手持探头显微镜

由于目前市面上现有的光纤拉曼探头只能简单的控制激光光路的开关，而无法控制采样检测，因此在实际的野外和现场检测采用手持采样时，往往需要一边将探头对准样品，一边在电脑上操作软件进行检测。为了克服这个缺点，必达泰克公司推出了一种新的拉曼光纤探头，在该探头上增加了一个电子触发开关，可以与本公司的全系列便携式拉曼光谱仪共同使用，直接利用该电子触发开关控制采样检测，从而使得手持采样更为方便稳定，大大提高了光纤拉曼探头在野外和现场检测的便利性和实用性，非常适用于考古，地质勘探，危险物检测或其他的野外和现场检测应用。 　　该探头需要在拉曼光谱仪上有一个控制接口，因此无法应用于本公司早前销售出的便携式拉曼光谱仪上，如要使用该探头需要对早期的拉曼光谱仪进行升级。如客户需要进行升级，请与必达泰克光电科技(上海)有限公司联系，电话: 021-64515208，Email: info@bwtek.cn

近日，北京大学物理学院、轻元素先进材料研究中心江颖教授课题组与刘开辉教授课题组合作，自主研发了一台qPlus型光耦合扫描探针显微镜。该显微镜性能达到国际最好水平，其中原子力传感器振幅噪音和品质因子国际领先。相关技术细节发表在国际著名科学仪器杂志《科学仪器评论》（Review of Scientific Instruments）。相关专利技术已经成功实现转让，并完成了首台商业化样机。有望打破长期的国际垄断局面。图1. 自行研制的qPlus型光耦合扫描探针显微镜商业化样机由于技术受限和经验缺乏，我国的高端扫描探针显微镜多年来一直严重依赖进口。在这种被动的局面下，江颖课题组十多年来一直致力于研发扫描探针显微镜的核心部件以及高分辨成像和谱学技术，不断挑战扫描探针技术的探测极限。尤其是成功研发出一套具有自主知识产权的基于qPlus传感器的非侵扰式扫描探针显微术，该技术通过探测极其微弱的高阶静电力，刷新了扫描探针显微镜的空间分辨率，国际上首次实现了水分子中氢原子的直接成像，将水的微观实验研究带入一个全新的时代。图2. 自制qPlus型光耦合扫描探针显微镜的核心部件。A和B，光耦合扫描探头的三维设计图和实物图。C，qPlus原子力传感器。D，聚焦离子束刻蚀后的针尖。在关键技术获得突破的基础上，江颖课题组的程博伟博士、博士研究生吴达和边珂副研究员进一步与刘开辉课题组紧密合作，成功搭建了一台qPlus型光耦合扫描探针显微镜商业化样机（专利1）。该设备兼容超高真空和低温（液氦）环境，电路噪音背底低至5 fA/Hz1/2，针尖高度振动噪音峰小于200 fm/Hz1/2，热漂移小于0.1 pm/min，各项指标达到国际最好水平。同时，该设备的qPlus传感器具有极低的背底振幅噪音（~2 pm）和优异的品质因数（最高140000），达到国际领先水平。此外，该显微镜系统还具备独特性设计，其扫描探头上直接集成了可驱动光学透镜的三维纳米定位器（专利2），大幅提升了光激发与光收集效率，避免了激光聚焦光斑的微抖动问题，使得该显微镜兼备十分优异的光学兼容性，是研究多种分子和材料体系的结构、化学成分及动力学行为的理想工具。图3. 自制qPlus型光耦合扫描探针显微镜的原子力显微成像测试结果。A，qPlus力传感器频率扫描曲线。B和D，不同针尖高度下Au(111)表面二维冰的恒高原子力显微图像（频移图）。C，二维冰表面不同位置的力谱。E和F，二维冰的原子结构图。相关论文：Bowei Cheng, Da Wu, KeBian, Ye Tian, Chaoyu Guo, Kaihui Liu, Ying Jiang, A qPlus-based scanning probe microscope compatible with optical measurements. Review of Scientific Instruments 93, 043701 (2022).(https://doi.org/10.1063/5.0082369)相关专利：[1] 江颖、程博伟、边珂、吴达，一种基于qPlus的光耦合扫描探针显微镜，中国，202121333378.5，2021-09-03。[2] 江颖、程博伟、吴达、边珂，一种透镜三维移动装置，中国，202120697032.7，2021-05-07

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@instrument.com.cn），了解各企业主要高端光学显微镜产品技术特点和发展进程。本篇为北京超维景生物科技有限公司（以下简称“超维景”）供稿。 超维景研发和生产的微型化双光子显微镜基于自主研发的核心技术，在世界上第一次获取了自由行为小鼠大脑细胞和亚细胞结构的清晰、稳定的动态图像。这项发明曾被Nature Methods 评为“2018年度方法”，被国家科技部评为“2017度中国十大科学进展”。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。当前，最流行的对小动物行为过程中大脑神经元活动和结构变化进行长期观测和追踪的成像方法，是将虚拟现实与现有商品化台式双光子成像相结合，在动物头部被固定的情况下，在其眼前制造影像，让动物认为自己处在”真实“的环境之中。通过小鼠四肢在类似跑步机或者鼠标滚球上的运动来模拟其真实活动。以求达到研究神经元在动物行为中所起到的作用。然而，这种虚拟现实加头部固定成像的方法，已经遭到许多科学家的质疑。人们认为，头部固定的动物在实验期间一直处在物理约束和情绪压力下，无法证明神经元对外界的响应在虚拟现实和自由探索下是等价的。更重要的是，许多社会行为，比如亲子护理，交配和战斗，都不能用头部固定的实验来研究。如何在动物自由活动的时候，直接对其神经元进行成像，是神经科学家亟待解决的诉求。美国和欧洲脑计划及连接组计划在不断快速推进，我国的脑计划也将在年内启动，最新神经科学需要针对清醒动物的典型实验会越来越多。现有传统厂家的双光子设备上都只能做麻醉或固定头部的动物成像，实验的结果无法描述在正常行为模式下的神经功能变化。一个理想的解决方案是开发微型荧光显微镜直接固定在自由活动的动物身上，让动物“带着显微镜跑”。2017 年由北京大学程和平院士和陈良怡教授牵头研发的微型化双光子活体成像技术的出现，使目前最新神经科学需要的针对清醒动物的功能研究实验得以实现，其核心技术 2.2 克可佩戴式微型化双光子荧光显微镜，在国际上首次获取了小鼠自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰稳定的图像。研究成果已表于自然杂志子刊 Nature Methods，2014 诺贝尔生物学或医学奖得主 Edvard I. Moser 称之为研究大脑空间定位神经系统革命性的新工具。只有通过原型机转化为产品的方式，才能让更多科学家、实验室使用到高端技术，但这是在实验室无法完成的。在校方、政府政策、资本等要素多方助力下，团队成立了北京超维景生物科技有限公司推动这一成像装备商业化，形成微型化双光子荧光显微镜，微型化双光子荧光显微成像系统主要包含：微型化双光子显微成像模块、激光耦合模块、飞秒激光器、荧光采集模块、主控制器、宽视场观测模块、ScienceDesk 工作台，共 7 大模块。目前，超维景在面向脑科学的产品成型并已小批量出货。国内产品销售额过亿，国内用户有复旦大学、中科院深圳先进技术研究院、南京脑观象台、西湖大学、西京医院、空军军医大学、中科院脑科学与智能技术卓越创新中心、北京大学、中山大学中山眼科中心、广东粤港澳大湾区协同创新研究院、浙江大学城市学院和中山大学孙逸仙纪念医院等。国际产品销售额超千万，已经达成的国际合作有德国马普神经所、德国波恩大学、德国马普鸟类研究所、美国纽约大学、美国马普神经所等。未来超维景会充分调动所拥有多项核心技术，即累计拥有发明专利、实用新型、软件著作权等60余项知识产权以及双光子显微成像系统发力于千亿级的临床医疗检测和诊断市场，例如手持式双光子或穿刺式双光子设备直接作用于皮肤、口腔、浅表淋巴；结合小型化技术稍作改进可以实现宫腔成像的宫腔镜；在开腹/微创手术过程中，硬性腔镜可以实现术中指导，实现肺、胸、肾、肝、脑等组织病变的辅助诊断的手持/腔镜；结合传统内窥技术打开胃肠癌症筛查市场的内腔软镜。