四探针方阻仪原理

FT-3110系列全自动四探针测试仪一.功能描述：四点探针法，全自动化运行测量系统，PC软件采集和数据处理；参照A.S.T.M 标准方法测试半导体材料电阻率和方块电阻；可设定探针压力值、测试点数、多种测量模式选择；真空环境，可显示：方阻、电阻率、显示2D,3D扫描/数值图、温湿度值、提供标准校准电阻件. 报表输出数据统计分析.FT-3110系列全自动四探针测试仪二.适用范围晶圆、非晶硅/微晶硅和导电膜电阻率测量；选择性发射极扩散片；表面钝化片；交叉指样PN结扩散片；新型电极设计，如电镀铜电阻测量等；半导体材料分析，铁电材料，纳米材料，太阳能电池，LCD，OLED，触摸屏等. FT-3110系列全自动四探针测试仪三.技术参数： 规格型号FT-3110AFT-3110B1.电阻10^-5～2×10^5Ω10^-6～2×10^5Ω2.方块电阻 10^-5～2×10^5Ω/□10^-6～2×10^5Ω/□3.电阻率 10^-6～2×10^6Ω-cm10-7～2×106Ω-cm4.测试电流 0.1μA.μA.0μA，100μA，1mA， 10mA，100mA1A、100mA、10mA、1mA、100uA、10uA、1uA、0.1uA5.电流精度 ±0.1% 6.电阻精度 ≤0.3%7.PC软件操作PC软件界面：电阻、电阻率、电导率、方阻、温度、单位换算、电流、电压、探针形状、探针间距、厚度 、2D、3D图谱、压力、报表生成等8.压力范围：探针压力可调范围：软件控制,100-500g可调9.探针针间绝缘电阻：≥1000MΩ；机械游移率：≤0.3%圆头铜镀金材质，探针间距1mm；2mm；3mm选配，其他规格可定制10.可测晶片尺寸选购 晶圆尺寸：2-12寸（6寸150mm，12寸300mm）；方形片：大至156mm X 156mm 或125mm X 125mm11.分析模式单点、五点、九点、多点、直径扫描、面扫描等模式的自动测试12.加压方式测量重复性：重复性≤3% 13.安全防护具有限位量程和压力保护 误操作和急停防护 异常警报14.测试环境真空15.电源输入: AC220V±10%.50Hz 功 耗：瑞柯全自动四探针测试仪

荧光探针具有敏感性高、选择性好、响应时间短、易于直接观测、便于实时监测等优点，可以在一些特殊的应用体系和生物活性物质的检测等方面发挥重要作用，其基础研究和应用开发受到了广泛关注，特别是新原理的开发和新型探针材料的设计、合成，成为了近年来光功能材料的研究热点之一。 　　在科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的支持下，中国科学院化学研究所光化学院重点实验室的课题组多年来致力于荧光传感材料的设计合成及其新型器件的研究，他们设计、合成了一系列高效的新型荧光探针分子，包括ESIPT类化合物、分子内电荷转移化合物和一类新型的三芳基硼类发光分子，并应用于纯水体系中氟离子和汞离子的检测(Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49 (29), 4915-4918， Anal. Chem. 2013, 85 (8), 4113-4119.)、宽范围温度的检测等领域(Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50 (35), 8072-8076 Adv. Funct. Mater. 2013, 23 (3), 340-345 Chem. Comm. 2014, 50, 2778-2780.)和细胞内的pH值检测等(Chem. Comm. 2014，50, 8787&mdash 8790)。 　　最近，在前期对三芳基硼化合物的特性研究基础上，研究人员通过分子设计，合成了一种含有咪唑盐和醚链的水溶性三芳基硼化合物。该化合物遇ATP后可发生有限的聚集，导致三芳基硼基团周围的环境极性发生显著降低，使三芳基硼的荧光大大增强。该化合物对ATP选择性好、细胞毒性小、渗透细胞膜能力强，并且在细胞内的分散性好，因此可作为活细胞内的ATP探针，对ATP的分布及示踪开展研究。通过荧光显微成像及荧光寿命显微成像等技术，研究人员利用该荧光探针研究了NIH/3T3细胞中ATP的分布及浓度。相关研究结果发表于近期的《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53 (30), 7809-7813.)。　　 图1 利用荧光探针进行ATP 检测原理示意图　　 图2 共聚焦显微荧光成像，检测细胞内ATP的分布

p 　　2018年8月8日，由中国仪器仪表学会分析仪器分会、长三角科学仪器产业技术创新战略联盟主办的“第五届中国分析仪器学术年会”(ACAIC 2018)在苏州召开。主办方于当晚颁发2018年“朱良漪分析仪器创新奖”，中国科学院物理研究所郇庆博士荣获“青年创新奖”。仪器信息网于次日采访了郇庆博士，介绍其在扫描探针显微镜研制及产业化的创新成果。 /p p 　　“朱良漪分析仪器青年创新奖”评审组认为：郇庆在超高真空高精尖仪器的研发方向做出了国际前沿水平的工作。从科学研究读对高精尖科学仪器的需求出发，针对进口科研仪器性能上的不完全匹配，通过一系列核心原理及器件的创新，不仅研制了高性能的仪器并在多家科研单位推广，且以仪器为依托支撑了高水平科研成果的产出。 /p p 　　团队在高精尖仪器的研发上取得了多项成就，如对扫描探针显微镜成套系统进行改进和研制，研发了电子束加热蒸发源在内的多项关键部件，扩展了分子束外延联合系统的等。据了解，中科院物理研究所今年也将成立专门的高新技术企业，将以更商业化的模式来推广这些研究成果。 /p p 　　更多详情，点击视频查看： /p script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=1C812ECDD29A59529C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=490& playerid=2BE2CA2D6C183770& playertype=1" type=" text/javascript" /script p br/ /p

为广泛征求用户的意见和需求，了解中国科学仪器的市场情况和应用情况，仪器信息网自2008年6月1日开始，对不同行业有代表性的“100家实验室”进行走访参观。近日，仪器信息网工作人员参观访问了本次活动的第五十四站：北京离子探针中心，该中心学术秘书王晨女士热情地接待了仪器信息网到访人员。 　　北京离子探针中心(以下简称“中心”)成立于2001年12月18日，是由科技部、国土资源部和中科院共同出资1800万元，以共建共享方式建立的国家大型科学仪器中心，现依托于中国地质科学院地质研究所。该中心成立九年以来，坚定不移地走大型仪器共建共享的道路，仪器运行效率和科研成果产出率都进入了国际先进行列。 　　中心副主任张玉海高级工程师(左三)、杨之青工程师(右二)、王晨女士(左二)与仪器信息网工作人员合影 　　王晨女士首先为我们介绍了中心的主要仪器及其在实验室相关测试、研究业务中发挥的重要作用。“中心的核心仪器是高分辨二次离子探针质谱((Sensitive High Resolution Ion Microprobe II ，SHRIMPⅡ)。相应的配套仪器包括扫描电镜及阴极发光探头、水冷系统、超净台、显微照相、空气压缩机以及用于制样的镀金仪、抛光机等。” 　　北京离子探针中心的主要仪器情况 　　拥有国内唯一两台高分辨二次离子探针质谱，测试业务专门面向地质学相关领域开放 　　“中心于2001年5月引进的SHRIMPⅡ是世界上第九台、国内第一台SHRIMPⅡ，它是专门针对同位素地质年代学、宇宙年代学、地球化学和宇宙地球化学等地质学相关研究中的重同位素分析而设计，特别是锆石微区定年。该仪器是磁质谱，配备单接收器，当时购买价格为1800万元。” 　　“多年来，SHRIMPⅡ运行情况一直良好，坚持每天24小时，每周7天不间断运行，年分析机时(指仪器进行样品或标准样品分析的时间)保持在7200小时左右，达到科技部有关大型仪器运行效率规定的优秀标准(1600小时/年)四倍之多，成为世界上运行效率最高的一台SHRIMP。” 　　“鉴于SHRIMPⅡ的超高使用效率以及仪器维护保养方面的考虑，财政部2005年出资3000万元为北京离子探针中心添置了第二台二次离子探针质谱——SHRIMPⅡe-MC，该仪器相比于SHRIMPⅡ，离子源添加了铯源，在分析重同位素的同时又能分析轻同位素，且配备了多个接收器。鉴于北京离子探针中心的新基地还未建好，所以该仪器暂且还停放在澳大利亚，预计2011年会移至新基地。” 　　高分辨二次离子探针质谱(SHRIMPⅡ) 　　样品前处理：精“挑”细“选”、细致“打磨” 　　“矿物样品在进入SHRIMPⅡ分析之前，要经过一系列的前处理，大约需要一周的时间。首先是选矿，将采来的岩石标本粉碎成粉末，经过筛选、磁选、手工挑选等步骤后，挑选出其中的锆石颗粒，一般一个样品会挑选出几十颗至上千颗锆石颗粒。” 　　“其次是样品制靶，将选出的锆石颗粒，固定在双面胶上，将标样与样品排列在指定位置，随后用模具注入环氧树脂，抽真空，烘干，使树脂固化后对其进行打磨、抛光，使靶表面光滑。” 　　样品靶 　　(图注：靶上面的“线”即是锆石颗粒阵列。) 　　“第三是用显微镜给靶照相，该步骤的目的有二：一是给锆石样品定位，二是通过显微镜的透、反射光对样品的照射，分析锆石颗粒的内部结构以及检查其表面是否有裂隙、瑕疵，为SHRIMPⅡ分析时选点提供依据。” 　　“最后是阴极发光照相，将显微镜照相后的靶进行超声波清洗，在靶的检测光面上镀上金膜，随后放在扫描电子显微镜下做阴极发光照相，以确定锆石颗粒内部同位素的分布情况。经过这些步骤后，靶才可以放入SHRIMPⅡ内进行分析了。” 　　日立S-3000N扫描电子显微镜 　　(图注：该仪器配备GATAN公司Chroma阴极发光探头，可提供彩色及黑白阴极发光照片。) 　　S-3000N拍摄的锆石照片 　　奉行“开放、共享、高效”的运行原则，仪器使用率与开放程度堪称典范 　　“中心自成立之日起就奉行‘开放、共享、高效’的运行原则，面向国内外地学界全方位开放共享。2005年12月，中心项目组研发出了离子探针远程共享控制系统(SROS，SHRIMP Remote Operation System)，该系统实现了在Internet公共网络环境下，实时远程控制SHRIMPⅡ，观测样品图像实时变化，在线获取试验数据、远程协同信息交流等远程实验功能，达到了亲临北京离子探针中心进行实验的效果，更好地实现了SHRIMPⅡ的开放、共享。” 　　“开放、共享的运行机制给中心带来了巨大的工作量和众多的访问者。中心成立九年以来，共有来自国土资源部、中科院、大专院校以及港台地区的30多个相关单位的数百名科研工作者使用中心的SHRIMPⅡ对自己的样品进行了分析研究。另外，一批来自美国、英国、法国、意大利、德国、澳大利亚、韩国、巴西、古巴、蒙古国、波兰和土耳其等国的学者也来中心完成锆石定年工作和短期访问，其中不乏国际一流的地质学家。正是因为如此，北京离子探针中心的仪器利用率和开放程度均居国际同类实验室的前列。” 　　打造“测试、技术、研究”三位一体的实验室，从事质谱仪器研发 　　在谈到中心的总体发展情况时，王晨女士转述了中心主任刘敦一研究员的看法：“北京离子探针中心如果仅作为一个测试平台，其功能是有限的，要发挥它的巨大作用，我们就应当坚持测试、技术、研究这三方面并行发展的策略。通过测试业务，我们了解到科学家们对SHRIMPⅡ的性能有哪些方面要求，进而中心的技术人员对仪器进行改进，然后仪器使用者再使用，并给予反馈。如此反复，我们仪器相关技术水平越来越高，而这方面水平的提高也促进了中心的研究工作。所以测试、技术、研究这三方面是相互促进的，三者的融合让我们有可能实现各种革新与突破。” 　　“中心现在主要从事的研究有：从事地质年代学和宇宙年代学研究 进行必要的矿物微区稀土地球化学研究 解决重大地球科学研究课题中的时序问题，特别是太阳系和地球的形成及早期历史研究 主要造山带的构造演化研究 地质年代表研究 大型和特殊矿床成矿时代研究 发展定年新技术新方法等。” 　　“除此之外，中心还从事科学仪器研发。中心主任刘敦一研究员认为：科学仪器自主研发能力的重要性再明显不过。一个国家如果没有独立自主的科学仪器研发能力，其科学技术的发展不可能领先，其工业、农业创新体系不可能形成，独立自主的国防体系不可能建立，因而科学仪器自主研发能力是关系到国家安全和民族发展的大事。目前北京离子探针中心承担了《二次离子质谱仪器核心技术及关键部件的研究与开发》项目，正从事二次离子质谱(SIMS)及飞行时间(TOF)串联质谱的若干关键技术和关键部件的研究。” 　　王晨女士(中)向仪器信息网工作人员介绍SHRIMPⅡ 　　附录：北京离子探针中心 　　http://www.bjshrimp.cn/

近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所四室研究员孟国文课题组与安徽光学精密机械研究所研究员毛庆和课题组合作，在具有表面增强拉曼散射(SERS)活性的光纤探针研究方面取得新进展。基于静电吸附原理，研究团队发展了一种普适的组装方法，将多种具有等离激元特性的带电金属纳米结构组装到锥形光纤探针表面。该结构可用作SERS光纤探针，对污染物的远程、便携式在线检测具有重要意义。相关结果发表在ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 17247?17254上。　　光纤通信技术的发展，为污染物的高通量、远程实时SERS检测开辟了新途径，其核心思想是将高SERS活性纳米结构耦合到光纤探针表面，并集成到便携式光纤拉曼光谱仪上，通过采集并检测污染物的SERS信号，实现污染物便携快速检测。为了实现此目的，研究人员发展了涂拉法、光化学沉积或物理气相沉积等方法，将贵金属纳米结构沉积到光纤探针上。然而，这些研究方法制备的SERS光纤探针在功能上具有一定的局限性。例如，对于涂拉法，SERS活性纳米结构在光纤表面的附着力较弱，在液体样品中容易扩散，进而影响到检测信号的稳定性 对于物理气相沉积和激光诱导的光化学沉积法，由于受限于制备过程，难以精确调控纳米结构的形貌和尺寸，无法优化其局域电磁场增强及表面等离子体共振特性，不能保证SERS检测污染物的灵敏度。　　针对上述问题，孟国文课题组和毛庆和课题组合作，采用静电组装法(如下图)，将带有正/负电性的贵金属纳米结构组装到硅烷偶联剂修饰的锥形光纤表面，构筑了一种高效的SERS光纤探针。首先，在基于液相法构筑形貌可控的纳米结构的过程中，使用的表面活性剂可以使纳米结构呈现出可控的表面物理化学特性，如带有正/负电、亲/疏水性等。其次，光纤主要成分是氧化硅、表面有大量羟基，易于与硅烷偶联剂通过形成Si-O-Si键耦合 同时硅烷偶联剂末端具有一个官能团，使光纤整体富有特定的功能性。因此，对于带负电的纳米结构(如柠檬酸根保护的金纳米球)，选取带氨基的硅烷偶联剂修饰光纤 反之，对于带正电的纳米结构(如CTAB保护的金纳米棒)，采用带羧基的硅烷偶联剂修饰光纤，可实现贵金属纳米结构在光纤表面的有效组装。比如，可将多种不同形貌及光学特性的SERS活性纳米结构(金纳米球、金纳米棒、金@银核壳纳米棒和立方银)可控组装到光纤表面。这种SERS光纤探针具有稳定性高(相对信号偏差低于3%)、面向光纤种类多(适用于单模、多模、D型和微纳光纤等)及灵敏度高等优势，对农残甲基对硫磷的敏感度达到10纳摩尔。相关成果已申请国家发明专利并发表在ACS Appl. Mater. Interfaces杂志上。　　上述研究得到国家科技部“973”计划和国家自然科学基金等项目的资助。　　左：带电纳米结构组装到锥形光纤探针上的示意图。中：纳米立方银组装到光纤前后的光学照片及扫描电镜照片。右：SERS光纤探针在分析物溶液中及空气中的SERS信号。

日前，由中国科学技术大学工程科学学院黄文浩教授主持制订的国际标准“扫描探针显微镜漂移测量方法(ISO11039:2012)”已由国际标准化组织正式发布。 　　自20世纪80年代扫描探针显微镜(Scanning-probe microscopy，SPM)发明以来，由于其具有原子量级的分辨能力，极大地促进了纳米科学技术的发展，并已逐步形成了一种高新技术产业。SPM的工作原理是通过微小探针在样品表面进行扫描，将探针与样品表面间的相互作用转换为表面形貌和特性图像。由于扫描速率较慢，漂移现象在扫描过程中普遍存在，这制约了SPM在纳米测量和纳米加工方面的进一步应用。 　　黄文浩教授近二十年来一直从事纳米技术与精密仪器领域的研制工作。在2006年，他向国际标准化组织ISO/TC201(表面化学分析技术委员会)提出了“扫描探针显微镜漂移速率测量方法标准”的提案，目的是要将SPM工作时纳米/秒的漂移大小和方向测量出来，以规范这类仪器的使用方法。2007年该提案正式立项，黄文浩教授被指定为该项目工作组的召集人。经过四年多的努力，SPM漂移测量方法标准的最终草案于2011年经全体成员国投票后顺利通过，并于2012年正式发布。 　　该标准定义了描述SPM在X、Y和Z方向的漂移速率的专业术语，规定了SPM漂移速率的测量方法和测量程序，对仪器的功能和工作环境以及测量报告内容均作了严格要求。该标准为SPM仪器生产厂家制定了漂移速率的有效参数规格，并且能帮助用户了解仪器的稳定性，以便设计有效的实验。该标准不仅适用于基于SPM测量图像的漂移速率评价方法，对其它纳米级测量仪器稳定性的评价也有着重要参考价值。 　　相关研究工作受到国家自然科学基金、中科院知识创新工程重要方向性项目和科技部973项目资助。 　　背景资料： 黄文浩教授 博士生导师 　　1968年毕业于清华大学精密仪器及机械制造系精密仪器专业。1978年至今在中国科技大学精密机械与精密仪器系任教，现任教授，博士生导师。其中1989-1991年，西班牙马德里自治大学， 1993-1994年日本东京大学访问学者。主要研究领域：微纳米制造和测量技术 SPM科学仪器技术 飞秒激光微纳米加工技术 纳米技术与标准化。曾承担国际科技合作项目有： 中-日大学群合作先进制造领域中方负责人(1996-2002)，中国-西班牙国家级科技合作项目(2001-2004) “纳米技术与仪器”负责人。主持国家自然科学基金面上项目、重点项目、973子课题等多项。在国内外刊物发表论文200余篇。现任国家纳米技术标准化委员会委员，国际标准化组织ISO/TC201/SC9/WG2召集人。《光学 精密工程》《纳米技术与精密工程》杂志编委。2011年担任国际纳米制造趋势论坛NanoTrends2011组委会主席。2011年当选国际纳米制造学会会士(Fellow of ISNM)。

