化膜过程中产生的膜间水蒸气，大小从3微米到数十微米不等。硅基板因气体反弹到膜中心，隐约可见。 拍摄条件与样品： ? RuO2/Si基板? 分析仪器：日立场发射扫描电镜S-4700 © 日立计测工程技术公司　渡边俊哉、中川美音、山田满彦*: 参赛人公司为拍摄作品时所在公司。*: 本作品为日本显微镜学会主办的“显微摄影大赛”的参赛作品。*: 未经同意严禁转载“nanoart”上刊登的图片和文章。*: 关于著作权与链接详情请后台咨询。*: “nanoart® ”是日立高新技术公司在日本的注册商标。更多日立扫描电镜产品详情：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/Product-C7301-0-0-1.htm关于日立高新技术公司： 日立高新技术公司，于2013年1月，融合了X射线和热分析等核心技术，成立了日立高新技术科学。以“光”“电子线”“X射线”“热”分析为核心技术，精工电子将本公司的全部股份转让给了株式会社日立高新，因此公司变为日立高新的子公司，同时公司名称变更为株式会社日立高新技术科学，扩大了科学计测仪器领域的解决方案。日立高新技术集团产品涵盖半导体制造、生命科学、电子零配件、液晶制造及工业电子材料，产品线更丰富的日立高新技术集团，将继续引领科学领域的核心技术。

偏光显微镜是一种使用透射光原理进行观察的显微镜。它的工作原理是利用透镜将物体的光线聚焦，通过眼睛或摄像机进行观察。偏光显微镜可以用于观察物品的形态、颜色和透明度等特征。在检测粉煤灰微观结构特征方面，偏光显微镜可以用于观察粉煤灰的颗粒形态、大小和颜色的变化等。使用偏光显微镜观察粉煤灰样品时，需要对样品进行制备和处理。首先，需要将粉煤灰样品制成薄片。然后，用显微镜观察样品的形态、颜色和透明度等特征。通过观察，可以发现粉煤灰的颗粒形态不规则，大小和颜色存在差异。这些特征可以提供有关粉煤灰微观结构的信息。检验粉煤灰用偏光显微镜MHPL1500 透射光观察透射偏光显微镜MHPL1500是利用光的偏振特性对具有双折射性物质进行研究鉴定的必备仪器,可供广大用户进行单偏光观察，正交偏光观察，锥光观察。产品配置无应力平场消色差物镜与大视野目镜，高精度偏光载物台，优良的偏振观察附件等。可在透射偏光、反射偏光与透/反射偏光状态下获得良好的显微图像，仪器机械性能优良，观察舒适，操作方便。数码型偏光显微镜系统是将精密的光学显微镜技术、先进的光电转换技术、的计算机图像处理技术完美地结合在一起而开发研制成功的一项高科技产品。可以在显示屏上很方便地观察实时动态图像，并能将所需要的图片进行编辑、保存和打印。广泛应用于地质、化工、医疗、药品等领域的研究与检验，也可进行液态高分子材料，生物聚合物及液晶材料的晶相观察，是科研机构与高等院校进行研究与教学的理想仪器。透射偏光显微镜MHPL1500产品参数：1. 标准配置型号MHPL1500 (透射照明)目镜大视野 WF10X (Φ18mm)分划目镜 10X (Φ18mm) 0.10mm/div物镜 (中心可调)无应力平场消色差物镜(盖玻片:0.17mm) PL 4X/0.10无应力平场消色差物镜(盖玻片:0.17mm)PL 10X/0.25无应力平场消色差物镜(盖玻片:0.17mm)PL 40X/0.65 (弹簧)无应力平场消色差物镜(盖玻片:0.17mm)PL 60X/0.85 (弹簧)透射照明起偏器可360°旋转，有0、90、180、270四个读数集光器卤素灯照明适用光源6V 20W 卤素灯,亮度可调阿贝聚光镜N.A. 1.25 可上下升降目镜筒三目镜,倾斜30&ring ,可进行透光摄影中间接筒内置检偏器, 可自由切换正常观察与偏光观察,90°旋转，带刻度,游标格值12'推入式勃氏镜，中心可调λ补偿器λ/4 补偿器石英锲补偿器转换器四孔(外向式滚珠内定位)调焦机构粗微动同轴调焦, 微动格值:2μm,带锁紧和限位装置载物台旋转式载物台,直径：Φ150mm，360°等分刻度,游标格值6'，中心可调，带锁紧装置2.选配件:名称类别/技术参数目镜大视野 WF16X(Φ11mm)物镜 (中心可调)无应力平场消色差物镜(盖玻片:0.17mm) PL 20X/0.40 无应力平场消色差物镜(盖玻片:0.17mm) PL 100X/1.25 (油,弹簧)无应力平场消色差物镜(无盖玻片) PL L 20X/0.40无应力平场消色差物镜(无盖玻片) PL L 50X/0.70无应力平场消色差物镜(无盖玻片) PL L 80X/0.80无应力平场消色差物镜(干式) (无盖玻片) PL L 100X/0.85 (弹簧)转换器四孔(外向式滚珠内定位),可调节物镜中心移动尺移动范围:30mmX25mmCCD接头0.4X0.5X1X0.5X带分划尺,格值0.1mm/格显微镜摄像头USB2.0MHD500USB3.0MHC600、MHD600、MHD800、MHD1600、MHD2000、MHS500、MHS900摄影装置2.5X/4X变倍摄影装置带10X取景目镜4X对焦摄影装置MD卡环PK卡环数码相机接头CANON (A610,A620,A630,A640)

p br/ /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img style=" FLOAT: none" title=" Observer 3m.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/uepic/c8573f28-1b28-4279-8e15-034e0721454c.jpg" / /p p br/ /p p br/ /p p br/ /p p br/ /p p br/ /p p br/ /p p br/ /p p br/ /p p style=" TEXT-ALIGN: justify" & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 近期，光学领导品牌德国蔡司公司推出了全新升级版的Axio Observer倒置式金相显微镜，系统升级后增加了全新的光强记忆功能，结合专业的光学系统与自动化设计，使系统更稳定，重复操作更简便。创新的Axio observer系统是一个开放的成像平台：按照目前的需求进行配置，无论何时分析研究需求有变化时，仅需一个简单的升级就可以满足所有材料应用。 /p p & nbsp /p p strong 产品优势： /strong /p p strong 金相分析中节省时间 /strong /p p · & nbsp 使用 Axio Observer 让样品制备和检测更省时。 /p p · & nbsp 倒置设计利于与物镜的平行排列。 /p p · & nbsp 在最短的时间内观察最多的样品：将样品放置在载物台上，一旦聚焦，无论再次改变放大倍数或更换样品都无需再次聚焦。 /p p br/ /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 图片1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/uepic/3664f3d3-2515-4ddc-a52a-503c5f911001.jpg" / & nbsp /p p br/ /p p strong 值得信赖的检测结果和优异的成像质量 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: justify" & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 您会震惊于对Axio Observer所提供的高品质图像，尤其是在高倍工作环境下。 /p p style=" TEXT-ALIGN: justify" & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp Axio Observer能够提供均匀的照明环境保证整个视野都能呈现清晰的图像，结合自动化组件的与ICCS光学系统，保证了每一次的测量结果都是可靠的并且可重复的。 /p p style=" TEXT-ALIGN: justify" & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 利用专业的分析软件模块，您可以在短时间内对金相组织结构进行分析，如夹杂物、晶粒度及多相面积含量等。 /p p br/ /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 图片2.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/uepic/46a72e34-ee00-4e31-86f1-e70f9eeadb5f.jpg" / & nbsp /p p br/ /p p strong 多种分析对比技术，灵活选择 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: justify" & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 明场和暗场，采用光陷阱技术及强大的杂散光消除技术大幅降低图像的背景噪音，获得最丰富的组织细节、最锐利的图像。 /p p style=" TEXT-ALIGN: justify" & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 偏光分析技术，利用固定式起偏器检偏器、360& amp #176 旋转检偏器或具有全波段补偿器的可旋转检偏器，无需旋转载物台既实现对各向异性材料的双反射性及多色性分析。 /p p style=" TEXT-ALIGN: justify" & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 圆偏光微分干涉（C-DIC），利用专利的圆偏光干涉技术可顺利实现对样品表面轮廓的全组织干涉图像分析，且无需配置旋转载物台。 /p p & nbsp /p p strong 应用图像 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" & nbsp /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img style=" WIDTH: 542px HEIGHT: 515px" title=" 图片4.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/uepic/68485178-ffbf-44a4-9b52-f961b87d0fd1.jpg" / /p p br/ /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 巴克蚀刻铝，反射光，偏光 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" & nbsp /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img style=" WIDTH: 541px HEIGHT: 462px" title=" 图片5.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/uepic/ed4e37ff-0dc0-4462-8525-9157b3027deb.jpg" / /p p br/ /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 球状石墨，反射光，明场 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" br/ /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img style=" WIDTH: 545px HEIGHT: 503px" title=" 图片6.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/uepic/f96bdede-de78-4fe6-851e-e6a43b891afa.jpg" / & nbsp /p p br/ /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 铸造铝硅，反射光，暗场 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" & nbsp /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img style=" WIDTH: 541px HEIGHT: 499px" title=" 图片7.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/uepic/e3967ef9-3330-4168-a7ed-5c5a8a3a2efc.jpg" / /p p br/ /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 巴克蚀刻铝，反射光，C-DIC /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" & nbsp /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img style=" WIDTH: 539px HEIGHT: 461px" title=" 图片8.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/uepic/4340e6fa-e814-4050-bcac-2f924c67a40e.jpg" / /p p br/ /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 锌，反射光，带& amp #955 板偏光 /strong /p p style=" TEXT-ALIGN: center" br/ /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img style=" WIDTH: 543px HEIGHT: 467px" title=" 图片9.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201512/uepic/dd977ca9-9f5a-455c-8ead-ab22ce824700.jpg" / & nbsp /p p br/ /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 红砷镍矿，反射光，带& amp #955 板偏光 /strong /p p & nbsp /p p br/ /p p br/ /p

光学显微镜至今已有三百多年的历史，从观察细胞的初代显微镜发展到如今打破分辨率极限的超分辨显微镜。近年来，生命科学领域蓬勃发展，对显微成像技术不断产生新的需求，光学显微镜不断向更高分辨率、快速成像、3D成像等高端技术方向发展。我国高端光学显微镜市场长期处于被国外产品垄断的局面，许多关键核心部件依赖进口。令人欣喜的是，近五年来，市场上涌现出多种国产高端光学显微镜，包括超分辨显微镜、双光子显微镜、共聚焦显微镜、光片显微镜等，逐渐打破当前市场格局。基于此，仪器信息网特别制作“破局：国产高端光学显微镜技术‘多点开花’”专题，并向国产光学显微镜企业广泛征稿（投稿邮箱：lizk@istrumen.com.cn)。 本篇为北京世纪桑尼科技有限公司（以下简称“世纪桑尼”）投稿，作者重点从共聚焦技术角度叙述了共聚焦显微镜的发展现状，世纪桑尼共聚焦成像模块产品是最早的国产共聚焦商业化产品之一。仪器信息网：请回顾一下贵公司光学显微镜技术的发展历程。近20年中国的激光加工产业发展迅猛，增速全球领先，而且绝大部分部件都已经实现国产化，形成了国内供应链，这是我国所有激光相关企业共同努力的结果，也是中国强国梦的基础。北京世纪桑尼科技有限公司成立于2001年，一直致力于激光扫描振镜及控制系统的研发生产，是国内最早开发同类产品的高科技企业，打破了同类产品完全依赖进口的局面，产品被广泛应用于激光加工、激光医疗、激光演示等各个领域。2002年公司推出了第一代CS系列扫描振镜产品——扫描振镜是控制光束（主要是激光）高速地、精确地扫描样品的器件，主要应用在激光打标。激光打标系统和共聚焦扫描成像相比，仅是少了荧光返回分离和检测单元。