仪器信息网: 请介绍当前贵公司主推的产品和技术。贵公司的高端光学显微镜技术有哪些独特优势？超维景自主研制的快速微型化双光子显微成像系统FIRM-TPM，在世界上第一次实现了自由运动小鼠单个树突棘水平神经元功能活动的高速高分辨实时成像，解决了“脑计划”的核心痛点。而且超维景生产的微型化显微镜分辨率、扫描速度、重量、GFP/GCaMP 成像等方面均优于其他文献报道的微型化显微镜。这款头戴式双光子显微镜可实时记录自由行为动物的大脑神经元和树突棘活动，支持钙成像，并可在同一视野长时程反复成像。系统能够配置移动的轴向扫描模块，实现三维成像和多平面快速切换实时成像，用于脑神经回路观察；还可配置光遗传模块，对神经元和大脑神经回路活动进行精确控制。今年1月，继第一代微型化双光子显微镜在全球首次获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动的动态图像后，超维景通过对微型光学系统的重新设计，成功研制了第二代产品。其成像视野更大，工作距离更远，操作简便，并具备实时三维成像能力，可在自由运动的小鼠上对大脑三维区域内上千个神经元进行清晰稳定的动态成像，并且实现了针对同一批神经元长达一个月的追踪记录。该成果于2021年1月6日在线发表于Nature Methods上。新一代微型化双光子荧光显微镜体积小，适于佩戴在小动物头部颅窗上，实时记录数十个神经元、上千个神经突触的动态信号。在大型动物上，还可望实现多探头佩戴、多颅窗不同脑区的长时程观测。相比单光子激发，双光子激发具有良好的光学断层、更深的生物组织穿透等优势，其横向分辨率达到 850 nm，成像质量与商品化大型台式双光子荧光显微镜可相媲美，远优于目前领域内主导的、美国脑科学计划核心团队所研发的微型化宽场显微镜。除此之外，超维景生物基于生物医学显微镜研发生产的背景以及拥有的多项技术专利，结合市场需求和实验需要，开发了包括脉冲激光器在内的一系列光电产品，其性能稳定、操作简单，适用于高端光学显微镜的研制和工业生产。仪器信息网: 请举例介绍贵公司的产品和技术是如何助力生命科学研究的？生命科学是一门极其复杂、极富挑战的科学，是一个可以做出重大科学发现的领域。在中国“脑计划”即将启动的今天，为满足脑计划对于脑认知原理解析的重大需求，助力中国脑科学家、脑医学家、脑药学家的探索与发现，超维景创始人程和平院士团队与南京江北新区合作建立了“南京脑观象台”。“南京脑观象台”有三方面的特色：一是改变手工作坊式的科研方式，有标准化、流程化分解技术流程；二是降低功能成像的“准入门槛”，集成最先进的成像装备，节约“设想”到“验证”的时间；三是改变功能成像的研究方式，有高通量、工程化的实验设计，可以回答“大科学”问题。南京脑观象台作为超维景双光子产品的集中应用基地和演示中心于2021年8月2日推出了免费服务计划——“探索计划”，计划启动期间收到了广大科学家的积极响应，共收到符合条件的申请67份。 综合申请者前期实验基础，以及项目的创新性、可行性因素，在专家评审委员会的推荐下，我们首批支持项目共计24个，资助总金额300万元。此外，超维景微型化双光子显微成像技术帮助许多科研团队取得了一些重要的研究成果，比如，11月18日，浙江大学医学院脑科学与脑医学学院/教育部脑与脑机融合前沿科学中心的胡海岚教授团队，在国际知名期刊Neuron在线发表了论文《 Dynamics of a disinhibitory prefrontal microcircuit in controlling social competition》，这篇文章通过在显性管测试中应用光遗传学和化学遗传学操作，发现由VIP-PV-PYR 组成的微环路通过抑制与去抑制的功能性连接，在社交情境下精细地协作调控dmPFC锥体神经元的活动，从而影响小鼠在面对社会竞争时的行为表现。研究团队在探索这两种神经元如何影响mPFC的活动时，正是使用我们的2.2克可佩戴式微型双光子荧光显微镜（FHIRM-TPM）在清醒活动的动物中观察脑内单个神经元水平的发放。仪器信息网: 请您介绍一下目前高端光学显微镜的市场现状。根据中国仪器仪表行业协会统计，2015 年至 2017 年我国显微镜出口量在 220 万台-300万台之间，年均进口5万台左右，出口数量远高于进口数量，但出口金额远低于进口金额，反映了中国进口的光学显微镜单台平均价格远高于出口显微镜，国内高端显微镜市场依赖于进口产品。自上世纪七、八十年代以来，中国显微镜制造逐渐承接了来自欧洲和日本的产业转移，已能生产95%的教育类和普及类显微镜。世界高端显微镜产业主要布局在德国和日本，德国是以徕卡显微系统和蔡司为代表，而日本以尼康和奥林巴斯公司为代表，上述企业占据着世界显微镜市场50%以上的市场份额，其发展战略左右着显微镜市场的走向。目前世界市场对高端显微镜的需求在增长，中国市场这方面的需求增长更快，超分辨显微镜在中国市场的增长更是超过20%。未来五年显微镜市场的发展在亚太地区将围绕中国、印度、澳大利亚和中东国家。近年来，全球科研经费持续增加，医疗卫生的投入也将进一步加大。基于分辨率、对比技术、荧光技术和数字影像等技术的更新，显微镜在生物医学等领域得到越来越广泛的应用。高分辨率光学显微镜是近年来增长较为快速的产品，主要应用于科研开发与医疗卫生领域。医院场景国产高端显微镜替代空间大。目前中国三甲医院所使用的高端光学显微镜几乎被徕卡、蔡司、尼康和奥林巴斯垄断。国内有能力开始生产高端显微镜的企业较少，目前有永新光学、麦克奥迪、舜宇光学等。国内制造的高性能、高可靠性的高端光学显微镜，充满了极大的市场机遇。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？您认为目前高端光学显微镜的国产化进程如何？我国显微镜行业发展缺乏技术沉淀，20 年以上经营积累的企业十分稀缺，深度精密制造及光学核心部件设计及工艺严重制约产业升级，具备生产高端显微镜的企业屈指可数。光电产业新产品层出不穷，应用范围逐步扩大，对光学元件组件加工技术要求越来越高。目前，国内少数厂商能实现精密光学元件组件量产，但特殊光学元件组件的加工技术（如光学玻璃非球面加工技术）、配套材料及高精度检测技术基本上由国外厂商掌握，国内厂商仍与国际高端水平有相当差距，在国际竞争中技术上处于相对劣势。在生命科学和医学研究中，成像技术至关重要，它是推动生命科学进步的核心动力，生物医学发展的历史大半部是成像技术的发展史。进入新千年，脑科学研究成为热点，根据《“十四五”规划纲要和2035年远景目标纲要》，我国脑科学与类脑研究将以脑认知原理解析、脑介观神经联接图谱绘制、脑重大疾病机理与干预研究等方向作为重点。中国要做原创科学，必须要有自己的仪器。超维景作为科技成果产业化的典型公司，将以自主创新的核心技术，将继续为我国的脑科学研究做出重要贡献，利用神经科学的基础研究成果来造福社会。

一、项目基本情况项目编号：[350201]HRC[GK]2024003项目名称：透射电子显微镜及配套装置采购方式：公开招标预算金额：13,000,000.00元采购包1(透射电子显微镜及配套装置采购项目):采购包预算金额：13,000,000.00元采购包最高限价： 13,000,000.00元投标保证金： 0元采购需求：（包括但不限于标的的名称、数量、简要技术需求或服务要求等）品目号品目编码及品目名称采购标的数量（单位）允许进口简要需求或要求品目预算(元)中小企业划分标准所属行业1-1A02120800-光学计量标准器具透射电子显微镜及配套装置1(套)是1.分辨率： 1）点分辨率：≤0.25nm； 2）线分辨率：≤0.10nm； 3）信息分辨率：≤0.12nm； 4）二次电子分辨率：≤1.0nm。 2.加速电压： 1）加速电压：20kV-200kV，加速电压连续可调； 2）加速电压稳定度：≤ 1ppm/1min。 3.电子枪： 1）超稳定、高亮度肖特基场发射电子枪； 2）束流：1nm束斑电流 ≥ 1.5 nA。 4.TEM放大倍率： 1）TEM最大放大倍率：≥1.05M×。 5.相机长度范围不小于：15 mm~2000 mm。 6.物镜：采用恒功率透镜设计。 