脑科学是生命科学领域最尖 端、最前沿的 “终 极疆域”，也是人类最难攻克的“科学堡垒”之一。神经网络是大脑生理活动的结构基础，认识并识别神经元之间的连接方式是当前神经科学研究持续的命题。实时监测神经元的活动、胞外神经递质以及胞内信号分子的动态变化能够帮助我们更好地研究大脑的功能，并助益神经类疾病的治 疗。8月3日，最 新一期「“沃”在前沿」生命科学专家论坛即将开播！本期论坛将聚焦“基因编码荧光探针的开发与在大脑中的应用”，特邀来自北京大学生命科学学院的李毓龙教授担任论坛主席，并邀请到中科院深圳先进技术研究院储军研究员、北京大学化学与分子工程学院邹鹏研究员、北京大学生命科学学院万金霞博士进行学术分享，四位老师将同“屏”共振，与大家分享前沿新知，碰撞未来趋势，助力科研人员开阔视野，拓宽思路。此外，论坛特设“专家互动，在线答疑”环节，四位老师将在线为大家解答科研上的疑问。论坛主题聚焦基因编码荧光探针的开发与在大脑中的应用直播时间8月3日（周三）19：00报名方式识别上方二维码，立即免费报名分享嘉宾李毓龙（论坛主席）北京大学 教授嘉宾简介李毓龙教授，于2000年本科毕业于北京大学生命科学学院，于2006年获得美国杜克大学神经生物学博士学位，之后在斯坦福大学进行博士后工作，现为北京大学生命科学学院教授，北大-清华生命科学联合中心、北京大学-IDG/麦戈文脑科学研究所教授，博士生导师。李毓龙教授为2019年国家杰出青年基金及科学探索奖获得者，还曾获绿叶生物医药杰出青年学者奖、第二十届吴阶平-保罗杨森医学药学奖（吴杨奖）、北京大学-勃林格殷格翰研究员奖等。李毓龙课题组依托北大-清华生命科学联合中心、北京大学麦戈文脑科学研究所，聚焦神经元通讯的基本结构--突触，从两个层面上开展研究工作：一是开发新型成像探针，用于在时间和空间尺度上解析神经系统的复杂功能；二是借助此类工具探究突触传递的调节机制，特别是生理及病理条件下对神经递质释放的调控。课题组近期工作发表在Cell、Nature Neuroscience、Nature Biotechnology、Neuron、eLife等高水平期刊。储军中科院深圳先进技术研究院研究员分享主题：基因编码的光学探针在神经科学中的应用红色荧光蛋白标记神经元和蛋白FRET探针在活体小鼠中的应用CP探针活体动物内的应用和药物开发嘉宾简介储军研究员，博士生导师，广东省生物医学光学影像技术重 点实验室副主任。2009 年获华中科技大学生物医学工程博士，于2009～2015年在美国麻省大学阿莫思特分校和斯坦福大学进行了博士后研究。研究方向聚焦于新型光学和光声分子探针的开发、分子信号通路的光学成像和光遗传学、分子诊断和药物筛选等研究。主要研究成果包括：1）发展了新型的可用于蛋白相互作用监测的远红色荧光互补系统；2）发展了能够用于高灵敏监测细胞凋亡过程中 caspase-3活性的新探针；3）发展了目前最亮的可用于在体荧光成像的远红色荧光蛋白；4）发展了能够和GFP联合可用于双光子双色成像的大 stokes位移的橙色蛋白；5）发展了具有高动态范围的FRET荧光蛋白对。目前已主持国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划等科研项目多项，在Nature Biotechnology和Nature Methods等国际知名杂志发表论文30余篇，申请美国专 利2项，发表国际著作章节两篇。现为美国生物物理和蛋白协会会员。邹鹏北京大学 研究员分享主题：膜电位荧光探针的构建及在神经科学中的应用复合型膜电位荧光探针的构建神经动作电位的成像观测基于全光学手段的电生理记录嘉宾简介邹鹏研究员，博士生导师，2007年本科毕业于北京大学化学与分子工程学院，获化学学士和物理学学士双学位。2012年获美国麻省理工学院化学博士学位。2013年至2015年在哈佛大学化学与化学生物学系进行博士后工作。2015年5月起任北京大学化学与分子工程学院特聘研究员，兼任北大-清华生命科学联合中心和IDG/麦戈文脑科学研究所研究员。2019年获美国化学会旗下《化学与工程新闻》杂志 Talented 12 奖励，并担任《大学化学》副主编。2020年度 获得OKeanos-CAPA青年学者奖，北京大学教学优秀奖。2020年入选北京脑中心“北脑青年学者”。邹鹏博士致力于发展新型化学探针技术，实现对神经细胞高时空分辨的定量观测。课题组综合运用蛋白质工程、分子生物学和有机合成等手段创造新的功能分子，包括各类荧光探针、具有特殊活性的酶等；同时结合光学、质谱学等仪器技术，利用这些工具观测神经系统的结构与功能，并通过数学建模对数据进行定量分析。并率先提出“复合型膜电位探针”的概念，利用化学手段将荧光染料与视紫红质蛋白相偶联，利用后者的电致变色效应实现膜电位成像。相关研究成果发表在《自然-化学生物学》、《细胞-化学生物学》《德国应用化学》，PNAS等学术期刊。万金霞北京大学 博士分享主题：点亮大脑：可遗传编码神经递质荧光探针的开发及应用可遗传编码五羟色胺荧光探针的开发和刻画五羟色胺探针在活体小鼠中的应用其它可遗传编码的神经递质/调质探针嘉宾简介万金霞，北京大学生命科学学院2015级生理学专业博士生，导师为李毓龙教授。研究方向为通过开发新型的成像探针，在时间和空间尺度上帮助解析神经系统的复杂功能。博士期间主要致力于新型可遗传编码的五羟色胺探针的开发与应用，主要研究成果以独立第 一作者身份发表于Nature Neuroscience。以共同作者的身份发表论文共5篇，曾获得北京大学优秀毕业生、北京大学优秀博士学位论文、北京大学“三好学生”、北京大学优秀科研奖、北京大学专项奖学金等荣誉与奖励。论坛日程8月3日(周三）19:00精彩不容错过↑码上相约，本场直播全程免费↑▼分享下图到朋友圈，叫上师兄师弟师姐师妹一同get基因编码荧光探针的前沿研究，助力大家开阔视野、拓宽思路~

线粒体是细胞的动力来源，影响细胞稳态、增殖、死亡的关键信号通路。由于线粒体的动态行为以及与其他细胞器的丰富相互作用，荧光显微镜的发展特别推动了线粒体研究。线粒体内膜（inner membrane，IM）向内凹陷形成许多层状或管状的内嵴，其间距通常小于100nm，导致传统荧光显微镜无法观察到其内部精细结构。因此，基于固定样本的电子显微镜技术一直作为捕捉线粒体膜结构的主流工具。近年来，活细胞线粒体纳米成像已从原理验证发展成为一种结构和功能研究的可行方法。其中，受激发射损耗纳米显微镜（STED）和结构光照明显微镜（SIM）已被报道用于活细胞的线粒体内嵴成像。然而，目前线粒体纳米结构的可视化大多局限于癌细胞的二维（2D）单色成像，正交策略尚未建立，且STED图像采集会受到细胞器的光损伤或快速光漂白的影响，很难观察到原生状态下的线粒体形态。论文截图2022年12月20日，北京大学未来技术学院、北大-清华生命科学联合中心陈知行研究员课题组在Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.杂志上发表了题为“Multi-color live-cell STED nanoscopy of mitochondria with a gentle inner membrane stain” 的研究论文，并被选为封面文章。该研究报道了一款适用于STED纳米显微镜的线粒体内嵴染料PK Mito Orange （PKMO），其具有优秀的光稳定性和显著降低的光毒性，可实现在永生化哺乳动物细胞系、原代细胞和组织中的长时程、超分辨率的线粒体动力学成像，单个线粒体的3D-STED成像，以及多色STED成像（图1）。图1：PKMO标记的HeLa细胞线粒体内嵴、微丝蛋白（SPY650FastAct）和细胞核（SPY505 DNA）的多色活细胞成像图该研究利用环辛四烯（COT）偶联策略降低染料光毒性，同时精确调控光谱使得染料与561nm激发光和775nm STED光完美兼容。PKMO染色后的细胞在STED纳米显微镜下，可观察到整个细胞中具有高度有序的层状内嵴网络，并以低至50nm的光学分辨率捕获了单个线粒体内嵴形态和线粒体分裂、融合以及管状发生等动态过程。PKMO因其温和的性质和优秀的光稳定性可实现活细胞中单个线粒体的3D STED重建。PKMO除了可应用于癌细胞和永生化的细胞系以外，也可实现对光毒性极为敏感的原代细胞和组织的超分辨成像。PKMO展示了在COS-7、HeLa、U-2 OS细胞系以及原代脂肪细胞、原代神经元、原代胰岛组织中的内嵴结构及其动力学过程。线粒体的双层膜结构产生了线粒体亚区室，它们有着不同的用途。多色纳米显微镜技术因其可提供较高的分辨率和更多的时空信息，将取代传统的生化分析或电子显微技术成为一个强有力的新型分析手段。如图2所示，PKMO展示了与线粒体IM与线粒体DNA（mtDNA）、线粒体外膜、crista junction、微管蛋白和内质网的多色超分辨成像。多色活细胞STED成像可以揭示生物分子的不同线粒体定位以及线粒体在全细胞内的互作网络；可提供与要求更高的免疫电镜技术相似的信息，且可绘制有关结构和生物分子动力学的更多信息。图2：线粒体内嵴与mtDNA、线粒体外膜、cristajunction、内质网、细胞骨架的多色STED成像内嵴结构的缺陷与细胞呼吸功能障碍有关，并与神经退行性疾病或心脏病有关。作者还展示了不同线粒体蛋白缺陷型的细胞系与野生细胞系的内嵴形态的差异。在未来，利用PKMO对活细胞进行超分辨成像有望取代传统耗时费力的电镜制样，成为线粒体结构功能研究的日常工具。综上，作者团队报道了一种兼容活细胞STED成像的、高亮度、低光毒性的新型线粒体探针。PKMO可在永生化的哺乳动物细胞系、原代细胞或组织中实现长时间、超分辨率的内膜动力学记录。PKMO的光稳定性和光毒性为活细胞线粒体的3D STED显微镜成像打开了大门。同时，PKMO可兼容绿色和远红荧光标记物，实现多色超分辨率下的线粒体亚结构的多组分分析。多色STED显微镜可在100nm分辨率下捕获线粒体与不同细胞成分的相互作用，BAX诱导的细胞凋亡过程，以及转基因细胞中的内嵴表型。因此，这项工作提供了一个多功能的工具，用于以多路复用的方式研究线粒体内膜结构和动力学。

低温在凝聚态物理研究中扮演越来越重要的角色，是对多体系统中强相互作用的复杂行为开展深入研究的必要条件。随着液氦资源的日趋紧张和无液氦制冷技术的不断发展，基于无液氦制冷的设备将逐步成为低温科研仪器的主流方向。迄今为止，磁共振成像、超导磁体、综合物性测量系统等诸多仪器设备已实现了无液氦化。然而，具有亚原子分辨能力的扫描探针显微系统（SPM）对震动水平的要求极为苛刻，因此实现无液氦闭循环制冷技术在低温SPM领域的应用面临挑战。近十年来，世界上多个团队和公司尝试将制冷机安装在扫描单元附近实现无液氦低温SPM，而单级制冷的基础温度仅能达约5K水平，且制冷机震动对成像的影响仍然显著。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心郇庆研究团队（N13组）致力于高端科研仪器的研发与应用，在真空、低温、材料制备等领域核心关键部件、成套系统、电路控制系统方面取得了系列成果。高鸿钧院士团队（N04组）多年来致力于扫描探针显微学及其在低维量子结构方面的应用，在前沿科学研究取得一系列重要突破。N13组和N04组长期合作，陆续在尖端科研仪器装备自主研发方向取得一系列重要进展：一套商业化四探针SPM系统的彻底改造、超高真空光学-低温扫描探针显微镜联合系统的研制和应用于多探针显微镜的分时复用电路系统等。合作团队再次“仪器”携手，攻关新一代无液氦低温SPM技术。该研究研制了一套无液氦亚3K低温SPM系统。这一系统颠覆了现有无液氦SPM近端安装制冷机的方式，将低频大幅震动的制冷机安装在远端的独立制冷腔体。通过数月的连续测试验证，该设备实现了~2.8K的基础温度、接近±0.1mK的温度稳定性、约1pm震动水平、小于10pm/h的温度漂移，能够从低温到室温宽温区内连续变温成像。在非接触原子力显微镜原子级分辨成像、扫描隧道谱以及非弹性电子隧道谱的性能方面，该系统达到了与传统液氦杜瓦的湿式SPM系统相媲美的水平。相较已有无液氦SPM方案存在制冷机近端安装带来的诸多问题（不耐烘烤、磁场敏感、安装角度受限、橡胶波纹管透气结冰和难以升级等），这种闭循环远端制冷方案展现了多方面的优势：高性能：少量氦气（~10 L）实现3K以下基础温度，并可长时间连续运行，震动水平与湿式系统相当；拓展性：利用此远端液化4He方案预冷3He方便实现亚开尔文范围拓展；兼容性：与强磁场、光学通路等其他物理环境的良好兼容性，显著降低来自制冷机的电磁干扰；灵活性：便捷地将现有湿式SPM系统改造为无液氦SPM，并可应用在其他需求低温且对振动敏感的领域。这一闭循环无液氦低温SPM实现了TRL8级的技术就绪度。近期，相关研究成果发表在《科学仪器评论》上（Review Scientific of Instruments，DOI：10.1063/5.0165089）。该工作将为凝聚态物理研究、材料科学、生物医学等领域提供高性能的低温超低振动解决方案，并有望推动相关领域的研究取得更大突破。一位审稿人评价道：“在我看来，采用氦连续流低温恒温器和低温制冷机技术相结合的理念来解决无液氦低温扫描探针显微镜及相关领域长期存在的隔振问题，不仅具有创新性，而且鉴于世界范围内的液氦短缺困境，该技术方案的提出十分重要且及时。”研究工作得到国家杰出青年科学基金项目、中国科学院关键技术研发团队项目、国家重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金青年科学基金项目和北京市科技计划怀柔科学中心项目的支持。图1. 新一代无液氦亚3K低温扫描探针显微镜的三维模型和原理图。图2. （a）基于连续流液氦恒温器的降温效果；（b）闭循环无液氦远端制冷的降温效果；（c）载入样品后的温度变化；（d）样品在4K温度的稳定性。图3. Au(111)和Ag(110)表面的成像测试和谱学表征。图4. Ag(110)表面CO分子的拾取和二阶谱学表征与谱学成像。图5. qPlus AFM探针在NaCl(100)表面的测试结果。图6. 已有基于液氦杜瓦的湿式SPM系统升级成远端制冷闭循环无液氦SPM的方案示意图。