2014年，经过在激光打标领域的多年积累，我司正式立项开发共聚焦扫描成像系统。第一个项目是阵列（多点）扫描共聚焦成像系统SUNNY ASM，于2015年中完成开发，并于当年年底完成第一台销售。图1 ASM与Zeiss LSM780联用为什么第一个项目选择看似更高端（至少从国外产品对比来说，多点扫描共聚焦是当时最贵的）的阵列扫描共聚焦？因为阵列扫描共聚焦使用的是EMCCD或sCMOS这样的相机成像，开发时只需要将相机的曝光和振镜的扫描做好同步就可以使系统正常工作，甚至是很好地工作，相对来说比较简单。而对于单点扫描共聚焦成像系统来说，还需要涉及到信号转换电路和图像软件的开发——这两点我们直到今天也仍然在优化，以使产品性能更上一层楼。2017年，我司立项单点扫描共聚焦成像系统。2018年初完成样机试制，并于7月份在兰州大学生科院做了第一次演示：当时用的是老师自己的IX71倒置显微镜，只有7：3的分光，但我们拍的线虫肌动蛋白仍然非常清晰。图2 线虫肌动蛋白，100X物镜2019年，我们在广西大学完成了第一台CSIM 100共聚焦扫描成像系统的销售，至今已有7套系统/模块的销售。我们可以为已经采购了研究级显微镜的单位配套CIM共聚焦模块及激光器、配套的控制软件，升级为一套完整的共聚焦显微镜，满足研究人员对共聚焦显微镜的需求，又大大降低了科研经费的投入，这也是我们开发这套系统的初衷。这样的系统我们目前已经完成了几个单位，系统操作方便实用、图片质量不逊色于国外大品牌产品，得到了用户的良好反馈。仪器信息网：当前贵公司主推的产品和技术有哪些。贵公司在高端光学显微镜方面有哪些独具优势的技术？ 当前，我司在生物成像领域主推的产品是CSIM 100/110共聚焦扫描成像系统，后续的工作除了继续优化系统性能、丰富软件功能外，我们也在开发我们自己的超分辨系统，基于环形光束替代高斯光束方法的超分辨技术。共聚焦成像系统是一个光、机、电一体化的工程，要做好共聚焦产品，需要在这三方面同时都做好，不能有短板。否则，做出来的产品只是能用，能动起来完成基本的扫描成像，但得到的图像无法满足实际的应用需求，更不用说追求更好的图像质量了。另外，不管是国外还是国内，第一家做出共聚焦成像系统产品的从来都不是传统的光学显微镜公司，尽管显微镜公司在光学和机械方面一直有着巨大的技术优势。从这里可以看出，电，尤其是高质量的信号转换电路才是开发出一款共聚焦产品的关键，而我司拥有二十年的振镜电机、驱动电路和控制技术的开发制造经验，在电方面有巨大的优势。相对来说，我司在高端光学显微镜（主要指共聚焦）方面的技术优势主要有两点：1、光路结构方面：利用光路可逆性原理，激光和荧光相向穿过同一个针孔，使激发与成像在任何时候都严格共轭，始终保持100%的样品信号采集率；光路稳定性高，免维护。2、自主开发了信号转换放大电路。相对传统共聚焦使用的跨阻放大电路，我们的信号转换放大电路拥有更高的信号转换效率、更低的背景噪声、更宽的动态范围。仪器信息网：您如何看待国产光学显微镜生产商和进口品牌厂商的差距（请结合具体产品回答）？国产高端光学显微镜发展还面临哪些问题？激光扫描共聚焦显微镜是二十世纪80年代发展起来的一项具有划时代的高科技产品 ，它是在荧光显微镜成像基础上加装了激光扫描装置，在反射光 的光路上加上了一块半反半透镜 ，将已经通过透镜的反射光折向其它方向，在其焦点上有一个带有针孔的挡板，小孔就位于焦点处，挡板后面是一个光电倍增管 。利用计算机进行图像处理，把光学成像的分辨率提高了30%--40%，使用紫外或可见光激发荧光探针 ，从而得到细胞或组织内部微细结构的荧光图像。其中光电倍增管探测器是很重要的组成部件，是日本滨松公司生产的，国内还没有成熟的同类产品可以替代，相关企业的产品正处于研发阶段，我们也在密切关注。物镜的性能，主要是数值孔径、消色差等级、平场性能和透光率等方面都还有不小的差距，但如果仅限于应用最广泛的可见光波段，差距已经不大了，至少用共聚焦拍一般的荧光图像，无法仅从图像上分辨哪个是国产拍的、哪个是进口产品拍的。国产高端光学显微镜的发展，最大的问题是用户对国产高端仪器的认可度不足。跑市场，经常能听到这么一句话：“买国产产品出了问题或不能满足要求，做决策的老师就要负责任；买进口产品出了问题，则认为这是目前技术水平的极限，和老师无关。”甚至今年都还有一些省份的政府和专家出面论证，某些仪器只建议采购进口产品。这让我们感到很困惑，难道进口产品都是一个水平、一个档次，就没有高端和低端的区别？低端产品就一定比国产产品好?是否做过对比？如何做的对比，还是只是闭门谈论？产品出现问题，国产产品会被认为质量不行，进口产品则是自己运气不好，在这样的情况下，用户对设备各方面的认识还有待提高，不要被销售人员误导。以上这些，对于国产厂商都是需要去面临和亟待解决的问题。更好地支持国产仪器发展，第一，要靠政策的引导，如科研单位采购国产设备退税就是非常好的政策，希望能够进一步细化，目前退税只退到学校，而不是课题组，对于课题组来说采购成本并没有减少。采购进口设备时，则只需要按免税价格报价。第二，要有权威的检验检测结论。第三，要进行技术和功能利用追踪——例如，招标参数强调了1nm的光谱分辨率，那么在该设备运行期间，这个功能有多少的使用率，出了多少成果。仪器信息网: 您认为，未来几年高端光学显微镜的技术趋势和热点市场需求有哪些？贵公司未来产品技术发展规划是怎样的？超分辨、共聚焦、宽场显微镜大体对应了前沿实验、成熟实验和基本实验，共聚焦成像应该有更广泛的使用面。然而，国外共聚焦显微镜产品的价格仍然“高高在上”，这阻碍了共聚焦成像技术帮助科研人员提升实验水平。未来，降低采购费用和使用成本必将是共聚焦产品的发展趋势。从技术来看，分辨率更高、灵敏度更好、成像速度更快一直都是显微镜的追求，未来的发展大概也会如此。但受限于元器件的发展，未来短期内可能会在通过反卷积计算和人工智能来提高图像的分辨率、信噪比方面有更快的发展。目前光学显微镜市场热点有两点：一、超分辨和活细胞成像，需求主要在经费充足的、已经购买一台或多台共聚焦显微镜的实验室或中心平台；二、单点扫描共聚焦成像系统，降低采购成本，尽可能地满足一般实验室需求。世纪桑尼未来发展希望能够填补国内空白、逐步替代进口产品。依托公司现有的产品和技术实力，研发多通道共聚焦模块、超分辨共聚焦系统、双光子共聚焦系统，为广大的科研人员提供高端实用的分析仪器。国家的强大需要高科技产业的发展，需要拥有自主知识产权的仪器设备，需要培养更多的科研人才，这是我们作为中关村高新技术企业的社会责任，我们义不容辞。

众所周知，原子力显微镜（AFM）对液体中的样品表征十分重要。然而，传统的基于激光反射探测原理的AFM对液体中样品表征存在着诸多不尽如人意的方面。 先，制备传统AFM所用液体样品的时间较长，对扫描样品的尺寸限制多。为了避免液体对传统AFM的激光反射光路产生影响，人们通常会把测试样品通过多个步骤制备在AFM专用的液体腔中。整个制备流程复杂费时。同时，传统的AFM通常不能对较大尺寸的样品进行扫描，例如厘米骨骼样品。这大地限制了医学等学科对各类器官组织的研究。 二，传统的AFM在对液体中样品的表征模式方面存在一定的限制。由于传统AFM在扫描液体中的样品时可能会涉及到AFM探针在大气和液体两个相中的转换。为了避免探针在液气两相转换过程中所出现的问题，基于激光反射原理的AFM在测量液体中的样品时通常使用接触模式（Contact Model），不使用轻敲模式（Tapping Model）。然而对于表面敏感的样品而言，接触模式在扫描过程中接触样品表面时间长，对样品扫描时施加的力大，容易损坏样品表面形貌。 三，传统基于激光反射原理的AFM不能对不透明液体中的样品进行扫描表征。由于传统AFM的成像机理，这类的AFM不可能把探针伸入不透明液体，然后对液体中的样品进行扫描。然而，在生物学等领域，把探针伸入不透明液体对样品进行扫描又是非常必要的研究。因为，细胞在不透明液体（例如血液）和透明缓释液中的状态是不一样的。 四，传统的AFM由于体积原因很难和其他表征设备联用，例如与荧光显微镜进行协同原位表征。 为了解决传统基于激光反射原理AFM在液体中测量样品过程中所遇到的问题。Quantum Design公司推出了基于全电系统的生物学AFM-AFSEM。使用AFSEM对液体中样品表征时，无需繁琐的制样过程，扫描探针进入液体中直接扫描即可[1]。在扫描模式上，AFSEM可在对液体中样品扫描时提供接触和轻敲两种模式，扫描过程中尽可能减少对样品的损伤。由于AFSEM是一款基于全电系统的AFM，可以在不透明液体中对样品进行扫描。