7. 扫描透射系统(STEM)： 1）分辨率：≤0.16 nm； 2）探头：可以配置三个探头，包括高角环形暗场(HAADF)探头，明场(BF)和环形暗场(DF)探头； 3) HRTEM和HRSTEM之间切换后稳定时间短，仅需点击鼠标即可在TEM与STEM模式间相互切换，可在几秒种之内完成。 8.样品台： 1）样品移动范围：X/Y：≥± 1mm；Z ≥±0.375 mm； 2）高视野低背底双倾样品杆最大倾斜角度：α: ±35°，β：±30°。 9.具备能谱仪(EDS)功能。 10.数字化成像系统： 1）≥1600万像素CMOS相机 2）具有大动态范围可以满足拍摄衍射花样，高读取速度（25fps），适合拍摄动态录像。 3）安装位置：底部安装。 11.真空系统： 1）真空度：电子枪真空度≤5 *10-6 Pa；样品区真空度≤2 *10-5 Pa （冷阱）； 2）换样时间≤90秒。13,000,000.00工业本采购包不接受联合体投标合同履行期限：自合同签订之日起270日二、获取招标文件时间： 2024-06-04 至 2024-06-12 ，（提供期限自本公告发布之日起不得少于5个工作日），每天上午00:00:00至12:00:00，下午12:00:00至23:59:59（北京时间，法定节假日除外）地点：招标文件随同本项目招标公告一并发布；投标人应先在福建省政府采购网(zfcg.czt.fujian.gov.cn)免费申请账号在福建省政府采购网上公开信息系统按项目下载招标文件(请根据项目所在地，登录对应的(省本级/市级/区县)）福建省政府采购网上公开信息系统操作)，否则投标将被拒绝。方式：在线获取售价：免费三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名称：厦门市计量检定测试院地址：福建省厦门市思明区湖滨南路170号四楼联系方式：0592-26994282.采购代理机构信息（如有）名称：华睿诚项目管理有限公司地址：厦门市湖里区湖里大道6号北方商务大厦211单元联系方式：0592-57307313.项目联系方式项目联系人：郑维琳、许荣、屈涛、王彩华电话：0592-5730731网址： zfcg.czt.fujian.gov.cn开户名：华睿诚项目管理有限公司

扫描电子显微镜，作为实验室必备工具，其功能如同照相机一样，让我们清晰的观察到材料的微观形貌，放大的尺度可以达到微米级甚至是纳米级别。扫描电子显微镜原理图一 扫描电子显微镜图片（左）和EDX图片（右）扫描电子显微镜的原理是利用电子束轰击样品产生二次电子、背散射电子、特征X射线、阴极荧光等信号，这些信号会被不同功能的探头分别接收，成像得到相对应的图片。比如二次电子信号获得的图片是材料的微观形貌，这个图像是灰度图，如图一（左）。特征X射线的图片则反应了材料的成分表征，但这个图片相比于二次电子形貌图，它是一张彩色图片，如图一（右）。由于扫描显微图片是二维的，是无法直观的获得Z方向的高度值。但样品表面的实际形貌是三维的，或许获得一个三维图像，可以更加准确的得到真实形貌。我们测试一个铝合金的断口，利用Hitachi Map 3D和SU5000的五分割BSE探头的外环四象限，分别获取图片并最终形成一张三维图片，再获取EDX的成分表征结果，两者叠加，可以得到一张彩色的三维形貌成分图，如图二所示。不仅可以在X，Y，Z方向准确的观察样品材料，同时获得三维成分信息分布的情况。图二 3D形貌EDX图片日立多功能自动化热场扫描电子显微镜SU5000，不仅配置有多个高性能探头，还可以对其增加多种扩展附件及软件，如EDS，EBSD，拉伸台，压缩台，加热台，制冷台，冷冻传输，真空转移，纳米操作手等，也可以进行光镜与电镜联用，原子力显微镜联用，拉曼联用， 3view超薄切片等，甚至可以多附件的联合使用，真正实现了一机多能。图三 SU5000及5分割BSE探头公司介绍：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。

海洋光学的光纤附件、探头和配件可让用户在我们的光谱仪上传输和收集光。从现成的光纤跳线和定制光纤到专门设计的 OEM 附件，您的光纤选项和应用一样多种多样。以下是确保光纤和探头性能可靠、持久的一些技巧。 技巧1：做出明智的选择模块化光谱系统的优异性能取决于各个部分的总和。在选择光谱仪时要注意的方面应与选择光源、取样光学元件、光纤或探头相同。您是否在测量吸光度或反射率？您是否在测量低于 270 nm 的波长，在该波长下紫外线照射会使某些光纤受到曝晒？光纤将放置在您实验的什么位置？样品环境是否具有化学刺激性？确定这些标准将有助于我们指导您找到满足需求并适应样品条件的最佳组件（包括光纤）。技巧2：小心处理光纤连接器和末端如果保养不当，SMA 905 和其他光纤连接器可能会被划伤或损坏，从而影响测量。有时，客户甚至会因端部拉力过猛将连接器或套圈从光纤或探头上意外拉出。由于光纤端部磨损最大，设计了具有额外应力消除和护套保护的末端。但是，在取下端罩时要小心，用一只手握住连接器的光纤，用另一只手拉开端罩。海洋光学XSR 抗紫外老化光纤更进一步，它有一个端罩，用螺丝固定在光纤的末端 -- 无需拉动。技巧3：注意弯曲半径尽管光纤和探头在光谱仪周围移动光，但是这些组件可以承受的弯曲程度是有限的。光纤的弯曲半径表示在光纤发生损坏之前可以承受的弯曲程度。这种损坏程度可能会使光纤衰减和断裂，从而导致更严重的光损耗。这就是为什么定期检测光纤确保光传输的很好方法。光纤断裂，会使光停止传输。海洋光学报告了长时间弯曲半径（LTBR）和短时间弯曲半径（STBR）。LTBR 是存放条件下建议的最小弯曲半径。STBR 是光纤使用期间建议的最小弯曲半径。可见-近红外光、紫外-可见光、SR 和 XSR 光纤的弯曲半径技巧4：避免过热避免超过光纤材料的温度阈值：对于标准光纤，硅纤维的温度阈值为 300 °C，而环氧树脂和 PVDF 管的温度为 100 °C。对于高级光纤，整个组件的额定温度为 220 °C。包括不锈钢 BX 在内的护套可提供更好的保护，但最好咨询您的海洋光学代表，寻求在恶劣环境下的应用帮助。正如一位大学教授最近与我们分享的那样，他大一时化学实验室中的一些海洋光学光纤在初学化学家手中“存活”了 20 年。这些光纤可持续更长时间，但一些学生将这些光纤太靠近他们在测量的本生燃烧火焰，导致光纤护套和 PVDF 管熔化。耐化学性是您应用很重要的另一项标准。避免将光纤浸入可损坏石英、镍、钢、铝或环氧树脂的材料中。在恶劣的样品环境中，选择耐用的护套材料（包括硅胶单线圈或不锈钢 BX）是您不错的选择。定制套筒和套圈是另一种选择。技巧5：记住小东西虽然这并不总是可行，但在不用光纤连接器时，更换光纤连接器的端罩很有用。这有助于防止划伤，避免灰尘和指纹污染。此外，我们建议定期用透镜纸和蒸馏水、酒精或丙酮清洁光纤端部，避免划伤表面。本

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 【作者按】形貌衬度、Z衬度、晶粒取向衬度、二次电子衬度、边缘效应、电位衬度等是形成扫描电镜表面形貌像的几个重要衬度信息。对这些衬度信息的接收离不开探头。本文将就扫描电镜两种主要探头的构造、工作原理及其接收的样品信息进行详细探讨。 /span /p h1 label=" 标题居中" style=" font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px " span style=" font-size: 18px color: rgb(0, 176, 240) " 一、二次电子探头 /span /h1 p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 目前教科书的观点认为：二次电子探头接收的样品表面信息主要是二次电子。真实情况是否如此呢？ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " strong 1.1二次电子图像所拥有的特性 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " A) 二次电子能量很低（低于50ev），从样品表面溢出的深度浅，在样品中的扩散范围小。