2016年6月14日，阿美特克集团科学仪器部在北京分公司召开“VersaSCAN微区电化学技术交流会”，并在此交流会上发布新技术——扫描电化学显微镜(SECM)柔性探针技术，仪器信息网作为特邀媒体参加了此次交流会。 John Harper 博士为与会者详细介绍了此次发布的新技术。此次发布的扫描电化学显微镜柔性探针技术专用于“普林斯顿应用研究VersaScan”产品的柔性接触和等距测试，是由瑞士洛桑联邦理工学院的物理和电分析化学实验室(LEPA-EPFL)Hubert Girault教授课题组经数十年的研究而实现的。阿美特克科学仪器部与该实验室签署了独家合作协议，集成并销售其柔性探针技术。柔性探针使得广大研究者可同时进行等距离和等高模式的SECM测试，可分离3D表面电化学活性响应图中表面物理形貌和电化学响应的贡献。 与市场上常用的硬性探针相比，柔性探针具有以下优势：1)柔性探针等距SECM无需额外增加昂贵的控制与测量硬件 2)测量时无需为达到控制距离而预先测试样品表面的地形地貌 3)探针设计为与样品进行柔性接触，当与样品表面接触时，探针会发生柔性弯曲，避免探针自身被划伤以及探针对样品表面的损害 4)常规技术中硬性探针和样品直接接触会导致表面易损样品被损坏，如人体组织等。而柔性探针技术接触样品的接触力仅为常规硬接触探针的千分之一。 未来，阿美特克集团科学仪器部与LEPA-EPFL还将共同致力于实现其它探针材料与技术的商业化，希望SECM柔性探针技术能帮助SECM成为标准电化学测试利器。 为鼓励更多的用户致力于微区电化学的研究，此次交流会特设“普林斯顿应用研究微区电化学优秀论文奖”。本次奖项颁发给了浙江大学刘艳华博士，以表彰其使用VersaScan微区电化学测试系统在涂装材料研究方面所作出的贡献，由阿美特克公司科学仪器部亚洲区经理杨琦女士为其颁奖。 随后的技术交流过程中，John Harper 博士、刘艳华博士和厦门大学林昌健教授针对微区电化学的技术和应用为大家进行了分享。VersaScan微区电化学测试系统是一个模块化配置的系统，可实现现今所有微区扫描探针电化学技术以及激光非接触式微区形貌测试，包括扫描电化学显微镜、扫描振动电极测试、扫描开尔文探针测试、微区电化学阻抗测试、扫描电解液微滴测试、非触式光学微区形貌测试等。此次发布的柔性探针技术主要针对扫描电化学显微镜，目前阿美特克可提供有效直径15um的柔性碳探针。John Harper 博士还重点介绍了柔性探针技术的应用案例，包括癌细胞成像和黑色素瘤的分期变化(如皮肤癌)、电子应用-电沉积和成像、电催化等。 刘艳华博士介绍了扫描振动电极测试技术在涂层金属腐蚀研究中的应用。刘博士主要介绍了两项工作：一是采用电沉积技术合成了负载缓蚀剂的超疏水二氧化硅薄膜 二是构建了基于硅烷修饰的E-Sio2薄膜和环氧树脂的新型防护体系。在此两项工作中均利用了扫描振动电极测试技术来表征其微区耐腐蚀性能，与其它表征手段结果均有较好的吻合度。 林昌健教授自1979年开始研究微区电化学技术，至今已有37年。林教授认为微区电化学之所以能发展到今天的水平，一是科研需求，越来越多的科研人员应用此技术使其成为热门研究领域 二是科技发展，科技水平的发展也使微区电化学技术有了显著的进步。未来，微区电化学技术发展很重要的一方面就是探针技术的发展。林教授重点介绍了其团队开发的新型探针。林教授发现，在空间分辨率足够高的情况下，除电流、电压信号外， pH值和氯离子浓度也可以很好的表征局部腐蚀程度，故其团队开发了可测量pH值和氯离子浓度的探针。未来此探针有望集成到VersaScan微区电化学测试系统上。

在婴儿呱呱坠地之前，受精卵是如何发育成复杂个体的？为什么正常的细胞会慢慢变成癌细胞？　　细胞是生命的基本单位，了解它的过去、现在和未来不仅有助于人们了解正常发育的过程，也对理解疾病的产生和发展至关重要。然而，“看清”细胞的“前世今生”仍然存在显著的技术困难。　　8月17日，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员陈万泽作为共同第一作者在《自然》发表长文，介绍了研究团队在国际首创的活细胞转录组测序技术（Live-seq）。该技术首次让单细胞进行转录测序后依然能保持细胞存活，实现了活细胞全基因表达的连续观测。　　“该研究实现了使用Live-seq技术对同一个活细胞多次分离部分细胞质进行多次转录组测序的可行性，表明这一技术有望在将来用于构建单个活细胞的转录组系列变化动态。该研究为单细胞转录组测序提供了全新的研究策略，为我们理解生命过程的动态变化提供了强有力的手段，是这一领域的又一重大突破。”北京大学生命科学学院教授汤富酬评论道。　　不杀死细胞就能测序　　人体内的细胞拥有几乎一样的基因组，但是为什么能够产生多种多样的细胞？基因组中数万个基因的表达与否和表达量的高低，很大程度上决定了细胞的种类和功能，比如神经细胞、免疫细胞、各种肿瘤细胞等。　　如果知道细胞不同时间的基因表达的变化，就能够了解细胞的过去、现在和未来。　　当前，单细胞转录组测序技术是了解细胞状态的重要手段。就像看一张“高清照片”，通过单细胞测序能够看清细胞现在所有基因的表达状态。但是，这些技术在理解细胞状态“电影”般的动态变化上却面临很大的挑战。　　“利用单细胞转录组测序技术观测细胞状态的前提是将细胞裂解，提取其中的RNA来测定每个基因表达量的高低，这样就不可避免地杀死了细胞。”陈万泽说，“此外，使用单细胞测序技术也只能了解到一个细胞当下的状态，却不能获得它的过去，也无法知晓它将来的功能。”　　通过近7年的努力，陈万泽与合作者开发了活细胞转录组测序技术Live-seq，其核心是通过对活细胞中的部分细胞质进行微创提取，并对极其微量的细胞质RNA进行扩增，在单细胞转录组测序后依旧保持细胞的存活和功能，从而实现细胞动态变化的跟踪。　　论文通讯作者、瑞士洛桑联邦理工学院教授Bart Deplancke表示，该技术兼具全基因表达分辨率和动态解析能力，是目前对单细胞转录组直接动态测量、偶联细胞现有状态及其后续表型的唯一解决方案。　　两次碰壁，终于“钓”出RNA　　如何在不杀死细胞的前提下看到细胞的动态变化？　　“我们首先想到的是外泌体，它是细胞向外面吐出来的小泡，里面有蛋白、RNA等物质。如果我们把单个细胞的外泌体都收集起来，再对其中的RNA进行测量，或许就可以在一定程度上反映细胞状态而又不杀死细胞。”陈万泽说。　　单个细胞中仅有10皮克RNA，相当于1克的一千亿分之一，而细胞外泌体中的RNA更是少之又少。研究团队设计了微流控芯片来完成单细胞捕获、外泌体收集等过程，发现由于外泌体中的RNA数量太少，根本无法实现单细胞分子水平的观测。　　随后，陈万泽尝试利用在生命科学领域非常小众的原子力显微镜——它有一个很尖的硅探针，多用来检测物质表面性质。研究团队对探针进行表面活化、修饰、洗脱等改造后，让其能够把细胞中的RNA“钓”出来。　　“这种探针很细，对细胞的损伤很小，就像‘鱼钩’一样，改造后可以把细胞中的RNA‘钓’出来，又能保证细胞继续存活。我们改造了数十个探针后，结果只在两个细胞上成功‘钓’到了基因。”陈万泽回忆道，当时购买一个原子力显微镜探针需要800美元，研究成本太高，成功率太低，让这项研究再次受阻。　　瑞士洛桑联邦理工学院学科交叉氛围浓厚。在一次偶然的学术交流中，陈万泽与导师了解到，瑞士苏黎世联邦理工学院的Julia Vorholt实验室开发了一种特殊的原子力显微镜，能够吸出一部分细胞质。　　一番交流后，两个课题组一拍即合，展开了联合攻关。联合团队对一系列实验过程进行了优化，解决了RNA降解、低温下的快速操作、超微量样品转移、采样通道清洗避免交叉污染、图像下追踪细胞等多种问题，以保证实验结果的可靠性。　　联合团队利用重新改造后的Live-seq，对5种类型共295个细胞进行了测序，发现Live-seq能够有效区分不同类型的细胞，且平均每个细胞能检测到约4112个基因的表达信息。　　仅对少量的细胞质进行测序，是否就能代表细胞的状态？“我们平行比较了单细胞测序结果，发现活细胞测序结果与普通的单细胞测序结果高度吻合，证明Live-seq能够很好地体现细胞的全转录组状态。”陈万泽说。　　细胞的存活率又如何保证呢？　　“原子力探针尖端只有几百个纳米大小，而且能和细胞膜密封，对细胞损伤极小。吸取约5%至50%的细胞质后，细胞体积可以快速恢复到正常水平，存活率在85%至89%之间，细胞能进行正常分裂。通过一系列的功能分析和分子表征，我们没有发现Live-seq对细胞状态有显著影响。”陈万泽表示。　　对此，审稿人在评审意见中也写道：“由于细胞测序后仍旧存活，Live-seq首次实现对同一个细胞全基因表达的连续测量。”　　细胞测序史从“高清图片”到“高清电影”的跨越　　在细胞观测技术史上，显微成像和基因编辑介导的分子记录等技术不仅能观察细胞水平的生长、分裂、死亡等过程，还能观测细胞中的单个或几个基因指标。　　2009年，单细胞转录组测序技术为更系统、全面地定义细胞类型和状态提供了变革性手段。但人们仍然只能观察到细胞的静态状态，无法连续观测细胞动态或者检查细胞后续的表型。　　如果把利用单细胞转录组测序技术观测细胞比喻为看一张细胞在分子水平的高清图片，那么利用Live-seq观测细胞就好比看一部高清电影，能够看见细胞的“前世今生”。　　“Live-seq可以回答细胞的过去怎样决定它的现在，不仅知道细胞中为何存在差异，还知道这些差异从何而来。”陈万泽介绍道。　　在验证实验中，团队利用Live-seq直接测定了同一个巨噬细胞在不同时间的状态变化，发现细胞起始状态的少数基因的表达差异和噪声（如Nfkbia、Gsn等）是决定细胞后续反应差异的重要原因。相对而言，普通的单细胞转录组无法找到这些规律。　　陈万泽表示，尽管Live-seq仍然存在诸多挑战，需要进一步完善，比如低通量、暂不能在体内应用、在高度极化且mRNA分布不均的细胞中无法实现全细胞转录组测序、对细胞更多次的采样还需进一步研究等，但该技术首次实现了活细胞连续观测，为单细胞测序技术发展带来了更多可能性。未来，团队将进一步提高Live-seq技术的实用性。

吉林检验检疫局建立的金标法检测单核细胞增生性李斯特氏菌技术作为当今检测病原体和诊断疾病方面最为敏感的免疫学技术之一，不仅操作简便、快速、特异，更为重要的是适用于广大基层食品监管部门的现场检测和诊断，这些特点都是其他免疫学方法所无法比拟的。 　　该技术不仅具有巨大的发展潜力，而且还具有广阔的市场和应用前景，如可适用于医疗卫生行业，出入境食品口岸抽查和鉴定、流通领域卫生监督和工商行政部门和质监部门的食品企业监管等，甚至可以走进餐馆、家庭进行简易的食品自控和检测等。 　　由吉林出入境检验检疫局承担的国家质检总局科研课题《应用化学发光探针及免疫金标法检测食品中多种致病菌的研究》在2011年获得了国家质检总局“科技兴检”三等奖。该课题建立的化学发光探针检测技术能够快速检测食品中常见的四种病原菌：空肠弯曲菌、单核细胞增生性李斯特氏菌、大肠杆菌O157和金黄色葡萄球菌。其中对单核细胞增生性李斯特氏菌还建立了应用免疫胶体金试纸条的快速检测方法。 　　急需速测技术 　　我国的食品生产加工企业数量多，规模小，较分散，而且为数较多企业过分追求利润法律意识淡薄，社会责任心不强导致其产品质量良莠不齐。 　　据报道，我国45万个食品生产企业中，员工人数10人以下的食品生产加工小作坊就有35万家，约占80%，因而导致食品安全事故时有发生，给社会和消费者的健康造成了巨大危害。 　　而目前的食品卫生监管的检测手段主要依据国家标准或行业标准规定方法进行，虽然这些方法准确可靠，但这些方法一般都需要建设专门的微生物检测实验室，配备专业的检测技术人员，需要较长的检测周期，由此造成的检测成本过高，缺乏时效性等问题，使一些突发的食品安全事件不能迅速得以解决。因此发展和建立一种快速、简便、灵敏准确的检测技术，作为标准检测方法的初筛技术，是解决上述问题的有效手段之一。 　　食品检验新兵 　　化学发光探针技术的原理是互补的核酸单链会特异性识别并结合成稳定的双链复合物。这一检测系统利用一个标记有化学发光物的单链DNA探针，可以特异性的识别和结合目标微生物的核糖体RNA。微生物中的核糖体RNA释放出来后，化学发光标记的DNA探针就与之结合形成稳定的DNA-RNA杂合体。标记的DNA-RNA杂合体会与非杂交探针分离，并在化学发光检测仪中进行测量。样本的检测结果通过计算与阴性对照进行比较得出结果。利用化学发光剂标记和检测核酸使得许多非放射性标记检测的灵敏度达到甚至超过了同位素标记测定。 　　在众多的化学发光体系中，应用最多的化学发光体主要有三类：增强鲁米诺发光体系、吖啶类化合物发光体系和碱性磷酸酶催化的1，2-二氧环己烷发光体系。吉林检验检疫局建立的化学发光技术使用吖啶酯标记核酸探针。 　　利用化学发光杂交保护分析的原理检测空肠弯曲菌、单核细胞增生性李斯特氏菌、大肠杆菌O157和金黄色葡萄球菌4种致病菌特异性RNA序列，这种方法无需物理分离，利用吖啶酯标记DNA探针，通过核酸杂交保护分析法，即应用人工合成的靶DNA保守区的寡核苷酸，在合成时引入一个烷氨基的手臂，经活化后接上吖啶酯，制成化学发光探针。 　　杂交后无需分离步骤，而是利用差分水解来鉴别，即加入碱性溶液，游离的发光探针遇碱水解失去发光特性，而与特异性目的片段结合的探针形成DNA-RNA杂交体，由于吖啶酯是平面结构很容易进入双螺旋的内部而获得杂交保护，水解速度缓慢(半衰期达10分钟以上)，仍有发光性能，可以在发光仪上显示化学发光信号，从而实现对病原菌的检测。 　　应用前景广阔 　　该项目利用胶体金技术研制了胶体金检测试纸条，用于单核细胞增生性李斯特氏菌的快速检测，该检测试纸条的灵敏度高，具有很强的特异性，不同批次生产的免疫胶体金具有良好的检测重现性，稳定性好，操作简单，检测时间只需10至20min即可报告结果，胶体金法无污染，不会危害操作者以及环境。胶体金抗体复合物在冻干状态下室温储存相当稳定，有效期长 此外胶体金技术还具有检测迅速、灵敏、不需要复杂仪器设备、产品永不褪色等优点，适合于食品中单核细胞增生性李斯特氏菌的初筛检验。 　　吉林检验检疫局建立的基因探针化学发光检测方法可在30分钟内快速确定病原体，并可直接于固体或液体培养基上鉴定目标微生物。该方法可直接应用于国外生产的LEADER 50i检测仪上，仪器自动注入检测试剂，立刻测量标记物所产生化学反应的化学发光强度，并自动计算结果及打印报告，该检测方法敏感性高，特异性强，检测成本低，操作简便、快速，对我国食品安全快速检测和监控工作具有重要意义，具有广泛的推广前景。 胶体金快速检测试纸

随着扫描探针显微技术突飞猛进的发展，扫描探针显微镜用途日益广泛。现在已广泛用于材料科学(金属材料、非金属材料、纳米材料)、冶金、生命科学、半导体材料与器件、地质勘探、刑事侦察、宝石鉴定、工业生产中的产品质量鉴定及生产工艺控制等。为适应广大分析技术工作者的需求，进一步提高技术工作者的应用和研究水平，推动显微分析应用的进一步发展，上海交通大学分析测试中心特举办“ATP008 SPM扫描探针显微分析技术”培训班，NTC授权单位培训机构上海交通大学分析测试中心承办并负责相关会务工作。现将有关事项通知如下：1、 培训目标：了解扫描探针显微术（SPM）分析测试技术基本概念及基础理论知识，熟悉SPM仪器的组成结构及工作原理，具备SPM仪器的实际操作能力，掌握SPM分析技术在相关领域的应用。通过学习理论知识及观摩实操，面对应急问题学员可理论联系实际操作，调谐最佳机器运转状态，查找故障原因进行仪器自检及修复。2、 时间地点：培训时间：2023年10月23日-10月25日 上海（时间安排：授课2天，考核1天）3、 课程大纲：课程内容10月23日上午SPM分析技术基本原理、仪器结构和功能、标准方法与应用10月23日下午样品制备、SPM仪器基本操作10月24日全天SPM仪器基本操作、图像处理10月25日全天考核4、 主讲专家：主讲专家来自上海交通大学分析测试中心，熟悉NTC/008 SPM扫描探针显微分析技术大纲要求，具有NTC教师资格，长期从事扫描探针显微分析技术研究的专家。5、 授课方式：（1） 讲座课程；（2） 仪器操作。6、 培训费用：（一）培训费及考核费：每人3000元（含报名费、培训费、资料费、考试认证费），食宿可统一安排费，用自理。（二）本校费用：每人1500 元（含报名费、培训费、资料费、考试认证费；必须携带学生证）。7、 颁发证书：本证书由国家科技部、国家认监委共同推动成立的全国分析检测人员能力培训委员会经过严格考核后统一发放，证书有以下作用：具备承担相关分析检测岗位工作的能力证明；各类认证认可活动中人员的技术能力证明；该能力证书可作为实验室资质认定、国际实验室认可的技术能力证明；大型仪器共用共享中人员的技术能力证明。考核合格者将由发放相应技术或标准的《分析检测人员技术能力证书》。考核成绩可在全国分析检测人员能力培 训委员会(NTC)网站上查询（https://www.cstmedu.com/）。8、 报名方式：（一）请详细填写报名回执表（附件1）和全国分析检测人员能力培训委员会分析检测人员考核申请表（附件2），邮件反馈。（二） 注：请学员带一寸彩照2张（背面注明姓名）、身份证复印件一张，有学生证的学员携带学生证复印件。（三） 报名截止时间是10月16日16:00前。（四） 如报名人数不足6人取消本次培训。9、 联系方式联系人：吴霞（报名相关事宜）、高梅（技术咨询）电话： 021-34208499-6102（吴霞）、6219（高梅）E-mail：iac_office@sjtu.edu.cn官方网址：iac.sjtu.edu.cn