突破性地解决了以往AFM不能在不透明液体中扫描样品这一难题。后，由于AFSEM的体积仅有手掌大小，如图1所示，AFSEM可以与各种光学显微，电子显微镜，FIB等多平台结合。图1. AFSEM原子力显微镜实物图。A) AFSEM的两种型号。左侧为AFSEM 1.0，右侧为AFSEM Nano。B）AFSEM 1.0尺寸大小示意图。图2. AFSEM在1：8（血液：水）稀释的血液中扫描样品的结果。A) AFSEM在液体中扫描样品的特写。B）在液体中获得的血红细胞血影的形貌图。图中比例尺为10 μm。 图3. 在不同透明度液体中扫描TGZ2 AFM标样的结果。A）表样浸在牛奶液体中。B）牛奶液体中获得的TGZ2 AFM扫描结果。图中比例尺为为10 μm。C）在去离子水液体中扫描标样的结果。D）血清中扫描标样的结果。E）未稀释血液中扫描标样结果。 图4. AFSEM在不同液体中扫描HS-500MG AFM XYZ标准样的结果。图中上半部分为去离子水中的扫描结果，下半部分为在未稀释的人体血液中获得的结果。扫描速度从左至右从30 μm/s增加到750 μm/s。 图5. 装在SEM中的AFSEM对大尺寸骨骼样本进行多维度原位表征。A）AFSEM对大尺寸骨骼样品表征示意图。B）把AFSEM放在SEM样品腔体中。C）在SEM中获得骨骼样品原位形貌信息示意图。D）C图中白色虚线部分的放大图。E）D图中彩色部分的三维立体结果。 Quantum Design公司拥有一只强大专业的定制化团队，可以根据用户的要求将AFSEM与光学显微镜，电子扫描显微镜，聚焦离子束加工设备，荧光显微镜等设备进行整合。下图为2021年9月Quantum Design公司为斯坦福大学定制的AFSEM系统[2]。图6. 2021年9月Quantum Design公司为斯坦福大学安装定制的AFSEM系统。A)斯坦福大学Fritz Prince教授和Quantum Design工程师在定制AFSEM系统前合影。B）为教授定制的AFSEM系统。定制系统方案为在FEI Teneo电子显微镜的样品腔中将AFSEM与Kleidiek八探针电学测量平台进行整合。 参考文献：[1]. Michael Leitner, Hannah Seferovic, Sarah Stainer, et al.Atomic Force Microscopy Imaging in Turbid Liquids: A Promising Tool in Nanomedicine. Sensors, 2020,20,3715.[2]. https://www.qd-microscopy.com/2021-august-microscopy-virtual-conference-2021/

中国学生在哈佛大学做博士后研究发现 　　人工界面改写光的反射和折射定律 　　光的折射和反射定律是几何光学的基础。但是美国哈佛大学物理学家用一系列实验演示了光线的传播可以不遵从这些经典定律。这意味着，或许有一天当你用一块平面镜端详自己容貌时，看到的却是哈哈镜的变形效果。 　　光在不同介质中的传播速度不一样。当一束光从空气中斜射向水中，光束的传播方向会发生改变，这就是所谓的折射现象。它的准确表述即折射定律是很多年前由物理学家斯涅尔、数学家笛卡尔以及费马确立的。这一定律表明，光线在界面的折射角仅由光在两种物质中的传播速度决定。而早在古希腊时期由欧几里德发现的反射定律更简单：光的反射角等于入射角。 　　经典的反射和折射定律都很自然地认为一个界面仅仅是区分两种物质的理想边界，换句话说，是两种介质而不是它们的截面影响了光的传播。哈佛大学研究人员的创新在于意识到界面可以成为决定光的传播的因素。他们的实验表明，精巧设计的界面能够干预光的传播。 　　研究人员利用硅片和空气界面处一层薄薄的金属阵列来演示一系列违背经典反射和折射定律的现象。这个阵列中的每个组成单元都类似微小的英文字母“V”，其大小和间距都远小于光的波长以及入射光束横截面的尺寸。这些“V”字形的单元的大小、夹角和朝向都不同，这样设计是为了控制光波和不同单元的相互作用时间：每个金属“V”都类似一个光的陷阱，能够将光波“囚禁”一段时间再释放出来。 　　阵列的设计使得这个“囚禁”时间沿界面从右向左线性增加，这样即使垂直入射，光束不同部分经历不同的时间延迟，透射以及反射光束就不再沿着垂直于界面的方向传播了。而当光以倾斜的角度入射，按不同的“界面”设计，反射和折射光可以被操纵朝向任何方向。反射角不一定等于入射角，反射光甚至可以被“反弹”回光源方向，而不是像一般情况那样折向远离光源方向。这就是平面镜可以有哈哈镜的效果的原因。 　　这项成果2日发表在美国新一期《科学》杂志上，第一作者虞南方目前在哈佛大学工程和应用科学学院做博士后研究，虞南方2004年本科毕业于北京大学电子学系，2009年在哈佛大学获博士学位。 　　利用界面来控制光束不同部分的时延是一个具有革新意义的概念。虞南方告诉新华社记者，他们已用这种人工界面产生了“光涡旋”，这种奇异的光束在空间里螺旋前进，因而可以用来操纵旋转微小的悬浮颗粒。他预计，这一概念将衍生出一系列有用的光学元件，比如可以纠正相差的超薄平面聚焦镜片、可以采集大范围入射阳光的太阳能汇聚装置。哈佛大学目前已就这一成果提出专利申请。

嫦娥五号任务成功从月球正面返回了1.73 kg表面与钻取样品，其采样区域比以往的Apollo及Luna任务的采样区域都要年轻。目前已经报道的样品分析结果表明，着陆区的物质组成是比较复杂的，因此对大尺度遥感探测数据的解译要格外慎重。准确的物质组成信息对行星地质演化历史的解译十分关键，而遥测光谱技术是目前获取这些信息最有效的手段之一。可见-近红外或中红外波段的一些独特的吸收特征可以用来识别行星表面矿物组成。其中可见-近红外光谱的吸收特征主要是由矿物中过渡性金属离子（Fe2+）如外层电子跃迁产生，而中红外光谱中的吸收则主要是由矿物晶体晶格振动（如硅酸盐矿物中Si-O的伸缩振动等）产生。在中红外谱段，光谱特征更为丰富，可以对可见-近红外光谱无法区分的物质类型进行有效判别。由于月球等地外样品比较珍贵，以往的行星光谱学研究大多是基于地球矿物或模拟物开展的，科学家通过在地面实验室开展控制性实验测量，分析不同类型物质的光谱特征变化规律，然后应用到行星遥测数据的反演分析中。地球上的模拟物虽然丰富，但是真实月壤的很多性质依然无法完美复制。尤其是发生于月表的太空风化作用，会对月表物质的光学特性产生显著影响。嫦娥五号采样任务的成功为利用真实月壤样品开展光谱分析提供了重要机遇。中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室副研究员杨亚洲、研究员刘洋等从嫦娥五号返回的表层月壤样品中挑选出了一些粒径在200-500 μm之间的颗粒，其中包含了典型的月球矿物（橄榄石、辉石、斜长石）与玻璃球粒等（图1），并利用显微FTIR光谱仪测量了这些颗粒的中红外反射光谱。在中红外光谱中，Christiansen特征（CF）、剩余射线带（RB）、透明特征（TF）是硅酸盐矿物中最为显著的几个特征，借助这些特征可以对矿物的类型及具体成分进行判别。在反射光谱中，CF表现为反射率的最小值，硅酸盐矿物的主CF通常出现在7.5-9.0 μm波段范围内，主要与晶体中Si-O伸缩振动有关。月球主要矿物中，斜长石的CF峰位一般在波长较短位置（~8 μm），而橄榄石的CF峰位则出现在波长较长位置（~9 μm），辉石的CF峰位则在前两者之间。基于CF峰位与RB特征，以及显微镜下的矿物形貌特征，研究人员对挑选出的月壤颗粒类型进行初步判别（图2），然后对不同矿物与玻璃端元的显微红外光谱特征进行对比分析。图1（a）立体显微镜下月壤颗粒影像；（b）显微红外光谱仪获取的影像拼接图；（c）典型月壤矿物与玻璃颗粒影像放大图。图2 所测颗粒样品的CF峰位分布图通过与Apollo返样及月球陨石中不同矿物及玻璃端元的红外光谱进行对比（图3a），研究人员发现与常规FTIR测量相比，利用显微FTIR技术测量的红外反射光谱中没有透明特征（TF）。这主要是因为显微FTIR通常测的是单个颗粒，所测反射信号中没有颗粒之间的多重散射的贡献。但是CF峰位等特征不会受到这两种不同测量技术的影响。对于用常规FTIR方式测量的粉末样品光谱，其近红外波段的反射率通常要比中红外波段高很多，但是随着样品尺寸的增加，两个谱段之间的差异逐渐变小（图3a）。