适合用于表现样品表面形貌像的极细小细节（小于10nm）。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/3edeb286-6abb-4bf7-8b3a-008c9ab1551f.jpg" title=" 1.png" alt=" 1.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " B)二次电子能量低，在样品表面的溢出量容易受到静电场（荷电）的影响，出现图像局部或全部异常变亮、磨平、变暗并伴随图像畸变的现象，即样品图像的荷电现象。 /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/fb564107-ab21-4b67-9812-18699dec50be.jpg" title=" 2.png" alt=" 2.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " C)二次电子的产额受平面斜率影响较大，边缘处产额最高，形成所谓的二次电子衬度及边缘效应。这些衬度信息会形成信息的假象，也有助于分辨某些特殊的样品信息。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 0em " span style=" text-indent: 2em " /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/51c0d3a0-49ba-412e-96ee-f789a068425d.jpg" title=" 3.png" alt=" 3.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " D) 二次电子图像的Z衬度一般表现较差。 /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/9d2c7e97-f6a9-4de1-b054-9b8e5101f0f5.jpg" title=" 4.png" alt=" 4.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " strong 1.2二次电子探头的组成及工作原理 /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 二次电子能量弱（低于50ev），要想获取二次电子信息就必须采用高灵敏探头。利用敏感度极强的荧光材料接收弱信号，再以光电倍增管对弱信号做百万倍的放大，将能量极弱的二次电子信息转化为能被电子线路处理的电子信息。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 这种设计是目前解决这一难题的最佳方案。二次电子探头的基本构造正是以这个思路为基础来设计。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 1.2.1 Everhart-Thornley探测器的结构组成 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 由金属网收集极、闪烁体、光导管、光电倍增管和前置放大电路组成的探测器被称为Everhart-Thornley探测器。一直以来都是各厂家用于接收二次电子的主流探测器。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/2f6dd144-afab-427d-99c2-96f6565bc641.jpg" title=" 5.png" alt=" 5.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 1.2.2 Everhart-Thornley探测器的工作原理 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 位于探头最前端的收集极是由金属网构成，其上加有200V的正偏压以捕获更多的二次电子。进入收集极的二次电子由加载在闪烁体金属铝膜上的10KV电压加速在闪烁体上产生一定数量的光子。由闪烁体产生的光子经过光导管的全反射进入光电倍增管阴极，在阴极上转换成电子。这些电子由打拿极的不断倍增，经阳极输出高增益低噪音的电信号。该信号由紧贴阳极的前置放大器放大后，从探测器输出。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 探测器本身无法将到达探测器的高能量背散射电子从低能量的二次电子中分离，但通过改变收集极偏压可以将低能量的二次电子给阻绝在探头外面。其接收的信息特性完全取决于到达探头的信息组成，如果信息中二次电子含量大则图像偏向于二次电子的图像特性，如果背散射电子含量大则结果偏向于背散射电子的图像特性。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 将探头的收集极变成负偏压，则我们可以获得偏向于背散射电子的图像。但是图像信号衰减较多，图像质量较差。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 1.3二次电子探头的位置与成像特性 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 高分辨场发射扫描电镜中，二次电子探头（ET探头）往往被置于仪器的两个位置：镜筒及样品仓。虽然各电镜厂家探头的具体位置有差异，但其结构是基本一致。探头位置不同，获取的图像性质差异也非常大。下面就以日立冷场电镜S-4800二次电子探头的位置设计为例来加以说明。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 1.3.1& nbsp S-4800二次电子探头的位置设计 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在冷场扫描电镜S-4800中标配了两个二次电子探头。这两个探头的结构和性能完全一致，仅仅在电镜中安装的位置有所差异。一个位于样品仓，另一个位于物镜的上方。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 如下图所示： /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/6b4fc92d-a161-48eb-938a-cdc27b8be3a5.jpg" title=" 6.png" alt=" 6.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 1.3.2 上、下探头的工作过程及获取图像的特性 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 1.3.2.1上探头接收的样品信息 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 扫描电镜EXB系统的结构是在物镜磁场（B）上方正对着上探头设计一个电场（E）。该电场的作用是将物镜磁场吸上来的背散射电子、二次电子混合信息中能量较弱的二次电子分离出来，推向上探头。这个过程如同碾米机进行米、糠分离时吹风机的作用一样。故上探头获取信息是较为纯正的二次电子。背散射电子也可以通过位于物镜内的电极板转换成二次电子被上探头接收，通过调节电极板上加载的电压来选择到达上探头的信息特性。这种间接接收的背散射电子有其一定的特点，但损耗大，大部分情况下信号量不足。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 下面组图为上探头接收的四种信息特性。