近年来，我国IVD产业发展迅速，国内市场容量向千亿元级迈进。分子诊断作为体外诊断（IVD）领域发展最快的细分行业，具有检测时间短、灵敏度更高、特异性更强等优势，被广泛应用于传染性疾病、血液筛查、遗传性疾病、肿瘤伴随诊断等领域。 1、分子诊断技术分子诊断是指以DNA和RNA核酸为诊断材料，使用分子生物学技术检测人体是否携带病毒基因、是否存在缺陷基因以及是否存在表达异常。 分子诊断是预测诊断的主要方法，既可以实现个体遗传病的诊断，又可以实现肿瘤早筛。分子诊断大致可分为PCR技术、基因测序、荧光原位杂交和基因芯片等。图1：分子诊断技术的分类目前国内分子诊断细分赛道市场份额占比分别为：PCR(40%)，分子杂交（35%），生物芯片（16%），其他（9%），PCR技术占据了分子诊断半壁江山。（根据智研咨询/国元证券研究中心数据调研）肆虐全球的新冠疫情是分子诊断行业发展的催化剂，而PCR技术是分子诊断中最常用的检测手段，作为确诊新冠的“金标准”。2、PCR聚合酶链式反应PCR（Ploymerase chain reaction）,即聚合酶链式反应的缩写，一种核酸（DNA或RNA）体外扩增技术。利用DNA双链复制的原理，能在短时间内将及微量的特定核酸片段精确复制出百万份的拷贝，从而实现对极其微量的DNA或RNA片段进行定量。 图2：PCR反应过程PCR技术由1983年Kary Mullis首创，被广泛运用在产前诊断（如乙肝病毒筛查）、肿瘤早筛（如HPV人乳头瘤病毒检测）、传染病检测（如HIV艾滋病病毒检测）、呼吸疾病检测（新型冠状病毒）基因检测(如亲子鉴定)等诊断。 图3：核酸检测案例体外诊断RT-PCR试剂盒中包含了模板双链DNA、一对特定序列的引物、一个带有检测基因的探针、DNA聚合酶、底物dNTP、缓冲溶液等，那么如何确保DNA能顺利进行特异性扩增？又如何正常标记？引物和探针的寡核苷酸原料必不可少。 图4：PCR反应试剂原料 引物和探针的寡核苷酸原料必不可少。上文提及的引物、探针，和酶等都是IVD原料，即用于制备IVD产品的材料，其品质对IVD产品的性能和检测准确度影响极大，因此上游环节在IVD产业链中话语权极强。然而，长期以来IVD原料生产一直是我国IVD产业中的卡脖子环节。IVD原料市场需求不断增长，但其背后的核心技术并未取得相同幅度的进步。由于IVD原料的研发难度较高，国产IVD原料在生产工艺及纯度质量上仍与进口原料存有差距。随着我国IVD原料企业投入大量资金开展基础研究与开发工作，其研发创新能力与原料工艺质量不断提升。那么我们先来了解一下，生产这些上游原料的要点及难点。引物引物的特异性是PCR特异性的关键，引物是具有独特靶向序列的短链寡核苷酸片段，帮助识别基因组的独特性。通过引物特异性结合在目标区域，作为DNA复制开始时DNA聚合酶的结合位点。不纯的引物不但会直接影响RT-PCR的特异性和定量不准，还会影响后续的测序实验。引物不纯可能会导致：1)非特异性扩增；2)无法用预先设计在引物5′端酶切位点的酶切开，特别是没有保护碱基的引物；3) 用于测序出现双峰或乱峰。 图5：引物 探针TaqMan荧光探针是一种具有荧光基团的特定寡核苷酸片段，通过检测荧光分子的信号强度即可知道PCR产物扩增量，每扩增一条DNA子链，就有一个荧光分子发出信号。 图6：Taqman探针无论是PCR反应还是NGS测序等核酸水平的分子诊断技术，都需要*的引物和探针，确保诊断的灵敏度和准确性。必须对合成后的寡核苷酸片段进行纯化处理，得到符合纯度要求的PCR试剂盒的原料，再销售至下游生产核酸试剂盒的厂家。3、如何得到*或高纯度的引物探针？引物/探针等寡核苷酸通过自动核酸合成仪合成之后，需要通过不同的分离纯化方式（比如脱盐过柱法或RP-HPLC方法）。 图7：HPLC纯化 RP-HPLC制备型反向高效液相色谱法是引物/探针常用的纯化方法之一，其优点是纯度高（高达99%）、自动化程度高。纯化后需要使用相关的溶剂蒸发设备去除其有机溶剂（如乙腈、甲醇、水等）后，一般包装至EP管或者96孔板中。然而，使用传统浓缩方法去除这些溶剂时，如果控制不当，未必能使溶剂蒸发完全，会影响引物和探针的一致性和纯度。为防止样品暴沸，需要在溶剂蒸发过程的控制好抽真空速率，Genevac大容量核酸合成浓缩仪（图7）利用控制真空度和离心力，可以有效防止暴沸避免交叉污染。 图8：真空离心浓缩仪 4、争分夺秒|分子诊断的新趋势随着核酸检测常态化发展，大量的新冠试剂盒被用于每日的核酸检测。分子诊断新趋势是更快，更准！ 采样快速——5月9日，国务院联防联控机制提出，大城市要建立步行15分钟核酸“采样圈”。检测快速——截至5月12日，上海市的核酸检测能力现在也达到了每天800万管以上。(数据来源：央视新闻)5、为上海市复工复产做准备按照六月以后复工复产的要求，每人每周需要进行两次的核酸检测，根据上海市常住人口数量2500万，除去退休人员，小孩子，无业人员，至少有60%的人员需要参加这些检测，也就是说每天至少消耗越428万管的检测试剂。面对日均如此大需求量的检测试剂盒，上游原材料的质量和供应速度应该同幅度进步和增长，在引物和探针的制备过程中，使用高通量的真空离心浓缩设备可以大幅度提高生产效率，溶剂蒸发的速度起到四两拨千斤的作用。接下来介绍一款大容量核酸合成浓缩仪miVac Quattro，它的样品通量是传统的氮吹浓缩仪的5倍+，大幅度提高了蒸发容量和节约蒸发时间。在核酸合成中最常用的1.5ml EP管可以同时浓缩200位样品，另外兼容96孔板，最多可同时容纳20个浅孔微孔板或8个深孔板。 图9：miVac Quattro大容量核酸合成浓缩仪 图10： 多样的转子类型提高浓缩速度的秘诀是提高热传导率。下图使用不同条件下的样品浓缩速度，Genevac通过一系列措施促进热量向样品传导，在浓缩速度上有显著提升，助力引物/探针试剂高效率生产。 图11：不同条件下的提升浓缩速度①实心铝制转子——相比塑料转子或空心转子，独特的实心铝制转子具有良好的热传导效果，即使在真空条件下也能有效传递热量。②腔体预热功能——结合腔体预热功能，能有效提升浓缩速度。③高效率的SpeedTrap™ 冷阱——新型的冷阱线圈制冷，能冷凝回收95%以上的有机溶剂。 图12：Speedtrap冷阱一款安全、可控、快速、高通量的浓缩仪，可以更大程度地减轻工作负担，高效助力生产*的IDV原料，用户仅需设置温度，一键选择醇或水的方法，然后按下启动键即可使用。 寡核苷酸除了在IVD中扮演重要角色，现在作为创新药的热门选手，也承载了很多科研人员的希望，下一期我们就来聊聊Oligo药物筛选的那些事。原理介绍：Genevac miVac是由离心腔、冷阱、真空泵三部分组成真空离心浓缩仪，用于对寡核苷酸、核酸等样品进行浓缩、纯化、干燥，适用于oligo合成、RNA/DNA制备、肽制备、测序、分子生物学和ADME/毒理学研究。抽真空：利用压力降低时，溶剂的沸点也随着降低。使生物样品能在较低的温度条件下进行溶剂蒸发。加快蒸发效率的同时，可防止热敏感样品失活。离心：为了避免样品暴沸和交叉污染，采用高速离心旋转技术，离心力的作用下可以有效防止暴沸和样品损失，干燥后的溶质完全沉积在容器的底部，便于样品的完全回收。热量：加速样品的蒸发速率。英国GeneVac公司成立于1990 年，隶属SP Scientific 旗下，一直专注于研究和生产各种离心蒸发浓缩设备，不断为生命科学提供更前沿和*的解决方案。

成果名称 扫描探针显微镜宽动态范围电流测量系统的研制 单位名称 北京大学 联系人 马靖 联系邮箱 mj@labpku.com 成果成熟度 &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： 扫描探针显微镜（SPM）是研究材料表面结构和特性的重要分析设备，具有高精度和高空间分辨的优点，可以在多种模式下工作。其中，扫描隧道显微镜（STM）和导电原子力显微镜（CFM）技术，通过探测偏压作用下针尖与样品间产生的电流，可以获得器件电学特性或材料表面局域电子结构等重要信息，成为目前微纳电子学研究领域的重要工具。SPM中用于探测针尖与样品间电流的关键部件是电流-电压转换器（I-V Converter），其作用是把探测到的微弱电流信号转换为电压信号以便后续处理。目前商用SPM设备中采用的是虚地型固定增益线性电流-电压转换器，典型灵敏度为108 V/A，其主要缺点是电流测量的动态范围较小，只能达到3~4个数量级，这使得目前SPM的电流测量能力被限定在10pA~100nA之间，阻碍了SPM在微纳电子学领域的应用。 2012年，信息学院申自勇副教授申请的&ldquo 扫描探针显微镜宽动态范围电流测量系统的研制&rdquo 获得了第四期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的支持，在项目资金的支持下，申自勇课题组开展了富有成效的工作，包括：（1）宽动态电流测量系统总体设计；（2）测量系统与SPM控制系统的接口设计；（3）测量系统加工制作和联机调试；（4）测量系统性能指标的测试评估与优化。此外，课题组还克服了皮安级微弱电流的高精度低噪声测量、反馈回路中用于非线性转换的双极结型晶体管的温度补偿等技术难题，所研制的测量系统取得了良好的效果。目前，该项目已经顺利结题，其成果装置已经在该课题组相关仪器上正常使用，并在向校内外相关用户推广。 应用前景： 扫描隧道显微镜（STM）和导电原子力显微镜（CFM）技术，通过探测偏压作用下针尖与样品间产生的电流，可以获得器件电学特性或材料表面局域电子结构等重要信息，成为目前微纳电子学研究领域的重要工具。

2010年岛津公司电子探针(EPMA)用户会暨新品发布会 邀 请 函 尊贵的岛津电子探针用户： 　　为促进岛津公司的电子探针用户之间的相互沟通，就电子探针的分析原理、分析技术和分析方法进行广泛而深入的技术交流，并介绍岛津公司电子探针的最新产品EPMA-1720及其应用的最新技术，岛津国际贸易(上海)有限公司拟于2010年5月在上海市举办《岛津公司电子探针用户会暨新品发布会》(会期3～4天)，届时将邀请国内业界知名专家到会做专题报告，并邀请岛津公司厂方分析专家到会，与大家就电子探针分析进行广泛的交流与沟通。 　　我们真诚征求您的意见和建议，并恭候您的光临。 　　如果您需要了解岛津公司仪器的最新进展，请随时与我们联系，我们将为竭诚您提供最佳服务! 2010年岛津公司电子探针(EPMA)用户会暨新品发布会征稿函 尊贵的岛津电子探针用户： 　　岛津国际贸易（上海）有限公司拟于2010年5月在上海市举办《岛津公司电子探针用户会暨新品发布会》，请您就电子探针的分析原理、分析技术、分析方法和应用实例等撰写文章，我们将安排在《电子显微学报(Journal of Chinese Electron Microscopy Society)》上予以发表。 　　我们真诚地向您发出稿约，并热切地期待您的来稿。 　　截稿日期：2010年2月13日。 　　稿件格式：参见《电子显微学报》样稿 岛津国际贸易(上海)有限公司 2010年1月19日 联系方式： 王岩小姐 岛津国际贸易(上海)有限公司北京分公司 北京市朝阳区朝外大街16号 人寿大厦14层 邮编：100020 手机：13910993092 电话：(010)85252365 传真：(010)85252327 电子邮件：bswyan@shimadzu.com.cn 或 龚沿东先生 岛津国际贸易(上海)有限公司沈阳分公司 辽宁省沈阳市和平区南京北街161号嘉润东方香榭里大厦C座14层 邮编：110001 手机：13304004979 电话：(024)23403801 传真：(024)23836378 电子邮件：shegyd@shimadzu.com.cn

2月29日，中国科学院上海药物研究所研究员黄河、柳红合作，研究设计合成了一种含有吡啶甲醛片段的可断裂分子探针2PCA-Probe，可实现对蛋白质N-端的深度富集检测。相关研究发表于《美国化学会志》。蛋白质水解是一种广泛存在的翻译后修饰方式，在多种生物过程中发挥重要作用。在正常组织中，大多数蛋白酶的活性受到严格调控，而在肿瘤组织中则往往被异常激活，并通过介导免疫逃逸、肿瘤细胞侵袭等多个途径促进肿瘤的发生发展。通过对蛋白质N-端进行系统检测可获得蛋白水解断裂信息，但现有的N-端组学检测方法存在操作复杂、检测深度不高等缺陷，限制了蛋白水解相关研究的进展。研究团队发现，吡啶甲醛片段与N-端氨基酸可以选择性发生环化反应形成咪唑烷酮结构，还可发生羟醛缩合反应，并由此发现该类标记方法生成的新诊断片段。通过该诊断片段信息，可以规避以往此类探针标记时遇到的限制，即无法标记2位氨基酸为脯氨酸的多肽。利用该方法，研究团队对三对结直肠癌组织和癌旁组织的N-端组进行了深度富集检测，共鉴定到了4686种N端多肽。进一步分析显示，肿瘤组织中的蛋白水解过程较癌旁组织更活跃，且肿瘤组织中发生水解的蛋白主要富集在代谢通路和免疫通路，这可能与肿瘤组织的代谢重编程和免疫逃逸过程相关。该研究建立了一种全新的N-端组深度检测方法，为疾病发病机制中的蛋白质水解过程研究提供了有力的新工具。2PCA-Probe探针结构及标记检测流程 图片来源于《美国化学会志》