除了颗粒尺寸外，太空风化作用也会降低近红外与中红外谱段的光谱对比度，因为风化作用会使近红外谱段的反射率显著降低，但是对中红外谱段的影响很有限，这主要是因为两个谱段的光谱吸收特征的产生机制完全不同。月表的太空风化作用机制主要有太阳风注入与微陨石撞击等，在人们以往的研究中曾利用脉冲激光照射的方式来模拟微陨石撞击过程，以制备具有不同风化程度的模拟样品。通过对比嫦娥五号橄榄石颗粒与经过不同程度脉冲激光照射的地球橄榄石样品的光谱（图3b），可以看到，随着风化程度的增加，橄榄石近红外波段与中红外波段的反射率差异逐渐减小。在后续研究中，若能对更多具有不同风化程度的月壤矿物颗粒样品进行显微红外光谱分析，则有可能构建一个近红外-中红外光谱对比度与风化成熟度的关系模型，从而应用到更多样品的分析上。橄榄石是岩浆冷却过程中结晶最早的矿物之一，其晶体中Mg与Fe的相对含量（Fo，镁值）对于指示原始岩浆的成分具有重要意义。橄榄石RB特征中的几个反射峰的峰位会随着镁值的变化而发生系统的偏移。基于嫦娥五号橄榄石显微光谱中的RB峰位，研究人员反演得到了这些橄榄石的镁值，结果与先前报道的实验室测量结果相一致（图3d），表明该方法虽然是基于常规FTIR测量的红外光谱建立的，但是在显微红外光谱分析中也是可行的。除了矿物颗粒外，月壤中通常还含有丰富的玻璃质物质，这些玻璃物质主要有撞击与火山活动两种成因。该研究分析结果表明，这些玻璃大多属于月海撞击成因玻璃，但有少数可能具备火山成因。图3 （a）CE-5橄榄石颗粒显微红外光谱与Apollo返样中橄榄石粉末样品红外光谱对比图；（b）CE-5橄榄石颗粒与经过不同脉冲激光照射的地球橄榄石样品的光谱对比；（c）利用5.6-μm与6.0-μm波段峰位反演的橄榄石样品Fo值结果；（d）利用RB波段发峰位反演橄榄石Fo值结果。在行星光谱学研究中一直存在一个难题，就是实验室测量的光谱与遥测光谱之间往往存在较大差异，因为即使有了月壤样品，在实验室内也无法完全复制月表原始的堆积状态。因此实验室测量光谱往往无法直接应用于遥测数据的解译上，尤其是显微光谱分析结果。而通过反演光学常数（或折射率）的方式，可以将实验室测量结果与遥测分析很好的衔接起来。光学常数是光谱模型的重要输入量，有了不同矿物端元的光学常数，再结合给定的颗粒尺寸、孔隙度及各端元的含量等参数，就可以生成模型光谱。利用该模型对实际遥测月表光谱进行拟合，就可以实现对观测区域矿物组成的定量反演。目前的光学常数库中，基于真实地外样品的光学常数还比较匮乏。虽然地球上的矿物种类非常丰富，但是与地外样品相比，即使是同种类的矿物，其在具体成分上也存在一定差别。比如地球上的橄榄石大多Mg含量比较高，而月球上的橄榄石通常Mg含量比较低。因此，尽可能的扩充基于真实地外样品分析得到的光学常数库是很有必要的。该研究中，研究人员基于显微红外反射光谱，对挑选出的一些典型橄榄石、斜长石、辉石及玻璃端元的光学常数进行了反演（图4），这些结果将对现有的或将来的月球及其他小行星的光谱分析产生很大帮助。图4 基于反射光谱反演得到的典型矿物与玻璃端元的光学常数论文链接：https://doi.org/10.1029/2022JE007453

项目编号：清设招第2022123号项目名称：清华大学激光共聚焦显微镜预算金额：160.0000000 万元（人民币）采购需求：包号名称数量是否允许进口产品投标01激光共聚焦显微镜1套是设备用途介绍 ：高精度表面分析，用于微观形貌、微观结构的表征；厚胶光刻显影工艺、刻蚀释放工艺、厚金属剥离工艺等3D形貌观测分析、断层扫描成像分析等，非接触式、无损、快速成像。简要技术指标 ：1）具备8英寸及以下基片上3D形貌观测分析、断层扫描成像分析等，非接触式、无损、快速成像和测量功能；2）3D观测方式：共焦光路系统，光源：反射激光和反射LED光源，激光共聚焦模式、彩色成像模式、彩色光学DIC成像，具备光学测量及成像模块，3D观测方式具有白光；明场、暗场及共聚焦；单色共聚焦或多色真彩共聚焦观察方式；3）成像图像X/Y平面分辨率≤0.12µm、Z轴显示分辨率精度≤0.006μm；4）5x，10x，20x，50x，100x均为激光专用复消色差物镜。合同履行期限：交货时间：合同签订后180日内本项目( 不接受 )联合体投标。项目编号：清设招第2022125号项目名称：清华大学超声扫描显微镜预算金额：200.0000000 万元（人民币）采购需求：包号名称数量是否允许进口产品投标01超声扫描显微镜1套是设备用途介绍 ：利用材料内部组织因密度不同而对超声波声阻抗、超声波吸收与反射程度产生差异的特点，实现对材料内部缺陷的定性分析，在半导体封装及材料等行业中具有广泛的应用。对器件内部的结构、夹杂物、裂纹、分层、空洞等进行检测，是提供高分辨率无损检测的重要手段。简要技术指标 ：1）最大扫描速率≥610mm/s；2）扫描精度：可设置最小扫描步进≤5μm，最大扫描步进≥500μm。合同履行期限：交货时间：合同签订后180日内本项目( 不接受 )联合体投标。

激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）是基于共轭焦点技术设计的显微镜类型，即为使激光光源、被测样品和探测器都处于彼此的共轭位置上。基本原理在一般的显微镜中通过将物镜的焦平面与探测器重合使得观测的像平面与相邻的轴平面隔离开来，而在共聚焦显微镜中通过使用衍射受限的光点照亮样品，并在该光点共轭焦点处的收集光路径中使用针孔来过滤杂散光达到产生这种隔离效果从而提高分辨率。激光共聚焦显微镜原理图成像特点—不同的焦平面上生成“z叠层”图像—上图所示结构中，只有在共轭的样品层反射回的光可以通过收集光路径中的小孔，其余无关的样品层反射被小孔阻隔。这可以得到显著的分辨率的提升。如下图所示的是同一厚样品的多维荧光显微镜和共聚焦显微镜的并排比较。当在不同的焦平面上拍摄一系列图像时，可以生成通常被称为“z叠层”的图像，这一图像显示了共聚焦显微镜提供的分辨率和对比度增益以及这些增益的根本原因。可以看到在成像平面位于组织上方的堆栈顶部检查图像可以发现荧光图像中带有大量的散射光，而共聚焦显微镜的图像则显示为黑色。这种轴向上的PSF的减少直接导致了z叠层中间光学界面上观察到的分辨率差异。同一厚样品多维荧光显微镜和共聚焦显微镜成像比较成像特点—光学切片扫描成像—激光扫描共聚焦显微镜的另一个特点是它是一种扫描成像技术，传统的宽场照明技术是将整个样品都照亮，因此可以图像可以直接被肉眼或探测器捕捉，但是LSCM采用一束或多束聚焦光束穿过样品扫描成像，这样得到的图像被称为光学切片，下所示即为传统的宽场照明方式与激光扫描共聚焦照明方式的区别。传统宽场显微镜和激光扫描共聚焦显微镜照明方式区别因此现代共聚焦显微镜的一种实际的工作方式如下图所示，激光发出的激发光通过二向色镜，通过一对振镜在样品x方向和y方向进行扫描，样品激发（或反射）的光通过针孔进入PMT检测器被记录，记录下的扫描图像通过计算机重构出实际的样品图像。一种实际的激光扫描共聚焦显微镜示意图成像特点—分辨率对比宽场照明大幅提升—在荧光显微镜中，单点发射的光强度由点扩散函数（PSF）描述，其图案就是一个艾里斑，荧光系统的分辨率可以由艾里斑的半径来描述，艾里斑的半径可以由物镜的数值孔径和激发光的波长决定：另一种荧光系统分辨率测量方式是半高宽最大值，即强度下降到峰值50%的值，此时宽场荧光照明的横向分辨率为：激光扫描共聚焦显微镜的分辨率为：这表明，共聚焦显微镜的理论最大分辨率比宽场照明提高了倍。下图表示了宽场显微镜与共聚焦显微镜的对比，左图为宽场显微镜得到的图像，右图为共聚焦显微镜得到的图像。宽场显微镜与共聚焦显微镜成像对比主要应用领域—医疗领域