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/312e9fc9-364e-47b7-aa0f-f4a6759f8a69.jpg" title=" 7.png" alt=" 7.png" / /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/6ccf7e3c-4ea6-4df7-a35f-702c3461675e.jpg" title=" 8.png" alt=" 8.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 1.3.2.2上探头的工作过程 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 高能电子束轰击样品产生各种电子信息被物镜磁场吸收送往物镜上方。工作距离越小被物镜俘获的样品电子信息越多，其中二次电子和背散射电子是呈现扫描电镜表面形貌信息的主要信号源，将被拿出来单独讨论。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 二次电子和背散射电子混合信息被物镜磁场送到位于物镜上方的电场，能量弱的二次电子受电场影响从混合信息中被分离出来并推送到位于物镜上方的上探头，背散射电子由于能量较强，电场对其影响较小，将穿过电场轰击位于电场上方的电极板，产生间接二次电子也会被上探头接收到，但其含量较小不是主要信息。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 位于物镜中的电极板通过调整加载电压来选择进入物镜的信息类型。低角度（LA）背散射电子可由电极板转换成二次电子被上探头接收，形成所谓间接的LA背散射电子像。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 电极板加载+50V电压，将吸收低角度的二次电子和背散射电子，抑制低角度电子信息进入镜筒（U）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 电极板加载0V，将由其转化成二次电子的低角度背散射电子和低角度二次电子信息都送入镜筒。上探头接收的是各种角度二次电子和低角度背散射电子的混合信息。其混合比例将随着电极板电压的降低，背散射信息逐渐增多（U，LA0）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " -150V时，二次电子被全部压制，此时上探头接收到的是纯的低角度背散射电子所激发的二次电子信息（U，LA100）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 位于镜筒内的能量过滤器，会将二次电子以及低角度背散射电子所形成的二次电子给抑制，此时上探头或顶探头接收的是高角度背散射电子信息（U，HA）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 图像特性：Z衬度充分，其他都不足。由于高角度背散射电子产额少，对样品及束流的要求都较高。目前在束流较低的冷场扫描电镜中取消这个功能，只在束流较高的regulus8200系列冷场电镜中保留顶探头设计。但适用的样品并不多。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/54aea59e-1225-4703-a62d-324fa54bf35c.jpg" title=" 9.png" alt=" 9.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 1.3.2.3下探头的位置及其图像特性 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp 下探头位于场发射扫描电镜样品仓位置。示意图如下： /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/17380253-5429-4944-af61-5caa22457c69.jpg" title=" 11.png" alt=" 11.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 下探头位于样品仓中，因此也称样品仓探头。它与样品之间没有任何阻碍物，激发出来的样品信息可以不受影响的到达该探头。下探头本身不能对到达探头的背散射电子信号加以甄别，其图像特性取决于到达探头的信息特征。二次电子居多，就偏向二次电子的图像特性；背散射电子居多，则偏向于背散射电子的图像特性。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp & nbsp 样品仓探头接收的样品信息以低角度信息为主，背散射电子含量占主导。对样品信息的接收效果取决于探头与样品之间形成的固体角，样品的位置十分关键，存在一个最佳工作距离。各厂家的最佳工作距离各不相同，日立电镜是15mm。下探头位于样品的侧向，图像特性：形貌衬度好，立体感强；荷电影响小；Z衬度好；细节易受信号扩散影响，高倍清晰度不足，10纳米以下细节很难分辨。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 不同厂家的样品仓探头位置不同，因此最佳工作距离以及探头、电子束、样品之间的夹角都会略有不同。形成的图像在空间感及高分辨能力上存在差异。样品仓真空度也是样品仓探头分辨力的主要影响因素之一。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 日立冷场扫描电镜下探头的成像实例： /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/b5917c9d-9e59-41fb-82c6-4c3fd3475cab.jpg" title=" 12.png" alt=" 12.png" / /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/decfd495-8ec1-490e-b6e8-c6735f4f5ad9.jpg" title=" 13.png" alt=" 13.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 1.3.2.4上、下探头的图像特性对比实例 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 上、下探头结构一致，仅仅由于安装位置不同导致其成像特性也不一样，充分掌握这些差异将有利于你选择正确的测试条件。下面将通过几组对照图来加以阐述： /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/c911ae27-5aac-4936-a791-5f3f37126870.jpg" title=" 14.png" alt=" 14.png" / /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/7388deb2-be2f-472d-9c96-52b873fb089c.jpg" title=" 15.png" alt=" 15.png" / /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/169e28be-1208-4ae4-ace5-96820e80cb8b.jpg" title=" 16.png" alt=" 16.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 从以上各组对照图可以清晰看到，上探头二次电子信息特征极为强烈，而下探头偏重背散射信息。这些特点使得该两种探头获得的样品信息差异较大，各自都有适合的样品及所表现的样品信息。在各自适用的范围内对方都无可替代。