刘敦一研究员，曾任中国质谱学会理事长，2001年至今任国家大型科学仪器中心——北京离子探针中心主任。他是中国地学界的杰出领军人物，在同位素地质年代学研究领域成就卓著。同时，身为中国最早一辈从事质谱技术与仪器研制的科学家，刘敦一研究员曾多次就仪器研制相关问题向科技部、财政部提建议，呼吁相关部门关注、促进中国仪器研制事业的发展。 　　近日，仪器信息网编辑专访了刘敦一研究员，请他谈谈：他目前的仪器研制工作，以及他对中国仪器研制情况的看法。 北京离子探针中心主任 刘敦一研究员 从二次离子质谱仪器研制谈起 　　北京离子探针中心的核心仪器是高分辨二次离子探针质谱计(Sensitive High Resolution Ion Microprobe II ，SHRIMPⅡ)，该仪器是同位素地质年代学领域最先进的科学仪器之一，也是刘敦一研究员在仪器研制方面的主要研究对象。2006年，北京离子探针中心承担了“十一五”国家科技支撑计划课题——《二次离子质谱仪器核心技术及关键部件研究与开发》，目前该课题已处于验收阶段，即将结题。 　　作为课题负责人的刘敦一研究员首先介绍了该课题的相关情况：“我们课题的总目标与内容是：攻克二次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectroscopy ，SIMS)及飞行时间(TOF)串联质谱的若干关键技术，自主研发一批SIMS和串联飞行时间质谱核心关键部件。这个课题是由北京离子探针中心牵头，中国计量科学研究院、中国科学院大连化学物理研究所、复旦大学等单位参与其中，各自负责不同的子课题。” 　　“我们取得了一系列课题成果。本课题的主要目标是仪器核心部件，但也搭建了飞行时间二次离子质谱仪(TOF-SIMS)、离子阱飞行时间质谱仪(Trap-TOF)的整机。通过课题组成员近四年的努力，课题组完成了课题任务书既定的各项指标，发表科技论文29篇(其中向国外发表5篇)；申请国内发明专利24项，国际发明专利6项，其中已有2项国内发明专利和1项国外发明专利已获得授权；形成有关二次离子质谱(SIMS)及飞行时间(TOF)串联质谱的新技术、新产品、新装置和计算机软件等19项；有5项成果已在相关领域成功应用；培养、凝聚和造就了一支过硬的理论和技术人才队伍；建立了5个高端质谱仪器及关键部件试验平台和研发基地，为飞行时间质谱、串联质谱、高分辨ICP、辉光放电、高分辨气体同位素等高端质谱仪器自主研制的跨越式发展奠定了基础。” 　　“此次研制出来的各仪器部件有的是针对地学领域，但大部分是没有针对性的，比如离子源、样品台、离子阱、飞行管道、电学系统、高压模块等部件，这些与通常的飞行时间质谱与离子阱质谱的核心部件是一样的。所以，这些部件将来会有很广泛的适用领域。” 　　“SIMS的应用范围其实非常广泛，不仅可以用在地学领域，还可以应用于生命科学、材料、微电子、纳米等多个领域。未来北京离子探针中心仍将继续在SIMS方面努力探索。在‘十二五’，我们首先要提升本次研制出的各部件的各项指标，缩小其体积；然后，打算继续联合大连化物所等国内科研机构或国外相关机构专家，研制专门针对地学领域的TOF-SIMS。”北京离子探针中心的SHRIMPⅡ (图注：SHRIMPⅡ是磁质谱，其售价目前在3000万人民币左右，该仪器体积庞大，一台仪器占地面积就达几十平米。) 　　“TOF用在高精度同位素地质测量上是史无前例的，如果我们真的能够研制成功的话，那将是世界上第一台专门用于地学领域的TOF-SIMS。虽然我们不能保证研制出来的TOF-SIMS能比现在的SHRIMPⅡ在精度上有很大的提升，但只要该仪器能达到磁质谱的水平，这就是很大的创新与突破。先达到，再提高，这是一条新路子。但毫无疑问的是，TOF-SIMS的造价相比于SHRIMPⅡ将下降一半，体积也会缩小许多。” 实事求是地看待中国仪器研制的种种困境 　　刘敦一研究员长期关注中国仪器研制现状，在其担任政协委员时他曾写过一个名为《开展我国仪器研发制造的第二次创业》的提案，他在提案中说到：科学仪器自主研制能力是关系到国家安全与民族发展的“大事”。而刘敦一研究员在长期工作中也形成了关于中国仪器研制困境的独到观点。如果用一个词来形容他这些观点的话，那就是他在采访中提到的“实事求是”。 　　中国仪器研制有两“缺” 　　“中国在仪器研制方面是一穷二白、白手起家，基础非常薄弱。目前国内基本没有研制出大型仪器，只在一些小型仪器上有所突破，且在高端仪器研制方面没有太多投入。早期中国在仪器研制方面与国外的差距主要体现在电子学方面，现在这种差距已不明显。但中国仪器研制现在缺两样东西，一是缺乏仪器整机设计思想，二是缺乏仪器部件精密加工能力。这两方面是我们现在最需要提升的。” 　　“仪器研制是长期任务，如果不长期发展，是无法研制出好的精密仪器的。仪器研制不是找几个科学家、专家立几个项就能达成的，而应培育、设立仪器研发基地与仪器精密部件加工基地。对于国内一些在技术、人才、实验装置都配备较完善的单位，国家可以考虑将其建成为仪器研制基地，同时可以考虑培养、建立几家专门为高精尖仪器加工零部件的工厂。” 　　研制仪器核心部件比研制整机更艰难 　　“研制仪器整机，首先是要完成整机设计方案，然后着手各部件的研制与连接。因为仪器整机研制着眼是整体，很多核心部件可向国外供应商购买。所以在国内，仪器整机研制的过程有可能就沦为了仪器部件拼凑的过程。” 　　“中国如果没有研制仪器核心部件的能力，我们的仪器工业还是要依赖于外界，以后的发展还是会受到限制。所以，中国必须自己研制仪器部件，这样我们的仪器工业才能独立，大量进口仪器的价格才有可能下降。希望相关部门能重视与鼓励仪器部件的研制。” 　　“仪器核心部件的研制没有捷径，需要研究者从头做起，以中国的薄弱基础与粗糙的仪器部件加工能力，研制仪器核心部件的难度非常大。此外，研究者在部件研制出来以后，为了验证该部件的性能，还可能需要搭建整机，这又是一个非常艰难的过程。所以‘研制仪器核心部件比研制整机更艰难’。” 　　仪器研制项目过于强调“大联合” 　　“目前，国内很多仪器研制项目的申请与实施是多家国内知名院校、科研院所的‘大联合’。毫无疑问，这样的‘大联合’在项目申请时会比较具有优势。但对于项目实施而言，这并不见得是好事。联合的单位越多，在项目实施过程中的管理就越困难。管理不到位，最终可能导致课题目标无法完成。所以，在技术力量足够的情况下，联合的单位越少越好，这样效率可能更高，不要总是过于强调‘大联合’。” 　　对仪器研制项目成果的期望值过高 　　“在对待仪器研制项目成果的态度上，我们的期望值不能过高。但现在一些人总是期望每个仪器研制项目都能做出原始创新成果，这几乎是不可能的。其实，以中国现有的仪器研制基础，一些高、精、尖的仪器能够仿制出来就是很大的突破。所以，我们不能要求每一项仪器研制成果都是自主创新，不能因为一些成果没有太多自主创新的成果就‘看不起’，否则会打击许多仪器研制人员的热情，不利于中国仪器研制的发展。在这点上，政府的眼光应放长远些，应有耐心。” 促进中国仪器研制，相关制度变革更关键 　　当笔者问到“如何促进中国仪器研制事业发展”的时候，刘敦一研究员有些感慨：“中国把仪器研制耽误了这么多年，现在相比于国外落后这么多，想一下子跟上来几乎是不可能的。现在要大力发展中国仪器研制事业，资金、技术、人才等多方面的支持是很重要的。但我认为，变革现有相关制度是更为关键的因素。” 　　“其实，目前国家越来越重视仪器研制了，相关的财政投入也在加大。据可靠消息称：在‘十二五’规划中，除了国家自然科学基金委‘科学仪器基础研究专项’10亿元的支持外，新设立的‘重大科学仪器装置研究专项’每年投入更多资金；此外，科技部设立的‘国家重大科学仪器设备开发专项’对仪器项目的支持力度将上不封顶。但这些钱‘可能还不容易发出去’，因为自然科学基金是支持基础研究，目前这方面的仪器研制项目并不多，基金委可能较难找到合适项目来资助。所以我个人认为，目前的财政支持力度是够的。但在制度方面，情况却不这么乐观。” 　　仪器科研项目财政管理制度亟待改进 　　“目前，仪器研制项目的管理制度缺乏灵活性，太‘死’，一是项目预算‘死’，要求在项目进行前就将项目预算计划得非常精确；二是项目周期时间太‘死’，规定一个非常确切时间段，比如三年或五年。此外，一些项目计划一旦更改，比如要申请追加项目经费，上报审核过程非常繁琐、漫长，太费时间。仪器研制项目是具有创新性的工作，受很多未知因素影响，我们无法将预算做得很精确，无法将项目周期控制得毫厘不差。项目负责人需要一定的自由度。” 　　与仪器研制成果产业化相关的知识产权、审计制度要跟上 　　“仪器研制项目的成果应考虑产业化，这样才能让国家与民众受惠，才能让仪器行业发展得更好。但仪器研制成果产业化涉及利益分配，如何分配是个大问题。由此牵扯进来的知识产权、财务审计等问题目前没有明确的制度规定，仪器研制者如考虑将成果产业化可能会遇到很多障碍。” 　　“首先，知识产权问题。目前科研人员研制出来的仪器属于职务成果，这个成果的知识产权属于研究者所在单位，而科研人员个人能否受益和受益的比例完全取决于所在单位的土政策，国家没有统一的规定。这是不合理的，会打击科研人员的积极性。其次，财务审计问题。目前，仪器产业化必然要与企业发生关联，或者是科研人员与所在单位设立公司，或者将成果出售给其他公司。因为是职务成果，所以相关的财务审计程序繁多又琐碎，让许多科研人员非常头痛，难以专心搞科研。要促进科研成果的产业化，相关制度应该跟上。” 　　需打破人才制度禁锢，保护仪器研制人员利益　　“目前，许多仪器研制项目主要集中在高校与科研院所，国家现有人才制度对进入这些单位的人员的学历要求很高，这有很多弊端。高学历并不意味着高技术水平，且仪器研制需要的人才种类很多，并不是每一个岗位都需要博士那样的高学历。而那些学历较低但在仪器研制方面很有天赋的技术人才却得不到发掘与重用。” 　　“我国专门研制仪器的人员少，大部分研究者都是将仪器研制作为‘副业’。如果仪器研制者在科研单位中不是专门从事仪器研制工作，那么他是非常吃亏的。他的利益很难得到保障，其地位、待遇较低，发文章较难，职称很难评上。在这样的情况下，科研单位留住这些仪器研制人才比较困难。我国仪器研制人才本来就匮乏，用人单位还招不到人、留不住人，这样情况就更糟糕了。相关人才制度方面该做点调整了。” 　　适当时候，一些强制性制度支持国产仪器产业是必要的 　　“目前，在购买仪器的时候，许多资金充裕的单位多是考虑国外进口仪器，对国产仪器则不作考虑，这种情况非常不利于国产仪器的发展。如果将来国产仪器发展到一定水平，国家可以采取一些强制制度，即只要国产仪器能够达到使用要求，仪器购买单位必须购买国产仪器。这样的强制性制度虽然可能存在不合理的地方，但是其对中国仪器研制以及国产仪器产业发展的推动作用一定是巨大的。” 　　针对以上方面，刘敦一研究员曾向相关部门提过许多建议，比如延长仪器研制项目周期，灵活调整项目经费，让科研人员能够享有一定比例的知识产权，允许用人单位采用岗位责任制与合同制等等。让人欣慰的是，有关部门在参考多方建议之后已经在许多方面有所调整了。 　　在采访的最后，刘敦一研究员还说到：“质谱类仪器研制需要机械、电子、物理、电气等多个学科的知识与成果，其对技术的要求是综合的、是最高水平的。这类仪器的研制可以带动其他种类仪器的发展，所以我一直建议重点发展质谱。介入这类比较高端仪器的发展，我们要鼓励自主创新，也要鼓励拷贝复制。我国各行各业对有机质谱的需求很大，如果我们真的能够研制出来，能保证仪器性能稳定，那么中国可以少买很多进口仪器，节省很多资金。” 　　采访编辑：杨丹丹 　　附录1：刘敦一研究员简介 　　刘敦一，1937年4月生，男，黑龙江人。1962年毕业于云南大学物理系。1962年至今，在中国地质科学院地质研究所从事同位素地质及其质谱技术方法研究。期间多次出国与国外同行进行合作研究或短期学术访问；曾长期担任同位素地质研究室和同位素地质开放实验室主任；1991年晋升为研究员；2001年至今，任国家大型仪器中心“北京离子探针中心”主任；曾任国际地质科学联合会副主席(1992—2000年)、国际地质科学联合会提名委员会委员、中国地质学会副理事长、中国质谱学会理事长，现任国际地质科学计划(IGCP)中国国家委员会主任和中国国际前寒武研究中心主任。第八届、九届、十届全国政协委员。 　　他在早前寒武纪地质年代学、超高压变质岩定年、蛇绿岩定年研究方面有突出成果，首次发现并厘定了38亿年和38.5亿年我国最老岩石和锆石；在同位素质谱技术方法和净化实验室建立上引领了我国同位素地质实验室的发展；引进了世界上先进的SHRIMPⅡ质谱仪，并快速建立锆石U-Th-Pb微区定年技术；2010年，其采用锆石SHRIMP定年法测定了来自美国的月岩和月球陨石样品年龄，重新确定了月球雨海纪的年龄，获国际认可。 　　他领导的北京离子探针中心，以最高的仪器利用率和开放程度，为国内外地学界提供了一个高水平的年代学实验与研究平台，以及大型科学装备远程共享示范研究—离子探针系统实现世界首创远程控制技术，得到国内外地学界的一致赞誉，并成为一个国际性开放实验室。 　　他曾发表论文151篇，其中国际SCI论文29篇；获得国土资源科技奖一等奖1项，排名第一；部级科技成果二等奖3项，排名为第二、三、七；部级科技成果三等奖3项，排名为第一、一、二。 　　2008年，美国科学杂志(American Journal of Science)出版专刊庆贺刘敦一的70岁生日(AJS，2008年3月号，Vol.308 No.3)，该刊序言称其为“中国地学界杰出的领军人物”，褒扬其领导的北京离子探针中心为“世界上运行最成功的实验室之一”。 　　附录2：北京离子探针中心 　　http://www.bjshrimp.cn/ 　　http://www.instrument.com.cn/news/20101201/052094.shtml

镧系解离增强荧光免疫分析技术(DELFIA)作为目前最灵敏的荧光生物检测方法，在科学研究和医疗领域已获得广泛的商业应用。商用的DELFIA试剂盒采用传统的分子探针如稀土螯合物作为标记物，存在着稀土离子标记比率低(最高10~30个稀土离子)、光化学稳定性差和价格昂贵等缺点。与稀土螯合物相比，稀土纳米发光材料具有化学稳定性高、可修饰性好、潜在生物毒性低等优点，是目前普遍看好的新一代荧光生物标记材料。然而，由于稀土离子4fN电子组态间的禁戒跃迁特性，直接利用稀土离子自身的敏化发光无法达到高灵敏检测的需求。因此，科学家设想能否结合DELFIA技术，将稀土纳米晶作为纳米探针替代分子探针稀土螯合物，利用纳米晶高度浓缩的稀土离子(每个纳米晶含成千上万个稀土离子)来提高其标记比率，并借助DELFIA增强液将纳米晶溶解生成大量强发光的稀土胶束，从而达到提高发光与检测灵敏度的目的。 　　在国家自然科学基金杰出青年科学基金、科技部&ldquo 973&rdquo 计划和重大科学仪器开发项目、中科院战略性先导科技专项和创新国际团队项目等支持下，中国科学院福建物质结构研究所中科院光电材料化学与物理重点实验室陈学元研究小组和结构化学国家重点实验室黄明东研究小组合作，发展了一种基于稀土纳米晶溶解增强的荧光免疫分析技术(DELBA)。该技术沿用了商用DELFIA的操作流程，简单地以稀土纳米探针替代分子探针稀土螯合物，利用稀土纳米晶高度浓缩的稀土离子提高其标记比率，极大地增强了体系的发光与检测灵敏度。项目组通过高分辨荧光光谱、元素分析等手段，以~9 nm NaEuF4为纳米荧光探针和&beta -萘甲酰三氟丙酮(&beta -NTA)为增强剂，揭示了稀土纳米晶溶解增强的发光机理，并实现了对人体广谱肿瘤标志物癌胚抗原(CEA)的高灵敏DELBA检测，检测极限达0.1 pg/mL，比商用DELFIA试剂盒降低了近3个数量级，为迄今CEA检测最优值。进一步地，该团队利用发展的DELBA技术测试了肿瘤医院20例血清CEA值，结果与商用DELFIA试剂盒基本一致，并通过测定变异系数、回收率等验证了该方法的准确度和可靠性。上述工作以通讯形式于8月11日在线发表在《德国应用化学》杂志上(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, DOI: 10.1002/anie.201405937)，并申请了中国和PCT国际发明专利。 　　此前，该团队在基于稀土纳米荧光探针的肿瘤标志物检测方面已取得系列研究进展。例如，利用LiLuF4:Yb3+,Er3+上转换纳米荧光探针实现了对疾病标志物人绒毛膜促性腺激素&beta 亚单位(&beta -hCG)的上转换荧光(UCL)检测(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 1252 Frontispiece) 利用超小CaF2: Ce3+/Tb3+纳米荧光探针实现对人体肿瘤标志物可溶性尿激酶受体(suPAR)的时间分辨荧光共振能量传递(TR-FRET)检测(Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 6671)。　　 基于稀土纳米探针的溶解增强荧光免疫分析原理示意图：a-传统DELFIA b-新技术DELBA

2010年岛津公司电子探针(EPMA)用户会暨新品发布会 　　征稿函 　　尊贵的岛津电子探针用户： 　　岛津国际贸易(上海)有限公司拟于2010年5月在上海市举办《岛津公司电子探针用户会暨新品发布会》，请您就电子探针的分析原理、分析技术、分析方法和应用实例等撰写文章，我们将安排在《电子显微学报(Journal of Chinese Electron Microscopy Society)》上予以发表。 　　我们真诚地向您发出稿约，并热切地期待您的来稿。 　　截稿日期：2010年2月13日。 　　稿件格式：参见《电子显微学报》样稿 　　岛津国际贸易(上海)有限公司 　　2010年1月19日 　　联系方式： 　　王岩小姐 　　岛津国际贸易(上海)有限公司北京分公司 　　北京市朝阳区朝外大街16号人寿大厦14层 　　邮编：100020 　　手机：13910993092 　　电话：(010)85252365 　　传真：(010)85252327 　　电子邮件：bswyan@shimadzu.com.cn 　　或 　　龚沿东先生 　　岛津国际贸易(上海)有限公司沈阳分公司 　　辽宁省沈阳市和平区南京北街161号嘉润东方香榭里大厦C座14层 　　邮编：110001 　　手机：13304004979 　　电话：(024)23403801 　　传真：(024)23836378 　　电子邮件：shegyd@shimadzu.com.cn

扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope，SPM）的发展历史是一段引人注目的科学进步历程，奠定了纳米科学和纳米技术的基础。自20世纪80年代以来，SPM的出现和保存，不仅使科学家能够以原子和分子的精度观察和操控材料，还推动了许多相关领域的研究。以下是SPM发展关键里程碑：1980年代初 - 扫描隧道显微镜（STM）的发明1981年：德国物理学家格尔德宾宁（Gerd Binnig）和海因里希罗雷尔（Heinrich Rohrer）在 IBM 苏黎世研究实验室发明了扫描隧道显微镜（STM）。STM 的发明标志着扫描探针显微镜技术的开端。[1]宾宁罗雷尔世界上第一台扫描隧道显微镜[2]1986年：宾宁和罗雷尔因发明 STM 获得诺贝尔物理学奖。他们的工作证明了 STM 可以以原子级分辨率成像，从而开启了对物质结构的新认识。1989年：IBM科学家展示了一项能够操纵单个原子的技术。他们使用扫描隧道显微镜，将35个单个氙原子排列在镍冷晶体基板上，拼出了公司首字母缩写的三个字母。这是原子首次被精确地定位在平面上。[3]用 35 个氙原子拼写出“IBM”1980年代中期 - 原子力显微镜（AFM）的发展1986年：格尔德宾宁、卡尔文夸特纳（Calvin Quate）和克里斯托弗格贝尔（Christoph Gerber）发明了原子力显微镜（AFM）。AFM 可以在非导电材料上工作，扩展了 SPM 技术的应用范围。[4] AFM 利用探针与样品表面之间的范德华力进行成像，可以在真空、空气和液体环境中操作，因此在材料科学和生物学研究中具有广泛的应用。第一台原子力显微镜原子力显微镜原理图1990年代 - 扫描探针显微镜的扩展与多样化1. 磁力显微镜（MFM）：磁力显微镜（MFM）在20世纪80年代末至90年代初被发明，通过使用带有磁性涂层的探针，测量探针与样品表面磁力相互作用，实现了纳米尺度高分辨率磁畴成像。这一创新使研究人员能够深入了解材料的磁性特性。低温强磁场磁力显微镜在微结构缺陷中的研究2. 静电力显微镜（EFM）：静电力显微镜（EFM）由斯蒂芬库尔普斯（Stephen Kalb）和霍斯特福尔默（Horst F. Hamann）在20世纪80年代末至90年代初发明，通过带电探针测量静电力变化，实现纳米尺度高分辨率电学成像。EFM被广泛应用于研究半导体材料、电荷存储器件和纳米电子学等领域。3. 近场扫描光学显微镜（NSOM 或 SNOM）：近场光学显微镜（NSOM）由埃里克贝茨格（Eric Betzig）和约翰特劳特曼（John Trautman）在20世纪80年代末至90年代初发明。NSOM使用带有亚波长孔径的光纤探针，通过限制光在极小区域内并扫描样品表面，获取高分辨率的光学图像，广泛应用于材料科学、生物学、化学和半导体研究等领域。NSOM的一般原理2000年代至今 - SPM 技术的进一步发展和应用1. 高分辨率和高灵敏度：随着探针技术、控制系统和数据处理技术的发展，SPM 的分辨率和灵敏度不断提高。2. 多功能化探针：开发出具有特定化学、机械、磁性或力学性质的探针，使得 SPM 可以进行更为多样化的表征和操作。3. 多模式成像：结合多种成像模式，可以同时获得样品的多种性质信息。结合多种模式的扫描探针显微镜4.晶圆级成像：随着集成电路规模的急剧增加，需要对大型样品成像。加工在晶圆上的芯片5. 在生物学中的应用：SPM 在生物分子和细胞研究中的应用越来越广泛，可以直接观测生物大分子的结构和动力学过程。未来展望扫描探针显微镜的技术仍在不断发展，新的技术和应用不断涌现。由致真精密仪器研发的多功能原子力显微镜和晶圆级原子力显微镜支持大尺寸样品的表征，并集成集成磁力、压电力、扫描开尔文以及液相等多物性分析功能，具有极低的噪声水平，并具备基于深度学习的智能化数据处理分析。致真精密仪器未来将继续致力于更高分辨率、更快的成像速度和更强的多功能化的SPM设备研究，以满足科学研究和工业应用的需求。致真公司自主研发的多功能原子力显微镜AtomEdge集成AI的智能分析算法 高度及粗糙度、宽度、粒子智能分析参考文献：[1] Binnig, G., & Rohrer, H. (1982). Scanning tunneling microscopy. Surface Science, 126(1-3), 236-244.[2] https://commons.wikimedia.org/wiki/File:First_STM.jpg[3] https://en.wikipedia.org/wiki/IBM_%28atoms%29[4] Binnig, G., Quate, C. F., & Gerber, C. (1986). Atomic force microscope. Physical Review Letters, 56(9), 930-933.本文由致真精密仪器原创，转载请标明出处. 致真精密仪器一直以来致力于实现高端科技仪器和集成电路测试设备的自主可控和国产替代。 致真精密仪器通过工程化和产业化攻关，已经研发了一系列磁学与自旋电子学领域的前沿科研设备，包括“产品包含原子力显微镜、高精度VSM、MOKE等磁学测量设备、各类磁场探针台、磁性芯片测试机等产线级设备、物理气相沉积设备、芯片制造与应用教学训练成套系统等”等，如有需要，我们的产品专家可以提供免费的项目申报辅助、产品调研与报价、采购论证工作。另外，我们可以为各位老师提供免费测试服务，有“磁畴测试”、“SOT磁畴翻转”、“斯格明子观测”、“转角/变场二次谐波”、“ST-FMR测量”、“磁控溅射镀膜”等相关需求的老师，可以随时与我们联系。

01MFM（Magnetic Force Microscopy，磁力显微镜）磁力显微镜（Magnetic Force Microscopy，MFM）是一种专门用于成像样品表面的磁性分布的扫描探针显微镜，通过探针和样品之间的磁力相互作用来获得信息。MFM应用MFM主要用于研究材料的磁性特征，广泛应用于物理学、材料科学、电子学等领域。常见的应用包括：磁记录介质：研究硬盘、磁带等磁记录设备的磁性结构和缺陷；磁性材料：分析磁性薄膜、纳米颗粒、磁性多层膜等材料的磁畴结构；生物磁性：研究生物组织中天然存在的磁性物质，如磁性细菌。应用实例在自旋存储研究中，以斯格明子的研究为例，传统的磁存储单元受限于材料性质，显著影响自旋存储的高密度需求。斯格明子是一种具有拓扑性质的准粒子，其最小尺寸仅为3nm，远小于磁性隧道结，是理想的信息载体，有望突破信息存储密度的瓶颈。下图为通过MFM表征获取的斯格明子图像。[1]标准斯格明子M-H曲线 斯格明子图像在磁盘研究中，通过MFM可以获取磁盘表面的高分辨率磁性图像，详细了解其磁畴结构和分布情况。MFM具有高空间分辨率和灵敏度，为磁盘材料的研究和优化提供了重要的数据支持。下图展示了通过MFM测试获取的磁盘表面磁畴结构图像。电脑软盘磁畴图像02PFM（Piezoresponse Force Microscopy，压电力显微镜）压电力显微镜（Piezoresponse Force Microscopy，PFM）是一种用于研究材料压电性质的扫描探针显微镜，利用探针与样品表面之间的逆压电效应来成像和测量材料的压电响应。材料由于逆压电效应产生形变示意图 [2]PFM应用PFM广泛应用于材料科学和电子学领域，尤其是在研究和开发新型压电材料和器件方面。具体应用包括：铁电材料：研究铁电材料的畴结构、开关行为和退极化现象。压电器件：分析压电传感器、致动器和存储器件的性能。生物材料：研究生物组织中的压电效应，例如骨骼和牙齿。应用实例具有显著的压电效应，即在外加机械应力作用下产生电荷。这使其在超声波发生器、压电传感器和致动器中具有重要应用。在研究PbTiO3样品时，通过PFM，可以获取PbTiO3表面的高分辨率压电响应图像，详细了解其畴结构和分布情况，为PbTiO3材料的研究和优化提供了重要的数据支持。下图展示了通过PFM测试获取的PbTiO3样品表面压电力图像。PbTiO3垂直幅度图PbTiO3垂直相位图03EFM（Electrical Force Microscopy，静电力显微镜）静电力显微镜是一种用于测量成像样品表面的电静力特性的扫描探针显微镜。EFM通过探针与样品表面之间的静电力相互作用，获取表面电荷分布和电势信息。静电力显微镜（抬起模式）[3]EFM应用EFM广泛应用于材料科学、电子学和纳米技术等领域，常见的应用包括：电荷分布：测量和成像材料表面的电荷分布。表面电势：研究材料表面的电势分布和电特性。半导体器件：分析半导体器件中的电特性和缺陷。纳米电子学：研究纳米级电子器件的电性能。应用实例Au-Ti条带状电极片静电力04KPFM（Kelvin Probe Force Microscopy，开尔文探针力显微镜）KPFM是一种通过探针与样品之间的接触电势差来获取样品功函数和表电势分布的扫描探针显微镜。KPFM广泛应用于金属、半导体、生物等材料表面电势变化和纳米结构电子性能的研究。KPFM 获取 Bi-Fe薄膜样品表面电势 [4]KPFM应用KPFM在材料科学、电子学和纳米技术等领域具有广泛的应用，常见的应用包括：表面电势分布：测量和成像材料表面的局部电势分布。功函数测量：研究材料的功函数变化，特别是对于不同材料的界面和缺陷。半导体器件：分析半导体器件中的电势分布和电学特性。有机电子学：研究有机半导体和有机电子器件的表面电势。应用实例Au-Ti条带状电极片表面电势05SCM（Scanning Capacitance Microscopy，扫描电容显微镜）扫描电容显微镜（Canning Capacitance Microscopy，SCM）是一种用于测量和成像样品表面的电容变化的扫描探针显微镜。SCM能够通过探针与样品表面之间的电容变化，提供高分辨率的局部电学特性图像。这种显微镜适用于研究半导体材料和器件的电学特性，如掺杂浓度分布、电荷分布和界面特性等。SCM在半导体工艺和材料研究、故障分析以及器件优化中发挥着重要作用。通过SCM，研究人员能够获得纳米尺度的电学特性信息，从而推动半导体技术的发展和创新。SCM原理示意图 [5]SCM应用SCM主要应用于半导体材料和器件的研究，广泛应用于电子学和材料科学领域。具体应用包括：掺杂分布：测量和成像半导体材料中的掺杂浓度分布。电荷分布：研究半导体器件中的电荷分布和电场。材料特性：分析不同材料的电容特性和介电常数。06致真精密仪器自主研发的原子力显微镜科研级原子力显微镜AtomEdge产品介绍利用微悬臂探针结构对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征，纵向噪音水平低至0.03 nm(开环），可实现样品表面单个原子层结构形貌图像绘制。可以测量表面的弹性、塑性、硬度、黏着力、磁性、电极化等性质，还可以在真空，大气或溶液下工作，在材料研究中获得了广泛的使用。设备亮点● 多种工作模式● 适配环境：空气、液相● 多功能配置● 稳定性强● 可拓展性良好典型案例晶圆级原子力显微镜Wafer Mapper-M产品介绍利用微悬臂探针结构可对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征。样品台兼容12寸晶圆，电动样品定位台与光学图像相结合，可在300X300mm区域实现1μm的定位精度，激光对准，探针逼近和扫描参数调整完全自动化操作。可用于产线，对晶圆粗糙度进行精密测试。设备亮点● 多种工作模式● 适配环境：空气、液相● 可旋转式扫描头● 多功能配置● 稳定性强、可拓展性良好典型案例参考文献：[1]Li S, Du A, Wang Y, et al. Experimental demonstration of skyrmionic magnetic tunnel junction at room temperature[J]. Science Bulletin, 2022, 67(7): 691-699.[2]Kalinin SV, Gruverman A, eds. Scanning Probe Microscopy: Electrical and Electromechanical Phenomena at the Nanoscale. Springer 2007.[3] https://www.afmworkshop.com/products/modes/electric-force-microscopy[4] https://www.ornl.gov/content/electrostatic-and-kelvin-probe-force-microscopy[5] Abdollahi A, Domingo N, Arias I, et al. Converse flexoelectricity yields large piezoresponse force microscopy signals in non-piezoelectric materials[J]. Nature communications, 2019, 10(1): 1266.本文由致真精密仪器原创，转载请标明出处致真精密仪器拥有强大的自主研发和创新能力，产品稳定精良，多次助力中国科研工作者取得高水平科研成果。我们希望与更多优秀科研工作者合作，持续提供更加专业的技术服务和完善的行业解决方案！欢迎联系我们！致真精密仪器一直以来致力于实现高端科技仪器和集成电路测试设备的自主可控和国产替代。通过工程化和产业化攻关，已经研发了一系列磁学与自旋电子学领域的前沿科研设备，包括“原子力显微镜、高精度VSM、MOKE等磁学测量设备、各类磁场探针台、磁性芯片测试机等产线级设备、物理气相沉积设备、芯片制造与应用教学训练成套系统等”等，如有需要，我们的产品专家可以提供免费的项目申报辅助、产品调研与报价、采购论证工作。另外，我们可以为各位老师提供免费测试服务，有“磁畴测试”、“SOT磁畴翻转”、“斯格明子观测”、“转角/变场二次谐波”、“ST-FMR测量”、“磁控溅射镀膜”等相关需求的老师，可以随时与我们联系。

本文转载自中科院微观磁共振重点实验室官网，有部分删减。 近日，中国科学技术大学中科院微观磁共振重点实验室杜江峰、石发展等人与南京大学聂越峰、杨玉荣小组在反铁磁薄膜扫描磁成像的实验研究中取得进展，利用金刚石氮-空位色心（简称NV色心）扫描显微镜对反铁磁BiFeO3的自支撑薄膜进行原位应力调控下的扫描成像。该研究成果以“Observation of uniaxial strain tuned spin cycloid in a freestanding BiFeO3 film”为题发表在Advanced Functional Materials上[Adv. Funct. Mater. 2023, 2213725]。BiFeO3(BFO) 是一种由于Dzyalonshinskii-Moriya相互作用具备摆线序的反铁磁材料。BFO内摆线序与应力的相互作用机制是该领域的一个研究重点。当前的相关研究均利用外延方法调控BFO材料中的应力，这种方法难以原位和连续地对应力进行调控。这使得磁-应力相互作用中的一些重要问题，如任意取向应力下磁序的变化、磁序相变附近的演化过程等在实验上难以开展研究。本工作中，研究者用分子束外延和可溶牺牲层的工艺制备了一种自支撑的BFO薄膜，并用扫描NV显微镜对应力调控下的薄膜进行了扫描磁成像。成像结果表明，在应变达到1.5%时摆线序扭转约12.6°。第一性原理计算表明，实验观测倒的磁序扭转在相应应力下能量最低。 图1. (a)、(b) 自由状态和1.5%应变状态下BFO的实空间扫描磁成像结果。(c)、(d) 扫描成像数据的傅里叶变换结果。(e) 自由状态和1.5%应变状态下傅里叶变换结果角分布统计结果显示12.6°的扭转。这一工作首次对BFO自支撑薄膜的磁序进行研究，原位调控和高空间分辨率的扫描成像技术提供了一种新的对磁-应力相互作用进行研究的思路。这一成果对反铁磁薄膜的理论研究以及新型磁存储器件的应用均有重要价值。图2.第一性原理计算得出的能量-摆线序周期关系曲线。摆线序方向平行于晶向的计算结果用蓝色曲线表示，与晶向夹角为7°、14°、18°、27°的能量曲线分别用不同颜色表示，见图例。计算结果表明，摆线序偏离14~18°的摆线序较为稳定。中科院微观磁共振重点实验室博士后丁哲、博士生孙豫蒙以及合作组博士生郑宁冲、马兴越为此工作共同第一作者，杜江峰院士、聂越峰教授和杨玉荣教授为此工作的共同通讯作者。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院和安徽省等资助。论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202213725CIQTEK量子钻石原子力显微镜在论文致谢中，作者提到：NV扫描探针由国仪量子提供（The NV scanning probe was provided by CIQTEK ）。国仪量子目前已推出了商用的量子钻石原子力显微镜（扫描NV显微镜），这是一台基于NV色心自旋磁共振和AFM扫描探针技术的量子精密测量仪器，可实现样品磁学性质的定量无损成像，具有纳米级的高空间分辨以及单个自旋的超高探测灵敏度，是研究材料磁学性质的新利器，在磁畴成像、二维材料、拓扑磁结构、超导磁学、细胞成像等领域有着广泛应用。点此登记关注量子精密测量仪器