随着机器的小型化趋势，光学部件也在不断微小化，如摄像镜头中的透镜、传感器部件、光盘中的拾音器组件等。因此微小样品的准确测量十分必要。要准确获得这些微小样品的测定，需要缩小入射光束，以使光斑照射到样品上。日立开发了各种微小样品测量附件，为光电领域提高解决方案。1. 微小样品的透过率测量使用日立UH4150选配微小样品透过率测定附件和全积分球，利用φ1 mm 掩光膜即可测定透镜的透射率。图1 小尺寸透镜的外观 图2 两种透镜的透过光谱 微小样品透过率测定附件由聚光透镜、参比光束光阑以及微小样品支架构成，可准确测定微小样品和任意微小零配件的透射率。微小样品支架可搭载最大直径为φ20mm的样品，标配φ3mm的掩光膜，用户也可选配φ1mm的掩光膜等。图3 微小样品透过率测定附件 2. 微小样品镜面反射率的测定手机镜头和车载摄像头中图像传感器的红外截止滤光片尺寸微小，使用UH4150选配微小样品5度绝对反射附件即可测定滤光片的反射率。图4 红外滤光片的镜面反射光谱 可以看到滤光片在可见区的反射率低，在近红外区的反射率较高。微小5 °镜面绝对反射附件由反射附件、聚光透镜、参比光束光阑以及微小样品支架构成。与5 °镜面反射附件（标准）相比，样品位置的光束较小，支持微小样品反射光谱的测定。图5 微小样品反射率测定附件3. 微小样品的全反射率测定使用日立UH4150 搭配微小样品全反射/漫反射测量附件，测量了LED灯反射板的全反射率。图6 LED灯的反射板测定时使用铝制平面镜作为标准参考，利用铝制平面镜的绝 对反射率将LED灯反射板的反射率的相对值转换为绝对值，得到全反射光谱如图所示。图7 LED 灯反射板的全反射光谱测定结果表明该反射板的反射率高达90%，可以有效利用LED灯光源的光通量，提高照明效率。综上案例，使用具有大型样品室的日立紫外可见近红外分光光度计UH4150，容易构建不同样品的光学测量系统，可搭配多种附件，实现低噪音测定微小样品。拨打 4006305821，获取更多信息

聚合物作为一种重要的材料在工业、生活中得到了广泛的应用。而聚合物的结晶形态对其性能有着至关重要的影响，如何使用偏光显微镜观察聚合物结晶形态呢？用偏光显微镜研究聚合物的结晶形态是目前在实验室中较为简便而实用的方法，结晶条件的不同聚合物的结晶可以具有不同的形态，如单晶、球晶、纤维晶及伸直链晶体等。使用偏光显微镜的主要原理是利用光学现象中的偏振现象来观察样品，结晶聚合物的实际使用性能与材料内部的结晶形态、晶粒大小及完善程度有密切关系，如:光学透明性、冲击强度等。在偏光显微镜下观察聚合物结晶可以得到更为清晰、详细的结晶形态信息。对于聚合物结晶形态的研究具有重要的理论和实际意义。使用偏光显微镜观察聚合物结晶的步骤如下：第一步，制备好样品。将聚合物样品制成薄片，并保持其在室温下的结晶状态。如果需要观察样品在不同温度下的结晶形态，可以通过加热或冷却的方式来控制温度。第二步，将样品放置在偏光显微镜的样品台上，调整偏光器和偏振镜的方向，使其符合要求。第三步，通过调节偏光显微镜的焦距和放大倍数，将聚合物结晶的形态清晰地展现出来。通过偏光显微镜观察聚合物结晶形态，可以快速得到非常精确的结晶信息。例如聚合物结晶的晶体方向、晶粒大小、晶界等细节信息。同时，偏光显微镜还可以观察到聚合物的各种缺陷，如晶格缺陷、晶体缺陷等，从而提高对聚合物结晶的理解和认识。偏光显微镜是一种非常重要的观察聚合物结晶形态的工具。通过偏光显微镜的使用，可以得到更为准确、详细的结晶信息，从而帮助研究人员更好地理解和应用聚合物材料。以下是使用偏光显微镜观察的实拍效果图：深圳偏光显微镜、偏光显微镜价格、矿相偏光显微镜、偏光显微镜供应、偏光显微镜成像单偏光镜下观察，左侧是没加偏光，右侧是加偏光的偏光显微镜型号：NP900系列（科研级可定制型）MHPL1500（可选透射照明，落射照明或者透反射照明）MHPL3200（透/反射偏光）MHPL3230（透反射偏光）如果您需要研究与检验地质、化工、医疗、药品等领域，进行液态高分子材料，生物聚合物及液晶材料的晶相观察，我们为您提供一整套显微系统方案，可连接数码相机构成数码偏光显微镜，通过计算机屏幕显示测量电脑来观察图片，对图片进行保存、编辑和打印。

2021年，《高分子学报》邀请了国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写从基本原理出发的高分子现代表征方法综述并上线了虚拟专辑。仪器信息网在获《高分子学报》副主编胡文兵老师授权后，也将上线同名专题并转载专题文章，帮助广大研究生和年轻学者了解、学习并提升高分子表征技术。在此，向胡文兵老师和组织及参与撰写的各位专家学者表示感谢。更多专题内容详见：高分子表征技术专题高分子表征技术专题前言孔子曰：“工欲善其事，必先利其器”。 我们要做好高分子的科学研究工作，掌握基本的表征方法必不可少。每一位学者在自己的学术成长历程中，都或多或少地有幸获得过学术界前辈在实验表征方法方面的宝贵指导！随着科学技术的高速发展，传统的高分子实验表征方法及其应用也取得了长足的进步。目前，中国的高分子学术论文数已经位居世界领先地位，但国内关于高分子现代表征方法方面的系统知识介绍较为缺乏。为此，《高分子学报》主编张希教授委托副主编王笃金研究员和胡文兵教授，组织系列从基本原理出发的高分子现代表征方法综述，邀请国内擅长各种现代表征方法的一流高分子学者领衔撰写。每篇综述涵盖基本原理、实验技巧和典型应用三个方面，旨在给广大研究生和年轻学者提供做好高分子表征工作所必须掌握的基础知识训练。我们的邀请获得了本领域专家学者的热情反馈和大力支持，借此机会特表感谢！从2021年第3期开始，以上文章将陆续在《高分子学报》发表，并在网站上发布虚拟专辑，以方便大家浏览阅读. 期待这一系列的现代表征方法综述能成为高分子科学知识大厦的奠基石，支撑年轻高分子学者的茁壮成长！也期待未来有更多的学术界同行一起加入到这一工作中来.高分子表征技术的发展推动了我国高分子学科的持续进步，为提升我国高分子研究的国际地位作出了贡献. 借此虚拟专辑出版之际，让我们表达对高分子物理和表征学界的老一辈科学家的崇高敬意！基于原子力显微镜的单分子力谱技术在高分子表征中的应用Application of Atomic Force Microscopy (AFM)-based Single-molecule Force Spectroscopy (SMFS) in Polymer Characterization作者：张薇，侯矍，李楠，张文科作者机构：吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室,长春,130012作者简介：张文科，男，1973年生. 分别于1997、2002年在吉林大学化学系(学院)获得学士、博士学位，导师为张希教授；2001~2002年于德国慕尼黑大学(LMU)博士联合培养，导师为Hermann E. Gaub教授；2003~2007年于英国诺丁汉大学从事博士后研究. 2007年6月至今，吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室教授. 2011年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”；2015年获得国家杰出青年基金资助. 以原子力显微镜及磁镊等技术，从单个分子水平开展超分子作用力及大分子组装结构与组装过程研究，主要研究方向包括：单分子力谱与超分子组装、高分子结晶及力致熔融、核酸-蛋白相互作用、聚合物力化学等.摘要基于原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)的单分子力谱技术以其操作简便、适用面广等优势，成为了单分子领域应用最为广泛的技术之一. 本文阐述了该技术的基础原理与实验技巧，包括仪器构造、工作原理、探针与基底的选择、样品固定、实验操作、单分子信号的获得以及数据处理. 介绍了基于AFM的单分子力谱技术在合成高分子及生物大分子表征中的典型应用及前沿进展. AFM单分子力谱技术将有助于建立合成高分子的链结构、链组成与单链弹性以及链间相互作用与其宏观力学性能间的关联，帮助理解生物大分子的结构、相互作用与其生物功能之间的联系.AbstractAtomic force microscopy (AFM)-based single-molecule force spectroscopy (SMFS) has been used widely in the investigation of molecular forces because of its friendly user interface (e.g., easy to operate and canwork in liquid, air and high vacuum phase) and worldwide commercialization. This review is aimed to introduce the principle and protocol of AFM-based SMFS including the setup, the working principle, typicalcurves, the choice of AFM tip and substrate, immobilization of samples, manipulation