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 根据个人多年的测试经验，下探头获取的样品信息虽然在10纳米细节观察上有所欠缺，但获取的信息更为充分。本着初始图像以信息量是否充分为主的原则，15mm工作距离选用下探头测试，常常被用做扫描电镜测试时的初始条件。以该条件下获取的形貌像为参考，依据样品的信息需求以及对上、下探头成像特性的正确认识，再做进一步调整。 /p h1 label=" 标题居中" style=" font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px " span style=" font-size: 18px color: rgb(0, 176, 240) " 二、背散射电子探头 /span /h1 p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 2.1背散射电子的图像特性 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 高能电子束受样品原子核及核外电子云的库仑势影响，发生弹性和非弹性散射后溢出样品表面，形成样品背散射电子。其特点是：能量大（与入射电子相当），产额受样品原子序数、密度以及晶体材料的晶体结构及晶粒取向影响较大，是形成样品Z衬度和晶粒取向衬度信息的主要信号源。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 背散射电子按信号溢出角分为高角度和低角度两种类型。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 高角度背散射电子的Z衬度更为明显，但整体产额很低，仅在束流较大的场发射扫描电镜上配置了接收该信息的探头。探头位于镜筒中物镜的正上方（或称T），适用样品并不多。扫描电镜日常采集的主要是低角度背散射电子。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 高角度背散射电子相较于低角度背散射电子，Z衬度更为明显，但其产额较低。由于该信息最佳接收位置在样品正上方，探头、样品以及入射电子束在一条线上，故空间形貌较差。低角度背散射电子Z衬度略弱，但产额大，形貌像更好。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 要充分接收低角度背散射电子信息，探头需要与样品形成一定角度。相对于高角度背散射电子，低角度背散射电子形成的图像空间感好，表面形态及细节信息较充分，但Z衬度略差，不如高角度背散射电子明显。以下是分别以二次电子和高、低角度背散射电子为主所形成的形貌像比较。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/cf857ded-2b46-4cfa-b30e-df25d2f6cbcb.jpg" title=" 17.png" alt=" 17.png" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong style=" text-align: center text-indent: 0em " 碳复合金颗粒的二次电子、高角度背散射电子、低角度背散射电子对照 & nbsp & nbsp & nbsp /strong span style=" text-align: center text-indent: 0em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 2.2背散射电子探头的构造及工作原理 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 环形半导体背散射电子探头是最经典的背散射电子探头。该探头采用环状硅基材料做成，构造形式是半导体面垒肖特基结二极管或p-n结二极管，如下图： /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/c6983a61-7f15-42c3-849e-c0b3f78c0f4f.jpg" title=" 18.png" alt=" 18.png" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 图片节选自《微分析物理及其应用》 丁泽军 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp & nbsp & nbsp 背散射电子在硅基探测器中激发大量的电子-空穴对。同样加速电压下，电子-空穴对的产量和背散射电子强度形成一定的对应关系。并由此形成对应的电信号，经处理后在显示器形成样品的背散射电子图像（Z衬度像或晶粒取向衬度像）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp & nbsp & nbsp 硅基材料形成电子-空穴对，需要信号激发源有一定的能量（肖特基结对5KV以下电子有大增益，P-N结对10KV电子才有大增益），能量较小的二次电子很难在该探头上产生信息，故探头形成的图像带有强烈的背散射电子图像特性。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 为了获取低能量的背散射电子信息，背散射电子探头改用YAG晶体或在探头上做一层薄膜如FEI的CBS，这些改变都对探头获取低能量背散射电子有利，形成的图像细节更丰富。但探头灵敏了，干扰也会增多，Z衬度也会减弱。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/a6b2de85-8984-486a-8940-122ff5311cf1.jpg" title=" 19.png" alt=" 19.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" text-indent: 2em " 2.3各种探头接收背散射电子信息的结果对比 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 传统硅基P- N结背散射电子探头对加速电压的要求高（10KV以上），它获取的背散射电子信息不易受低能量信息的干扰。Z衬度分明，荷电影响极小，但图像的细节呆板，表面细节信息缺失严重，较高倍时图像的清晰度差。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 钨灯丝扫描电镜，电子枪本征亮度差，要获得高质量形貌像所需的电子束发射亮度，加速电压必须在10KV以上。P-N结背散射电子探头正好与其互相匹配，故被广泛使用。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 场发射扫描电镜本征亮度大，低加速电压下进行高分辨形貌像测试是常态，P-N结背散射电子探头与其匹配度差。而CBS和YAG探头的功能和样品仓探头比起来Z衬度优势并不明显，二次电子的接收效果又不如，个人认为完全可以用样品仓探头来完美的替代背散射电子探头。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 如前所述，二次电子探头也能接收大量背散射电子。它所获取的图像性质取决于到达探头的信息组成，如果背散射电子信息居多，它就偏向背散射电子的图像特征，二次电子居多就偏向二次电子图像特征。二次电子探头适合在不同加速电压（几百伏到30KV）下获取背散射电子图像。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 低加速电压有利于取得是浅表层信息；高加速电压有利于取得较深层信息。探头的适用范围越广，测试条件的选择越充分，获取的样品信息越完整。