什么是扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope--SPM)? SPM是一个大的种类，目前，SPM家族中已经产生了二三十种显微镜，如扫描隧道显微镜STM）、原子 （力显微镜（AFM）、磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜（EFM）、近场光学显微镜（SNOM）等等。 SPM的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性，通过原子线度的极细探针在被研 究物质的表 面上方扫描时检测探针&mdash 样品两者之间的相互作用,以得到被研究物质的表面特性，不同类型的SPM之间 的主要区别在于它们的针尖特性及其相应的针尖----样品相互作用方式的不同。 　 扫描隧道显微镜模块： 　 STM（Scanning Tunneling Microscope的简称）的工作原理来源于量子力学中的隧道效应原理。 当金属探针在与导电样品非常接近时（小于1nm），控制探针在样品表面进行逐行扫描，检测探针与样 品间隧道电流的变化来获取样品表面形貌、I-Z、I-V曲线等其它特性。 由于要在探针和样品间产生并传输隧道电流，所以只能检测导电 样品。 　 什么是原子力显微镜（Atomic Force Microscope -- AFM）? AFM是SPM最重要的发展。它控制一个微悬臂探针在样品表面进行逐行扫描，当探针在与样品非 常接近时（小于1nm），由于两者间原子的相互作用力，使对微弱力极敏感的微悬臂发生偏转，再 通过光杠杆作用将微小偏转放大，用四象限光电探测器检测，以获取样品表面形貌和其它物理、化 学特性。AFM按照其成像模式和检测信号的不同，有多种不同的工作模式，适用于不同性质的材料. 样品。 由于AFM对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛，弥补了STM只能观察导电样品的不足。 　 原子力显微镜基础模块： 　 该模块包含原子力显微镜接触模式和横向力模式。 模式 接触模式：微悬臂探针紧压样品表面，扫描过程中与样品保持接触。该 时探 模式分辨率较高，但成像针对样品作用力较大，容易对样品表面形 测表 成划痕，或将样品碎片吸附在针尖上，适合 检测强度较高、结构 稳定的样品。 横向力模式：是接触模式的扩展技术，针尖压在样品表面扫描时，与起 伏力方向垂直的横向力使微悬臂探针左右扭曲，通过检测这种扭 曲，获得样品纳米尺度局域上探针的横向作用力分布图。 原子力显微镜专业模块： 　 该模块包含原子力显微镜轻敲模式和相移模式。 轻敲模式：在扫描过程中微悬臂被压电驱动器激发到共振振荡状态，样 品表面的起伏使微悬臂探 针的振幅产生相应变化，从而得到样品 的表面形貌。 由于该模式下，针尖随着悬臂的振荡，极其短暂地对样品进行&ldquo 敲 击&rdquo ，因此横向力引起的对样品的破坏几乎完全消失，适合检测粉体颗 粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率接触模式低。 相移模式：是轻敲模式的扩展技术，通过检测微悬臂实际 振动与其驱动信 号源的相位差的变化来成像。引起相移的因素很多，如样品的组分、 硬度、粘弹性、环境阻尼等。因此利用相移模式，可以在纳米尺度上 获得样品表面局域性质的丰富信息。 液相模式：（选配）配有液体池，工作时探针和样品都在液体环境中， 适用于生物样品 摩擦力显微镜模块： 　 原子力显微镜基础模块中的横向力模式可以获得样品与探针的横向作用力分布图。由于影响 横向力的因素很多，主要包括样品移动方向与针尖悬臂角度、样品晶格排列角度、摩擦力、台阶扭动、 粘弹性等，因此，如果能够基本确定其它因素，利用横向力模式可以对样品纳米级摩擦系数进行间接测 量，进行表面裂缝及粘弹性分析等。 摩擦力显微镜是用于定量评价极轻载荷下（10^-7&mdash 10^-9N）薄膜材料的摩擦学特性，通过对针 悬臂 尖及悬臂的力学特性准确标定，能够获取微观摩擦系数，为纳米摩擦学研究提供依据。利用我们独创的 对分模式扫描，可以准确标定针尖悬臂与扫描方向的90度角，以消除针尖放置角度的不准确和扫描器 误安装位置的差；通过设定正压力的变化范围，可以连续改变正压力， 几分钟内就可完成几小时才能 完成的测量过程，而且系统状态变化很小， 使得测量更准确；由于有4通道同步采集，在所有的力测量过程中，我们 可以同时采集到样品的起伏、针尖所受到的起伏力、横向力，可以准确 分析针尖的状态，为精确分析摩擦力提供了更为详实的数据。 　 磁力/静电力显微镜模块： 　 抬起模式：该工作模式分两个阶段,第一阶段与普通原子力显微镜形貌成像一样，在探针与样品间 距1nm以内成像，然后，将探针抬起并一直保持相同距离，进行第二次扫描，该扫描过程可以对一些 相对微弱但作用程较长的作用力进行检测，如磁力或静电力。 磁力显微镜（Magnetic Force Microscope -- MFM）：控制磁性 探针在磁性样品表面进行逐行扫描,利用抬起模式进行二次成像，获得样 品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 静电力显微镜（Electrostatic Force Microscope -- EFM）： 控制导电探针在样品表面进行逐行扫描，利用抬起模式二次成像，获得 样品纳米尺度局域上静电场分布图。 　 扫描探针声学显微镜模块： 扫描探针声学显微镜（SPAM，Scanning Probe Acoustic Microscope）是将原子力显微镜与电声成 像技术相结合，采用声学成像模式，借用声波记录下物质的内部模样，建立了低频（30kHz）高分 辨率（~10nm）扫描探针声学显微成像技术。其特点是能够获得反映材料亚表面纳米尺度结构的声 学像和性能的原位检测，克服了现有SPM只能获得材料表面结构和性质的不足。迄今为止，反映材 料亚表面纳米尺度结构及有关物性的声学功能模式的SPM在国内外报道甚少。 　 样品定位辅助模块： 　 该模块包含高分辨CCD光学显微系统和高精度电控样品移动平台。 高分辨CCD光学显微系统：在计算机上成像，用于观察探针和样 品，放大80&mdash 600倍。 高精度电控样品移动平台：计算机自动控制，配合 光学显微系统 进行精确样品移动和定位的装置。移动范围5mm*5mm，单步移动步长最小 85nm。 　 纳米加工模块： 　 SPM的纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一，常用的加工方法包括机械刻蚀、电致/场致刻 润笔 蚀、浸润笔(Dip-Pen Nano-lithography,DNP)等。其基本原理是利用SPM针尖在样品表面准确移动， 与样 同时控制针尖-样品间的相互作用，就可完成所需的加工过程。 常用的移动方法包括矢量和点阵。矢量法通过矢量产生插件建立矢量数据文件，然后进行刻蚀。 使用这种方法，线条连续，刻蚀速度快，但矢量编辑较为麻烦。点阵法通过插件自动分析需要刻蚀的图 象，在样品上边扫描边刻蚀。这种方法不用编辑矢量，与原图像几乎不失真，但刻蚀速度慢，线条不连 续。可以根据需要选择不同的方法。 　 SPM通用平台开放式开发系统模块： 　 SPM通用平台开放式开发系统是一套完整的SPM模块化开发平台，简称&ldquo 开发系统&rdquo 。包括软件 板和 开发模硬件开发套件。如果您需要在已有的SPM功能上开发特殊要求的功能模块，就需要购买开发系 统。目前，离线软件开发模板我们都免费赠送，鼓励用户亲自开发，或者提出详细要求和算法，委托我 们为SPM定制1-2个特殊功能的处理插件，这都是免费的服务。 软硬件结合的特殊功能的SPM开发就要使用&ldquo 开发系统&rdquo 了。这套系统具体包括软件开发模板、硬件 扩展接口测试箱(硬件扩展实验板组)、硬件接口插件模板、开发手册。该系统的设计充分考虑了用户级 二次开发的方便性、可行性和可靠性。当然，您也可以购&ldquo 开发系统&rdquo ，然后提出IDEA，由我们来帮您 合作完成。 在您了解了各个功能模块后，您可以选型了，我们为了您搭建了四种机型，它们的外形都基本 一样，那是因为这样便于您今后无障碍模块化升级。 模块/型号 ZL STM-II 型 扫描隧道显微镜 ZLAFM-II型 原子力显微镜 ZLAFM-III型 扫描探针显微镜 ZL3000型扫 描探针显微镜 扫描隧道 显微镜模块 　 　 　 　 原子力显微镜 基础模块 　 　 　 　 原子力 显微镜 专业模块 　 　 　 　 摩擦力 显微镜模块 　 　 可选配　 　 磁力/静电力 显微镜模块 　 　 　 　 样品定位 铺助模块 　 可选配 　 　 纳米 加工 模块 　 可选配 可选配 可选配 SPM通用平台 开发系统 　 　 可选配 可选配 扫描探针 声学模块 　 　 可选配 可选配 各功能模块介绍摘要： 1．扫描隧道显微镜只能检测 导电样品，因其有样品的局限性，所以通常作为教学仪器。 2．原子力显微镜对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛。AFM基础模块包括接触模式和横 向模式；AFM专业模块包括轻巧和相移模式。 3．接触模式AFM适合检测表面强度较高、结构稳定的样品。 4．横向力模式AFM可以获得样品纳米尺度局限上探针的横向作用力分布图。 5．轻敲模式AFM适合检测粉体颗粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率比接 触模式较低。 6．相移模式AFM对不同组分材料的组分变化比较敏感。 7．磁力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 8．静电力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上静电场分布图。 9．样品定位辅助模块用于实现样品在毫米量级范围内以纳米精度搜寻定位。 10．纳米加工模块用于实现矢量刻蚀和图形刻蚀方法的纳米加工。 11．如需开发特殊功能SPM，需要购买SPM通用平台开放式开发系统。 配置/型号 ZL STM-II ZL AFM-I ZL AFM-II ZL AFM-III ZL 3000 主机 可扩展式电子学控制机箱 多模式扫描探针显微镜组合式探头 扫描隧道显微镜 原子力显微镜 接触/横向力 模式 原子力显微镜 轻敲/相移 模式 摩擦力显微镜 磁力/静电力显微镜 针尖粗调/自动趋近机构 扫描器(单一多量程自适应扫描器不更换技术) 针尖架 扫描隧道模式针尖架 原子力基础模式针尖架 原子力专业模式针尖架 磁力模式针尖架 静电力模式针尖架 组合式纳米级减振系统 1个 包含 包含 包含 包含 包含 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 1套 6&mu m 6&mu m 50&mu m 50&mu m 100&mu m 1个 2个 3个 5个 1个 　 　 　 1套 软件 系统 　 在线控制软件 1套 离线图像处理/分析软件 离线软件开发模板 摩擦力分析软件 　 　 　 　 网络实验室远程控制软件　 　 　 培训课件/实验教材/科普教材/说明书光盘 　 附件 标准样品 1套 样品载片 5片 5片 10片 10片 15片 STM探针 Pt-Ir 20 20cm 　 20cm AFM接触/横向力/摩擦力模式探针（进口） 　 10枚 AFM轻敲/相移模式探针（进口） 　 　 　 10枚 MFM磁力探针（进口） 　 　 　 　 5枚 EFM导电探针（进口） 5枚 专用工具（镊子、针尖剪刀、玻璃皿 等） 1套 样品 定位 模块 高分辨CCD光学显微系统 可选配 高精度电控样品移动平台 　 　 纳米加工模块 SPM通用平台开放式开发系统 　 　 　 什么是扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope--SPM)? SPM是一个大的种类，目前，SPM家族中已经产生了二三十种显微镜，如扫描隧道显微镜STM）、原子 （力显微镜（AFM）、磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜（EFM）、近场光学显微镜（SNOM）等等。 SPM的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性，通过原子线度的极细探针在被研 究物质的表 面上方扫描时检测探针&mdash 样品两者之间的相互作用,以得到被研究物质的表面特性，不同类型的SPM之间 的主要区别在于它们的针尖特性及其相应的针尖----样品相互作用方式的不同。 　 扫描隧道显微镜模块： 　 STM（Scanning Tunneling Microscope的简称）的工作原理来源于量子力学中的隧道效应原理。 当金属探针在与导电样品非常接近时（小于1nm），控制探针在样品表面进行逐行扫描，检测探针与样 品间隧道电流的变化来获取样品表面形貌、I-Z、I-V曲线等其它特性。 由于要在探针和样品间产生并传输隧道电流，所以只能检测导电 样品。 　 什么是原子力显微镜（Atomic Force Microscope -- AFM）? AFM是SPM最重要的发展。它控制一个微悬臂探针在样品表面进行逐行扫描，当探针在与样品非 常接近时（小于1nm），由于两者间原子的相互作用力，使对微弱力极敏感的微悬臂发生偏转，再 通过光杠杆作用将微小偏转放大，用四象限光电探测器检测，以获取样品表面形貌和其它物理、化 学特性。AFM按照其成像模式和检测信号的不同，有多种不同的工作模式，适用于不同性质的材料. 样品。 由于AFM对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛，弥补了STM只能观察导电样品的不足。 　 原子力显微镜基础模块： 　 该模块包含原子力显微镜接触模式和横向力模式。 模式 接触模式：微悬臂探针紧压样品表面，扫描过程中与样品保持接触。该 时探 模式分辨率较高，但成像针对样品作用力较大，容易对样品表面形 测表 成划痕，或将样品碎片吸附在针尖上，适合 检测强度较高、结构 稳定的样品。 横向力模式：是接触模式的扩展技术，针尖压在样品表面扫描时，与起 伏力方向垂直的横向力使微悬臂探针左右扭曲，通过检测这种扭 曲，获得样品纳米尺度局域上探针的横向作用力分布图。 原子力显微镜专业模块： 　 该模块包含原子力显微镜轻敲模式和相移模式。 轻敲模式：在扫描过程中微悬臂被压电驱动器激发到共振振荡状态，样 品表面的起伏使微悬臂探 针的振幅产生相应变化，从而得到样品 的表面形貌。 由于该模式下，针尖随着悬臂的振荡，极其短暂地对样品进行&ldquo 敲 击&rdquo ，因此横向力引起的对样品的破坏几乎完全消失，适合检测粉体颗 粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率接触模式低。 相移模式：是轻敲模式的扩展技术，通过检测微悬臂实际 振动与其驱动信 号源的相位差的变化来成像。引起相移的因素很多，如样品的组分、 硬度、粘弹性、环境阻尼等。因此利用相移模式，可以在纳米尺度上 获得样品表面局域性质的丰富信息。 液相模式：（选配）配有液体池，工作时探针和样品都在液体环境中， 适用于生物样品 摩擦力显微镜模块： 　 原子力显微镜基础模块中的横向力模式可以获得样品与探针的横向作用力分布图。由于影响 横向力的因素很多，主要包括样品移动方向与针尖悬臂角度、样品晶格排列角度、摩擦力、台阶扭动、 粘弹性等，因此，如果能够基本确定其它因素，利用横向力模式可以对样品纳米级摩擦系数进行间接测 量，进行表面裂缝及粘弹性分析等。 摩擦力显微镜是用于定量评价极轻载荷下（10^-7&mdash 10^-9N）薄膜材料的摩擦学特性，通过对针 悬臂 尖及悬臂的力学特性准确标定，能够获取微观摩擦系数，为纳米摩擦学研究提供依据。利用我们独创的 对分模式扫描，可以准确标定针尖悬臂与扫描方向的90度角，以消除针尖放置角度的不准确和扫描器 误安装位置的差；通过设定正压力的变化范围，可以连续改变正压力， 几分钟内就可完成几小时才能 完成的测量过程，而且系统状态变化很小， 使得测量更准确；由于有4通道同步采集，在所有的力测量过程中，我们 可以同时采集到样品的起伏、针尖所受到的起伏力、横向力，可以准确 分析针尖的状态，为精确分析摩擦力提供了更为详实的数据。 　 磁力/静电力显微镜模块： 　 抬起模式：该工作模式分两个阶段,第一阶段与普通原子力显微镜形貌成像一样，在探针与样品间 距1nm以内成像，然后，将探针抬起并一直保持相同距离，进行第二次扫描，该扫描过程可以对一些 相对微弱但作用程较长的作用力进行检测，如磁力或静电力。 磁力显微镜（Magnetic Force Microscope -- MFM）：控制磁性 探针在磁性样品表面进行逐行扫描,利用抬起模式进行二次成像，获得样 品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 静电力显微镜（Electrostatic Force Microscope -- EFM）： 控制导电探针在样品表面进行逐行扫描，利用抬起模式二次成像，获得 样品纳米尺度局域上静电场分布图。 　 扫描探针声学显微镜模块： 扫描探针声学显微镜（SPAM，Scanning Probe Acoustic Microscope）是将原子力显微镜与电声成 像技术相结合，采用声学成像模式，借用声波记录下物质的内部模样，建立了低频（30kHz）高分 辨率（~10nm）扫描探针声学显微成像技术。其特点是能够获得反映材料亚表面纳米尺度结构的声 学像和性能的原位检测，克服了现有SPM只能获得材料表面结构和性质的不足。迄今为止，反映材 料亚表面纳米尺度结构及有关物性的声学功能模式的SPM在国内外报道甚少。 　 样品定位辅助模块： 　 该模块包含高分辨CCD光学显微系统和高精度电控样品移动平台。 高分辨CCD光学显微系统：在计算机上成像，用于观察探针和样 品，放大80&mdash 600倍。 高精度电控样品移动平台：计算机自动控制，配合 光学显微系统 进行精确样品移动和定位的装置。移动范围5mm*5mm，单步移动步长最小 85nm。 　 纳米加工模块： 　 SPM的纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一，常用的加工方法包括机械刻蚀、电致/场致刻 润笔 蚀、浸润笔(Dip-Pen Nano-lithography,DNP)等。其基本原理是利用SPM针尖在样品表面准确移动， 与样 同时控制针尖-样品间的相互作用，就可完成所需的加工过程。 常用的移动方法包括矢量和点阵。矢量法通过矢量产生插件建立矢量数据文件，然后进行刻蚀。使用这种方法，线条连续，刻蚀速度快，但矢量编辑较为麻烦。点阵法通过插件自动分析需要刻蚀的图 象，在样品上边扫描边刻蚀。这种方法不用编辑矢量，与原图像几乎不失真，但刻蚀速度慢，线条不连 续。可以根据需要选择不同的方法。 　 SPM通用平台开放式开发系统模块： 　 SPM通用平台开放式开发系统是一套完整的SPM模块化开发平台，简称&ldquo 开发系统&rdquo 。包括软件 板和 开发模硬件开发套件。如果您需要在已有的SPM功能上开发特殊要求的功能模块，就需要购买开发系 统。目前，离线软件开发模板我们都免费赠送，鼓励用户亲自开发，或者提出详细要求和算法，委托我 们为SPM定制1-2个特殊功能的处理插件，这都是免费的服务。 软硬件结合的特殊功能的SPM开发就要使用&ldquo 开发系统&rdquo 了。这套系统具体包括软件开发模板、硬件 扩展接口测试箱(硬件扩展实验板组)、硬件接口插件模板、开发手册。该系统的设计充分考虑了用户级 二次开发的方便性、可行性和可靠性。当然，您也可以购&ldquo 开发系统&rdquo ，然后提出IDEA，由我们来帮您 合作完成。 在您了解了各个功能模块后，您可以选型了，我们为了您搭建了四种机型，它们的外形都基本 一样，那是因为这样便于您今后无障碍模块化升级。 模块/型号 ZLSTM-II 型 扫描隧道显微镜 ZLAFM-II型 原子力显微镜 ZLAFM-III型 扫描探针显微镜 ZL3000型扫 描探针显微镜 扫描隧道 显微镜模块 　 　 　 　 原子力显微镜 基础模块 　 　 　 　 原子力 显微镜 专业模块 　 　 　 　 摩擦力 显微镜模块 　 　 可选配　 　 磁力/静电力 显微镜模块 　 　 　 　 样品定位 铺助模块 　 可选配 　 　 纳米 加工 模块 　 可选配 可选配 可选配 SPM通用平台 开发系统 　 　 可选配 可选配 扫描探针 声学模块 　 　 可选配 可选配 各功能模块介绍摘要： 1．扫描隧道显微镜只能检测 导电样品，因其有样品的局限性，所以通常作为教学仪器。 2．原子力显微镜对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛。AFM基础模块包括接触模式和横 向模式；AFM专业模块包括轻巧和相移模式。 3．接触模式AFM适合检测表面强度较高、结构稳定的样品。 4．横向力模式AFM可以获得样品纳米尺度局限上探针的横向作用力分布图。 5．轻敲模式AFM适合检测粉体颗粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率比接 触模式较低。 6．相移模式AFM对不同组分材料的组分变化比较敏感。 7．磁力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 8．静电力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上静电场分布图。 9．样品定位辅助模块用于实现样品在毫米量级范围内以纳米精度搜寻定位。 10．纳米加工模块用于实现矢量刻蚀和图形刻蚀方法的纳米加工。 11．如需开发特殊功能SPM，需要购买SPM通用平台开放式开发系统。 配置/型号 ZL STM-II ZL AFM-I ZL AFM-II ZL AFM-III ZL 3000 主机 可扩展式电子学控制机箱 多模式扫描探针显微镜组合式探头 扫描隧道显微镜 原子力显微镜 接触/横向力 模式 原子力显微镜 轻敲/相移 模式 摩擦力显微镜 磁力/静电力显微镜 针尖粗调/自动趋近机构 扫描器(单一多量程自适应扫描器不更换技术) 针尖架 扫描隧道模式针尖架 原子力基础模式针尖架 原子力专业模式针尖架 磁力模式针尖架 静电力模式针尖架 组合式纳米级减振系统 1个 包含 包含 包含 包含 包含 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 1套 6&mu m 6&mu m 50&mu m 50&mu m 100&mu m 1个 2个 3个 5个 1个 　 　 　 1套 软件 系统 　 在线控制软件 1套 离线图像处理/分析软件 离线软件开发模板 摩擦力分析软件 　 　 　 　 网络实验室远程控制软件 　 　 　 培训课件/实验教材/科普教材/说明书光盘 　 附件 标准样品 1套 样品载片 5片 5片 10片 10片 15片 STM探针 Pt-Ir 20 20cm 　 20cm AFM接触/横向力/摩擦力模式探针（进口） 　 10枚 AFM轻敲/相移模式探针（进口） 　 　 　 10枚 MFM磁力探针（进口） 　 　 　 　 5枚 EFM导电探针（进口） 5枚 专用工具（镊子、针尖剪刀、玻璃皿 等） 1套 样品 定位 模块 高分辨CCD光学显微系统 可选配 高精度电控样品移动平台 　 　 纳米加工模块 SPM通用平台开放式开发系统