of the device, empirical criteria for single-molecule stretching and data analysis. Recent progresses on the application of AFM-based SMFS in the characterization of synthetic polymers and biopolymers were reviewed. For synthetic polymers, the effects of primary chemical compositions, side groups, tacticity and solvents on the single chain elasticities were discussed. The applications of AFM-SMFS in disclosing the structure of unknown molecule, polymer-interface interactions and polymer interactions in polymer assemblies (e.g., polymer single crystal) were introduced. In addition, the nature of mechanochemical reactions and characterization of supramolecular polymers were realizedvia this technic. For biopolymers, the effects of base-pair number, the force-loading mode (unzipping or shearing) on the stability of short double-stranded DNA (dsDNA) were reviewed. According to this knowledge, the single-molecule cut-and-paste based DNA assembly was then discussed. The typical force fingerprints of long dsDNA, proteins and polysaccharides as well as the force-fingerprint-based investigation of molecular interactions were illustrated. Finally, the application of AFM-SMFS in revealing the intermolecular interactions and the mechanism of virus disassembly as well as the antivirus mechanism of tannin in tobacco mosaic virus were reviewed.Therefore, AFM-based SMFS is essential for revealing the relationship between the conformation/composition of polymer chains and micro/macro-mechanical properties of polymer materials as well as correlating the molecular structure/interaction of biopolymers with their biofunctions. 关键词AFM单分子力谱  合成高分子  生物大分子KeywordsAtomic force microscopy-based single-molecule force spectroscopy  Synthetic polymers  Biopolymers 合成高分子材料自诞生以来，迅速地以其优良的物理、化学及力学性能等在军事、航空航天、医疗及其他民用领域得到了广泛应用. 其力学性能是最基本、最重要的性质之一，同时受到高分子的单链弹性及链间相互作用的影响[1,2]. 因此，建立高分子链一级结构、单链弹性及链间相互作用与材料宏观力学性能间的联系, 对高分子材料的理性设计至关重要. 然而，传统的材料学研究方法，如宏观拉伸实验、X射线晶体衍射、固体核磁及拉曼等技术无论从样品制备到检测均涉及大量分子，体现平均效应，表征宏观力学性能，无法获得单个链或键的性质及行为的相关信息. 此外，传统研究方法也无法连续、动态及精确地体现出单个事件的不同步骤(例如高分子在不良溶剂中的塌缩行为)，导致很多重要信息无法获取. 因此，可在纳米尺度精确操纵与测量的单分子技术，例如基于AFM的单分子力谱，被广泛应用于单个分子的结构、功能及其动态行为的研究中[1~5]. 利用该技术，人们获得了溶剂、取代基以及立构规整度等因素对高分子单链弹性的影响，验证并改进了一些经典高分子理论模型[1,6~9]. 该技术还可以研究高分子的构象变化及其在界面的吸附行为，揭示外力诱导下高分子链中化学键类型的变化规律(力化学)[1,10~12]. 同时，该技术还被用于凝聚态(晶体、层层组装薄膜等)中高分子间相互作用的相关研究[13,14].生物大分子(核酸、蛋白质及多糖等)结构与功能的研究对于认识复杂生命过程的本质，了解疾病的发生发展机制以及开发新型药物与生物医用材料至关重要. 因此，AFM单分子力谱技术也被广泛用来研究生物大分子，例如DNA的解链及动态结构变化、蛋白质的折叠与解折叠、生物大分子间的相互作用(病毒的遗传物质与蛋白质外壳的相互作用)等[9,15~20]. 相关研究深化了人们对这些生物分子所参与的生命过程的认识，并为其功能调控奠定了坚实基础.本文将重点评述AFM单分子力谱技术的基础原理、实验技巧以及该技术在合成高分子及天然高分子领域的典型应用及前沿进展.1单分子力谱的基础原理1.1几种典型的单分子力谱技术迄今为止，诞生了许多单分子操纵技术，例如生物膜力学探测技术、玻璃纤维技术、光学镊子(光镊)、磁性珠技术(磁镊)以及AFM单分子力谱技术[9,21~25]. 后3种技术的应用较为广泛. 光镊利用聚焦激光束产生辐射压力形成的光学陷阱来捕获修饰有样品分子的小球，通过移动激光光束控制小球的移动，实现对样品分子的三维操纵，其时间分辨力能够达到10-4 s，被广泛应用于蛋白质折叠及解折叠等研究. 但光镊系统构造复杂，对环境要求极高，有效样品捕获率低以及激光束容易对样品造成光和热损伤等不足亟待解决. 磁镊技术将样品固定在基底与超顺磁性小球之间，利用外加磁场控制磁球，操纵样品分子，例如旋转等 [22]. 因此，磁镊被广泛用于DNA缠绕及解缠绕等研究中. 该技术可以检测低至10-3 pN的力值，也被应用于一些极微小力的测量. 该技术还能同时对多个磁球进行操纵，实现高通量测试. 由于需要通过成像观测磁珠，因而相机的拍摄速度决定了磁镊的时间分辨率，通常在10 -2 s以上. 在众多的单分子力谱技术中，AFM单分子力谱技术的应用最广，理论发展更为成熟 [1~5,9,26,27]. 该技术将样品分子固定在AFM探针与基底之间，通过控制AFM探针的位移来操纵样品分子. 该技术具有较高的时间和空间分辨率，较宽的力学测量范围，可以在真空、水相以及有机相等多种环境下工作，因此被广泛地应用于合成与天然高分子等众多体系中的分子内及分子间相互作用的研究. 综上所述，光镊及磁镊的力学精度稍高，适用于由弱相互作用及熵弹性所控制的力学性质的研究；AFM单分子力谱更适合较强相互作用或者由焓控制的弹性性质的研究. 为了更全面地认识聚合物的结构与力学性质，可以将上述3种单分子力谱技术联合使用.1.2AFM单分子力谱1.2.1仪器构造基于AFM的单分子力谱是AFM的工作模式之一. 因此，其基本构造与AFM相同，主要由位置控制系统(压电陶瓷管)、力学传感系统(AFM探针的微悬臂及其顶端针尖)以及光学检测系统(激光二极管、棱镜、反射镜与四象限光电检测器)三部分组成(图1)[9,21,28,29]. 对压电陶瓷管两端施加电压，可以控制其驱动样品台或AFM探针进行亚纳米精度的位移.z方向的移动用于调整探针与样品间的距离；x，y方向的移动用以调整探针在样品表面的探测位置及范围. 