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/de1afe4f-f593-4e4e-88d0-92b7ec8a573e.jpg" title=" 20.png" alt=" 20.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 背散射探头通过电子-空穴对的转移来传递信息，运行速度较二次电子探头（光电转换）慢很多。在进行聚焦、像散、对中操作时，图像对操作的反应滞后严重，须在慢速下调整。整个操作麻烦，精确的高倍调整更为困难。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 背散射电子探头往往置于样品与物镜之间，推进推出操作麻烦且易引发探头和样品间碰撞，对探头造成损伤。对该位置的占有，也会给后期分析设备安装带来麻烦。随着能谱仪、EBSD性能的突飞猛进，背散射电子探头对成分及结构组成分析的作用大大衰减，且成本不低，信息量少，使用率低。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 个人观点：背散射探头连鸡肋都算不上，基本可以抛弃。 /p h1 label=" 标题居中" style=" font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px " span style=" color: rgb(0, 176, 240) font-size: 18px " strong 结束语 /strong /span /h1 p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 探头是扫描电镜获取样品表面形貌信息的关键部件。其性能高低对形成样品高质量、高分辨的表面形貌像至关重要。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 探头主要有两大类：二次电子探头、背散射电子探头。传统的观点认为：二次电子探头主要用来接收样品的二次电子信息，背散射电子探头接收的是背散射电子信息。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 实践经验告诉我们这个观点并不正确。二次电子探头的图像性质取决于到达探头的信息组成。到达探头的信息以背散射电子信息为主则图像倾向背散射电子图像特性，二次电子信息为主则是二次电子的图像特性。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 高分辨场发射扫描电镜常规设计有两个二次电子探头，分别位于样品仓和镜筒内部。不同位置的探头获取样品表面形貌信息的组成差异很大。镜筒内探头获取的基本都是二次电子信息，样品仓探头则是以背散射电子为主的混合信息。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 改变工作距离对探头获取样品信息的影响极大，工作距离越小越有利于上探头获取样品的二次电子信息，大工作距离有利于样品仓探头获取样品的混合信息。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 工作距离对样品仓探头接收样品信息的影响并不是越大越好，而是有一个最佳工作位置。最佳工作位置设计的越合理，你获取的样品信息也就会越丰富。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 传统的半导体背散射电子探头由于需要较大的激发能，故能量较弱的二次电子很难在探头上产生信号，该探头获取的背散射电子图像较为纯净。早期的硅基P-N结半导体背散射探头激发能要求较高（10KV）所以它形成的图像呆板，细节分辨差，表面信息少，但Z衬度强烈，不易受荷电影响。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 高加速电压对充分获取样品表面信息不利，为了提高探头获取表面信息的能力，出现许多低电压背散射探头（CBS\YAG）。但个人认为：低电压背散射电子探头的成像效果不如样品仓探头来的细腻，设计合理的样品仓探头完全可以替代背散射探头的功能。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 要掌握好仪器设备，对各功能部件的充分认识是基础。希望通过本文，能和大家一起对扫描电镜的信息接收系统有个重新认识。对探头以及工作距离的正确选择必定会为你带来更为丰富的样品信息。 span style=" text-indent: 2em " & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 参考书籍： /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 《扫描电镜与能谱仪分析技术》张大同2009年2月1日& nbsp span style=" text-indent: 2em " 华南理工出版社 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 《微分析物理及其应用》 丁泽军等 & nbsp & nbsp & nbsp 2009年1月& nbsp span style=" text-indent: 2em " 中科大出版社 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 《自然辩证法》 & nbsp 恩格斯 & nbsp 于光远等译 1984年10月& nbsp span style=" text-indent: 2em " 人民出版社& nbsp & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 《显微传》 & nbsp 章效峰 2015年10月& nbsp span style=" text-indent: 2em " 清华大学出版社 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 日立S-4800冷场发射扫描电镜操作基础和应用介绍 span style=" text-indent: 2em " & nbsp 高敞 2013年6月 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 作者简介： /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% float: left width: 75px height: 115px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202003/uepic/741ca864-f2b8-4fc3-b062-2b0d766c5a7b.jpg" title=" 扫描电镜的探头新解-林中清.jpg" alt=" 扫描电镜的探头新解-林中清.jpg" width=" 75" height=" 115" border=" 0" vspace=" 0" / 林中清，87年入职安徽大学现代实验技术中心从事扫描电镜管理及测试工作。32年的电镜知识及操作经验的积累，渐渐凝结成其对扫描电镜全新的认识和理论，使其获得与众不同的完美测试结果和疑难样品应对方案，在同行中拥有很高的声望。2011年在利用PHOTOSHIOP 对扫描电镜图片进行伪彩处理方面的突破，其电镜显微摄影作品分别被《中国卫生影像》、《科学画报》、《中国国家地理》等杂志所收录、在全国性的显微摄影大赛中多次获奖。