纳米颗粒（特别是当粒径小于20 nm时）所展现出的诸多新奇光学性质，一直是令无数研究人员着迷的话题。研究人员一方面不断探索、发掘新的现象并尝试给予解释，一方面积地尝试将各种新奇的性质应用于改善人们的生活。随着纳米颗粒相关领域研究的蓬勃发展，高品质纳米颗粒的合成以及宏量制备已经成为现实。然而，随着研究需求与实际应用需求的不断提升，不论是实验抑或是生产，对纳米颗粒的定位与组装的精度和可靠性的要求也越来越高。由于纳米颗粒的特殊物性，以及其与衬底及周围环境的作用方式，展现出了诸多新奇的特点，从而使得对于颗粒的定位、组装伴随着新的挑战。尤其是当颗粒粒径小于20纳米时，迄今仍缺少简单高效、工艺兼容性好、度高的组装及定位方式。有鉴于前述问题，南京大学张伟华教授与鲁振达教授课题组，发展了一种改性模板技术来实现高精度的纳米颗粒组装技术。相关成果以 “Deterministic Assembly of Single Sub-20 nm Functional Nanoparticles Using a Thermally Modified Template with a Scanning Nanoprobe”为题目刊载于知名材料科学刊物Advanced Materials上。南京大学现代工学院官网，亦对此工作进行了详细报道。 以下内容转载自南京大学现代工学院官网“当尺寸下降到20纳米或以下时，纳米颗粒常会呈现出宏观所不具备的特性，如分立能，高吸收性，超顺磁等。特别的，半导体纳米颗粒（量子点）由于其特的量子发光特性，已被广泛的应用在显示、传感、量子信息处理等领域。今天，随着合成技术的发展，各类功能纳米颗粒可控的合成已经成为现实，但如何将这些纳米“乐高”逐个拼接在一起，组成复杂结构甚至器件仍是一个未决的难题。为此，在过去二十年间科学家尝试了各种技术路径，通过化学修饰、静电、颗粒操控等方法实现了微米及亚微米颗粒的组装。但对于20纳米之下的颗粒，由于颗粒-衬底相互作用弱，迄今仍缺少简易、高效、、广适用面的组装方法。目前相对有效的方法依赖表面化学改性与静电作用，其模板制备复杂，仅针对单一材料，难以制备纳米颗粒团簇，更无法解决多种材料异质集成的问题。 有鉴于此，张伟华教授与鲁振达教授课题组合作开发了一种基于热扫描探针改性模板的单颗粒组装技术。该技术将扫描探针的针加热至900 ℃以上，可对聚合物表面刻蚀的同时实现表面改性，使微结构区域的表面能显著升高。实验测量与理论计算显示，改性后局域吸附能的提高可达2倍以上，从而大幅度提高了纳米颗粒在改性区域的组装效率。此外，表面能的升高也使液面在微结构内的接触角降低，增强了颗粒所受毛细力，使其更易于被束缚在微结构当中。图1热表面改性模板辅助纳米组装技术示意图：模板制备与纳米组装过程 该方法不涉及特殊化学键或静电作用，为此对纳米颗粒的材料没有特定要求，相比于传统方法具有更广的适用性。为证实这一点，文章演示了包括单颗10纳米量子点（65%），20纳米金颗粒（95%），20纳米聚苯乙烯荧光小球（97%）等材料的高效组装。通过调整微结构的几何尺寸，该方法能还够制备金纳米颗粒各种规则形状的密堆团簇。 图2小尺寸纳米颗粒的组装结果 a)10纳米量子点 b)20纳米聚苯乙烯荧光小球 c)20纳米金颗粒 d)20纳米金颗粒的各种规则密堆团簇 此外，由于该方法基于扫描探针技术可获取表面形貌信息，使得多步组装结构的对准成为可能。利用此优势，工作演示了量子点-纳米银线耦合结构的制备，展示了该技术在多材料跨尺度异质面的巨大潜力。图3量子点-银纳米线异质结构的制备 a)制备过程示意图 b1)单根银纳米线光镜照片 b2)对应的银纳米线形貌扫描图 b3)在银纳米线部制备微结构 b4)组装量子点后的荧光图像 由于其高精度、高确定性与广适用面，并可与已有工艺结合，该方法有望为集成量子光学信息、光学超分辨、纳米生化传感器等方向带来更多的可能性，推动相关领域的发展。”在此论文当中所谈及的热扫描探针光刻技术（thermal scanning probe lithography，t-SPL），衍生于IBM Research的研发成果，是近年来发展起来的一种可快速、可靠、高精度地实现纳米图案制备的直写技术，其技术核心是利用加热针的热能来诱导局部材料的改性，从而实现图案化。由于特的技术原理，使其具有刻写图案精度高（水平方向特征线宽15 nm/纵向台阶精度2 nm）、原位成像/闭环光刻、套刻与拼接精度高（25 nm）等诸多优势。 热扫描探针刻写技术的更多信息：1. 可参考刊载于Microsystems & Nanoengineering（volume 6, Article number: 16 (2020)）的综述“Thermal scanning probe lithography—a review”。

我司于2016年11月在北京某研究所成功安装美国Janis公司生产的高低温真空探针台。该探针台变温范围大（8K-675K (LHe)，80K-675K（LN2）)，温度稳定性好（优于10mK）。配三同轴探针臂，漏电流优于50fA。配无油分子泵组，低温下真空度优于5*10-6mbar。与Keithley 4200半导体特性仪匹配使用，用于功能材料、拓扑绝缘体、纳米结构和器件等变温测试，也可以用于半导体器件、MEMS器件、超导器件与封装前在真空下做原位测试以及高低温的老化测试。 高低温真空探针台系统

上世纪五十年代末期，诺奖得主、物理学鬼才理查德费曼在加州理工学院的物理年会上，作了题为《There' s Plenty of Room at the Bottom》的报告，具前瞻性地提出了他对于纳米尺度操作及控制的框架性想法，并由此开启了无数科研工作者在纳米尺度上探究物质奥秘并通过相关的纳米技术来改变、造福人类的道路。同样是在上世纪五六十年代，采用平面处理工艺批量制备晶体管的策略出现，由此开启了集成电路产业的飞速发展。摩尔博士在六十年代中期提出了著名的摩尔定律“当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍”。而其中元器件数量的增多，是通过不断缩小元器件的关键尺寸来实现的。不论是在纳米尺度上进行探索，或是与人们生活息息相关的集成电路产业发展，都需要制备各种各样的纳米结构、纳米功能单元或纳米器件。而在制备各类纳米结构的过程中，为重要的操作就是通过光刻来实现在不同的材料上定义图案区域。目前，在工业上，先进的EUV光刻机具备7 nm技术节点的制备工艺中所需的图形加工能力，但其单值高，比一架F-35战斗机的价格还会高出不少。对于科研工作者来说，目前通常采用的基于光学曝光原理的科研光刻设备（科研的无掩模曝光系统、掩模对准式曝光系统等），能够实现的图形加工分辨率一般在微米尺度或亚微米尺度。而随着研究对象尺度的不断减小，对纳米尺度结构构筑的需求，上述基于光学曝光原理的科研光刻系统显然是不能够完全满足的。基于聚焦电子束、离子束的各类图案化加工设备，比如电子束光刻系统、聚焦离子束系统等，能够有效满足科研中对于纳米尺寸的图形加工需求。然而，由于电子束流和离子束流需要聚焦，这类设备通常由较为复杂的电子光学系统构成，因此价格相较于上述科研光学光刻设备要高出很多（即使是科研的电子束曝光系统，其单值也远超科研的光学曝光设备）。另一方面，聚焦电子束、离子束系统的复杂性也对操作人员和设备维护人员提出了较高的要求。 图1 热扫描探针光刻系统诱导材料局部变化的三种机制 在科研领域中，扫描探针光刻（thermal scanning probe lithography）是另一种颇受关注的图案化工艺方案，能够实现纳米（甚至原子的）图案制备的需求，其核心思路是通过纳米针诱导材料表面局部的改性来实现图案化。纳米针诱导材料表面改性的机制有很多种，包括力学、电学、热学、扩散等等，也由此产生了许多不同的扫描探针光刻技术。在诸多的扫描探针光刻技术中，热扫描探针光刻技术（thermal scanning probe lithography，t-SPL）是近年来发展起来的一种可快速、可靠、高精度地实现纳米图案化工艺，其技术核心是利用加热针的热能来诱导局部材料的改性。通常，热是材料转化中较为普遍的驱动因素，在很多材料中能诱导结晶、蒸发、熔化等改性现象。在纳米尺度上，由于只有很小的体积被加热，所以材料改性的特征时间是以纳秒量来计算的。因此，加热几微秒就足以改变针下的材料。对于刻写速度而言，悬臂梁的机械扫描运动成为图案化工艺速度方面的主要限制。然而，凭借扫描探针领域良好的技术积累，目前可以实现高达20 mm/s的刻写速度，能够满足大多数科研上的图案化制备工艺需求。同时在微纳图案结构的加工精度及分辨率方面，热扫描探针光刻技术可以实现特征线宽在10 nm以下的微纳结构的制备。图2 利用热扫描探针光刻进行热敏抗刻蚀剂的图案化工艺后，结合各类工艺实现的微纳结构及器件案例 作为一种高精度图案化工艺设备，近些年来热扫描探针光刻技术得到飞速发展，然而很多研究人员还比较陌生。着眼于此，洛桑联邦理工的S. T. Howell博士以及瑞士Swisslitho的F. Holzner博士撰写了综述《Thermal scanning probe lithography—a review》（已于2020年4月6日刊载在NPG旗下期刊Microsystems & Nanoengineering，详细信息可参考链接https://doi.org/10.1038/s41378-019-0124-8），Howell等人向大家详细介绍了热扫描探针光刻的历史、原理、图案转移工艺以及在基于新型低维材料的微纳电子器件、自旋电子器件、光子学微纳结构、微纳流控、微纳机电等领域的应用案例。图3 利用热扫描探针光刻进行定域材料转换的应用案例 另一方面，不同于很多新型光刻策略还停留在实验室中，瑞士Swisslitho公司已经成功将热扫描探针光刻技术商品化，名为NanoFrazor。在国内外的诸多用户当中，已有不少基于NanoFrazor制备的结构而开展的研究，相关结果也都发表在了Science、Nature、PRL、等高水平期刊上。图4 热扫描探针诱导的增材工艺的应用案例

我司于2017年1月在上海某高校成功安装基于Janis 探针台和Keithley 4200半导体特性仪的测试系统。该探针台配置四个三同轴探针臂和两个光纤探针臂，漏电流优于50fA。该探针台变温范围大（8K-675K）。我司提供Keithley 4200半导体特性仪，并提供集成变温IV、CV和输运和转移特性等测试软件 变温测量IV和VI曲线 变温场效应管（横坐标Vgs，纵坐标Ids， 不同曲线代表不同的Vds和温度） 变温场效应管（横坐标Vds，纵坐标Ids， 变温CV测试（横坐标偏压，纵坐 不同曲线代表不同的Vgs和温度） 标电容，不同曲线代表不同温度）

近日，中国科学院上海药物研究所李佳团队联合华东理工大学贺晓鹏团队、英国巴斯大学Tony D. James团队，以及美国德克萨斯大学奥斯汀分校Jonathan L. Sessler团队，撰写“指南综述”（Tutorial Review）文章Small-molecule fluorescence-based probes for interrogating major organ diseases，分类总结了可用于探查主要器官疾病的小分子荧光探针。相关研究成果在线发表在Chemical Society Reviews上。　　人体是由多个器官系统构成的有机体，每个器官在体内发挥着特定作用，器官之间的协同工作维持着人体的正常运行。然而，异常的器官功能障碍会影响机体的健康，并导致灾难性的后果。组学等鉴定技术的发展，促使与器官功能障碍相关的生物标志物相继被发现。开发非侵入性的、可实时观察特定器官疾病生物标志物的方法，将提高对特定器官病理变化的研究能力，并利于疾病的早期诊断，进而为开发有效的治疗方法提供帮助。基于荧光生物成像的检测技术，具有灵敏度高、操作简单、检测下限低、响应速度快、时空分辨率优异及无损体内原位成像等特性，被用于疾病生物标志物的检测，为器官疾病的诊断提供了较为可靠的依据。　　在科研团队前期研究的基础上，研究人员分类总结了可用于探查主要器官疾病的小分子荧光探针。该论文阐述了用于主要器官疾病研究的小分子荧光探针的设计策略；剖析了生物标志物检测对于研究器官功能障碍和其他器官相关疾病的重要性；阐明了小分子荧光探针在体外、体内监测各种致病过程的用途；介绍了目前用于研究器官疾病的小分子荧光探针存在的局限，并提出了建议与展望。该研究为开发新的有效的荧光分子探针用于早期诊断和治疗不同器官疾病具有重要的借鉴意义。　　研究工作得到国家自然科学基金重大研究计划、上海市科技重大专项、上海市国际合作与交流项目及中国博士后科学基金面上资助等的支持。 综述中涉及的人体主要器官示意图（a）及用于探查器官相关疾病的小分子荧光探针的设计策略示意图（b）

高锰酸钾(KMnO4)是制作简易爆炸装置常用的氧化剂原料之一，同时也被广泛用于医药消毒、水质净化、工业生产等领域，其过量摄入或排放会对人体及环境造成严重的危害。因此，实现对微量高锰酸钾的超灵敏、特异性、快速检测对维护公共安全和环境保护具有重要意义。近年来，激发态分子内质子转移(ESIPT)类分子因具有大的斯托克斯位移、强的光稳定性、高的量子产率和对周围介质的光敏感性等特点，被广泛用于反应型荧光探针的设计。ESIPT探针的发光性能可通过溶剂氢键作用、分子异构化、介质酸/碱度和化学修饰等来调节。目前，大多数化学修饰策略主要集中于研究分子性质和ESIPT变化过程，而关于分子对目标分析物传感性能影响的研究很少被应用于实际检测。因此，是否可以采用化学修饰策略来提高ESIPT探针的传感性能尚不清楚，而该方面的研究将对理性设计高效探针具有重要意义。基于此，中国科学院新疆理化技术研究所痕量化学物质感知团队提出了识别基团对位取代基吸电子强度精确调控提升ESIPT荧光探针反应活性及产物荧光稳定性的探针分子设计策略。基于KMnO4氧化不饱和烯烃的性质，以2-(2’-羟基苯基)苯并恶唑(HBO)为荧光团，采用缩合反应将识别位点丙烯酰基接枝于HBO的质子给体-OH上以抑制ESIPT过程的发生，在识别位点的对位引入不同吸电子强度的取代基团(-F、-CHO、-H、-CH3)，设计合成了四种ESIPT基荧光探针(BOPA-F, BOPA-CHO, BOPA-H, BOPA-CH3)。当检测KMnO4时，可以打断碳碳双键形成邻二羟基，随后酯键断裂释放质子给体，ESIPT过程被激发，进而实现对KMnO4的荧光点亮检测。进一步研究发现，取代基吸电子强度调控可显著地提升探针检测KMnO4时的荧光强度及荧光稳定性。理论计算结果表明，取代基的改变有效调节了探针对KMnO4的反应活性及产物的振子强度。以具有较强吸电子能力的-CHO作为取代基的探针BOPA-CHO对KMnO4具有最佳检测效果，检测限为0.96 nM，响应时间吸电子强度调控ESIPT探针构筑策略、响应机制及海绵基测试笔实际场景检测示意图