光学检测组件中的激光器将激光照射在微悬臂靠近针尖的一端，再反射到四象限光电检测器上. 当AFM探针受到样品分子的牵拉发生弯曲时，其反射的激光的位置也会随之变化. 据此，可以计算出微悬臂的偏转量，结合微悬臂的弹性系数，可以获得待测样品分子的相关力学信息[3~5].Fig. 1The schematic diagram of AFM-SMFS.1.2.2工作原理实验前，样品分子的一端通过物理吸附、特异性相互作用或化学偶联等方法被固定在基底. 随后，驱动压电陶瓷管使AFM探针逼近待测样品(图2(a)). 如果基底对探针没有长程的吸引或排斥作用，微悬臂将处于松弛状态. 探针与基底接触后，受力向微悬臂上表面方向弯曲，引起二极管的2个象限间的差分信号(pha-b)的变化(图2(a)与2(b)，状态2→3). 在此过程中，样品分子会通过化学、物理或特异性作用吸附在探针上，在探针与基底之间形成桥联结构. 随后，探针远离基底并恢复松弛状态(图2(a)，4)，pha-b也恢复初始数值. 探针继续远离基底，桥联于探针与基底间的样品分子受到拉伸，导致微悬臂向针尖方向偏转(图2(a)，5)，引起pha-b的增加(图2(b)，5). 最后，桥联结构中稳定性最薄弱的部分发生断裂，微悬臂迅速恢复为不受力的松弛状态(图2(a)，6)，表现为pha-b的突然回落(图2(b)，6)[1,9,21,29]. 每个完整的逼近-回缩过程都会产生pha-b对应压电陶瓷管位移的原始曲线(图2(b))[29].Fig. 2(a) Schematic illustration of the basic working principle of AFM-SMFS (b) Original volt-piezo displacement curves (c) Typical force-extension curves.Fig. 3Electron microscopy images of a commercial Si3N4 AFM probe. Fig. 4Molecular immobilization based on (I) physical absorption, (‍Ⅱ) specific binding, (‍Ⅲ) gold-thiol chemistry, (‍Ⅳ) silanization and enzymatic biosynthesis.Fig. 5Immobilization of thiol-labeled DNA based on silanization and bifunctional PEG.Fig. 6Typical curves obtained in constant velocity (a) and force-clamp mode (b), respectively.原始曲线经过校正才能正成为最终的力-拉伸长度曲线(图2(c))[1,2,4,9,21,29]. 将具有弹性的微悬臂看成弹簧，根据胡克定律F=kcΔx(kc为微悬臂弹性系数，Δx为微悬臂偏转量)可以计算出微悬臂受到的作用力，即样品分子内或分子间的作用力.kc通过对微悬臂在远离基底时热振动所获得的能量谱的积分即可获得；Δx利用图2(b)中斜线部分(状态2→3)的斜率(s)，即Δx=s-1pha-b就可以计算出. 样品分子的拉伸长度通过从原始数据横坐标记录的压电陶瓷管的位移中扣除Δx获得. 至此，pha-b对应压电陶瓷管位移的原始曲线被成功地转化为样品分子的力-拉伸长度曲线.1.2.3力曲线及其含义AFM针尖逼近和远离样品表面的一个循环中可以获得2条力曲线，称为逼近力曲线与回缩力曲线(图2(c))[1,2,4,9,21]. 逼近力曲线上B区域的形状可以给出样品模量等信息. 例如：当AFM探针接触较软的样品时，受到的排斥力随位移缓慢增加；而接触硬度较大的样品时，受到的排斥力快速增加，B区域的力信号与水平基线之间形成近90°的直角. 对于回缩力曲线，C-D区域可以给出单分子弹性性质、链结构信息以及分子内、分子间相互作用强度等定量信息.2AFM单分子力谱实验技巧2.1探针与基底的选择AFM探针直接影响力学探测的稳定性、精确度及测量范围[1,2,4,9,21,29]. 其材质通常是硅或氮化硅，由针尖、微悬臂及承载微悬臂的基片组成(图3). 针尖通常是四面体形状，最尖端的曲率半径(tip radius)为几个到几十纳米，高度(tip height)通长为3~28 µm. 微悬臂有矩形和三角形2种，长度为7~500 µm，厚度为0.5~7 µm. 其材质及几何尺寸均对共振频率和弹性系数有重要影响，需要根据实验体系来选择探针. 对于弱相互作用体系(例如双链DNA的解拉链)[30]，应选择相对柔软，即弹性系数小的探针；而强相互作用体系(例如：共价键强度的测量)[31]，则需选择相对坚硬，即弹性系数较大的探针. 值得注意的是，刚性较大的探针在应力松弛时其内部储存的能量释放速度更快，更适于研究多重键的连续打开与形成的动态过程，例如聚酰胺(PA66)单晶中聚合物链在受力熔融过程中的黏滑运动(stick-slip)[32]. 此外，一些公司也生产了许多功能化的AFM探针. 例如：满足基于巯基-金的化学分子偶联的镀金AFM探针；为了增加激光束在微悬臂上表面的反射率，只在上表面蒸镀金属涂层(铝或金等)的探针等. 然而，只存在于微悬臂上表面的镀层，往往导致其上下表面的膨胀系数产生差异，引起热漂移[33]. 为了减小该热漂移，有些探针只在其微悬臂的尖端进行有限的金属蒸镀(例如MLCT-BioDC型号探针). 如需增加时间分辨率，可以选用超短探针[34]. 但超短探针的弹性系数通常较大. 科研人员曾利用离子束刻蚀的方法将微悬臂做成镂空结构，同时保证了时间分辨率和弹性系数[35]. 然而，使用较小尺寸微悬臂时，激光容易“漏射”到样品表面，发生反射，与微悬臂表面的反射光产生干涉，导致力曲线出现大幅度波动. 为了减少这种干涉效应，通常可以采取以下几种策略：(1)减小汇聚到微悬臂表面的激光光点的大小，从而减小漏光；(2)选用横向尺寸较大的微悬臂，增大反射面积；(3)选择透明基片(例如玻璃片)固定样品，降低基片的反射率；(4)适当增加样品平面相对于微悬臂平面的角度，降低反射光的相干性.AFM探针需要被牢固地固定在夹具上，以减少系统漂移. 为了提高微悬臂检测的灵敏度，将激光光斑尽可能地照射在微悬臂的最前端. 仪器调试完毕，让整个系统平衡10~30 min，使微悬臂上下表面材质差异所引起的界面张力达到平衡，减小系统漂移. 如在同一个样品上进行力谱探测的时间较长，且实验前期及后期羧甲基化淀粉以及多聚蛋白质的力学指纹谱是被经常采用的单分子拉伸指示剂. 为此，可以将待测分子与已知指纹图谱的分子进行串联(图7)[49]. 需要注意的是待测体系的力学稳定性要大于内标分子产生力学指纹谱所需的力值.Fig. 7Basic strategy to isolate/identify single chain/molecule pair stretching.2.5力谱数据的分析处理单分子力谱数据可以给出的信息包括长度及力值的定量信息. 为了更精确地描述这些定量信息，通常需要对大量力学信号进行统计分析[1]. 常用的统计方法是将所得数据以柱状图形式呈现，进行高斯拟合，得出最可几值.此外，还可以利用自由连接链模型及蠕虫链模型对数据拟合，获得库恩长度、相关长度或者链段弹性系数等信息[1]. 近年来，这些经典模型不断被修正，应用范围逐渐被拓展[56]. 例如：FJC模型中了增加参数Ksegment，表征高分子链中每一个链段的弹性，被修正为可伸长的FJC模型(eFJC). 该模型中，每一个链段类似弹簧，受力过程中伸长，可以更加精确地描述高分子受力时的弹性行为. 为了更好地描述高分子主链的固有弹性，即本征弹性，由量子力学(QM)计算得到的非线性单链焓弹性模量被整合到WLC、FJC及FRC模型中，得到了QM-WLC、QM-FJC与QM-FRC模型[57]. 在特定情况下，如水环境或真空条件，侧基和环境的非共价相互作用会对高分子链弹性产生影响. 为了得到上述情况下高分子主链的弹性，基于两态(two-states)系统的非共价作用动力学被引入，创建了TSQM-WLC、TSQM-FJC及TSQM-FRC模型. 上述修正模型能够更加精确地定量高分子链的结构及性质[57].一些非平衡态体系，例如受体配体的解离、力诱导下的转变等，力加载速率会影响力-拉伸长度曲线的形状. 因此，可以在较大力加载速率范围内，观察上