& nbsp & nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 延伸阅读： /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong /strong /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20200218/522167.shtml" target=" _self" style=" color: rgb(0, 176, 240) border: none text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 二次电子和背散射电子的疑问（下）——安徽大学林中清32载经验谈（5） /span /a /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20200114/520618.shtml" target=" _self" style=" color: rgb(0, 176, 240) border: none text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 二次电子和背散射电子的疑问[上]-安徽大学林中清32载经验谈（4） /span /a /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " strong /strong /span /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20191224/519513.shtml" target=" _self" style=" color: rgb(0, 176, 240) border: none text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 电子枪与电磁透镜的另类解析——安徽大学林中清32载经验谈（3） /span /a /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20191126/517778.shtml" target=" _self" style=" text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 扫描电镜放大倍数和分辨率背后的陷阱——安徽大学林中清32载经验谈（2） /span /a /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20191029/515692.shtml" target=" _self" style=" color: rgb(0, 176, 240) border: none text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 扫描电镜加速电压与分辨力的辩证关系——安徽大学林中清32载经验谈 /span /a /p

Siti Nur Afifa Azman , Eleonora Pavoni , Marco Farina扫描微波显微镜（SMM）在提供亚表面结构的成像和允许样品的局部定量表征方面是突出的。一种被称为反向扫描微波显微镜（iSMM）的新技术是最近开发的，旨在扩大该应用，超出当前对表面物理和半导体技术的关注。通过一个简单的金属探针，iSMM可以从现有的原子力显微镜（AFM）或扫描隧道显微镜（STM）转换而成，从而在带宽、灵敏度和动态范围方面形成传统的SMM。iSMM主要用于分析生物样品，因为它可以在液体中工作。扫描微波显微镜（SMM）[1]是扫描探针显微镜（SPM）[2]家族中的一种仪器，该家族包括众所周知的原子力显微镜（AFM）和扫描隧道显微镜（STM）。在SMM中，用作天线的探头在表面附近进行光栅扫描，在扫描过程中，记录微波信号的局部反射系数，提供关于表面和亚表面阻抗的信息。SMM的一个基本优点是它能够通过利用纳米探针和样品本身之间的近场电磁相互作用来定量表征样品的电磁特性。在一些实施方式中，矢量网络分析仪（VNA）被用作微波信号的源和检测器，通过导电探针辐射和感测微波信号。通常，SMM与一些其他SPM技术（例如AFM或STM）协同工作，提供了一种控制和保持探针和样品之间距离恒定的机制。基于SPM的SMM显微镜的使用最近在生物和生物医学领域获得了更多的关注，这是由于该技术能够测量与生理病理条件密切相关的电磁参数。然而，在极端环境（如用于保持细胞健康的生理缓冲液）中喂养SPM探针已被证明极具挑战性。作者于2019年引入的一种称为倒置SMM（iSMM）的新设置[3]克服了原始SMM与生理环境相关的大多数限制：倒置SMM的结构成本低、易于获得，并且与生理环境兼容，这也使得SMM能够应用于生物生活系统。其想法是将进料从探头移动到样品架；在iSMM中，样品保持器是一条传输线，通过该传输线测量反射和透射，而SPM探头（交流接地）仅干扰通过样品的传输线。因此，任何现有的SPM都可以创建iSMM，只需提供适当的样本保持器，当然，还可以使用软件同步传输线上的测量和SPM扫描。需要强调的是，所提出的系统是宽带的，能够实现频谱分析、时域分析和微波层析成像。到目前为止，SMM已被用于表征活的生物细胞，尽管在生理缓冲液中操作存在挑战[4，5]。除此之外，它还被用于负责细胞呼吸和能量生产的亚细胞细胞器，如线粒体[6]。iSMM已证明能够克服液体操作的局限性，这是首次在生理缓冲液中成功地对活细胞进行微波成像[3]。仪器开发几年来，研究活动一直基于一种自制的STM辅助SMM，该SMM是通过将Imtiaz[7]的系统的一些特性与Keysight[8]开发的系统混合而构建的。在这里，特别是结合了标准隧道显微镜，其反馈电路用于将探针与样品保持在给定距离，并在反射计设置中使用微波信号。然而，与Keysight仪器和其他可用设备不同，该仪器没有谐振器；因此，显微镜可以在VNA允许的整个频率范围内记录数据。具体而言，该系统利用并控制一台商用STM显微镜、NT-MDT的Solver P47和一台Agilent矢量网络分析仪PNA E8361，其带宽为67 GHz，动态范围为120 dB。例如，该技术被应用于线粒体成像[9]，以评估干燥的癌细胞，并被特意处理以确定掺入的富勒烯的存在[10]。通过利用在多个相近频率下获得的图像的相关性，并使用一种权宜之计，即时域反射法[11-13]，提高了系统灵敏度，这可以通过使用尖端/样本相互作用对微波信号进行“扩频”调制来理解；在频谱上传播的信息通过傅里叶逆变换在单个时间瞬间折叠来恢复。STM辅助的SMM提供了非常高质量的图像，减少了由于地形“串扰”而产生的伪影，即由于扫描期间探针电容的变化而产生的地形副本。然而，STM在处理导电性较差的样品（如生物样品）时极具挑战性，在液体中使用时更为困难。图1A）中所示的传统SMM通常是从AFM（或STM）获得的，其中微波信号被注入并由反射测量系统感测：反射信号和注入信号之间的比率，即所谓的反射系数（S11），可用于确定样品的扩展阻抗或介电常数，经过适当的校准和分析。这种单端口反射测量通常具有40-60dB的动态范围，这受到定向耦合器的限制。在图1（B）所示的iSMM配置中，导电扫描探针（AFM或STM）始终接地，微波信号通过传输线（例如共面波导、槽线）注入，以这种方式，传输线成为样品保持器。传输线的输入和输出连接到VNA，从而可以测量反射和传输信号（分别为S11和S21）[3,14,15]。这种双端口测量通常具有120−140 dB，这使得当接地探头扫描样品时更容易感测到接地探头引起的微小扰动。图1：（A）基于AFM的传统SMM和（B）倒置SMM的示意图。图2：干燥Jurkat细胞的同时（A）AFM和（B）iSMM|S11|图像。Jurkat细胞和L6细胞的iSMM表征最初，在干燥的Jurkat细胞以及干燥的和活的L6细胞上证明了iSMM[3]。图2显示了干燥Jurkat细胞的AFM和iSMM S 11图像的比较。同时，图3比较了盐水溶液中活L6细胞的AFM和iSMM S 21图像。iSMM S 11和S 21信号分别在4 GHz和3.4 GHz下滤波。干燥Jurkat细胞的iSMM S 11图像显示出与AFM相同的质量，而活L6细胞的iSMMS 21显示出由双端口SMM在液体条件下测量的透射系数形成的最佳质量。在这项工作中，透射模式测量的校准程序[16]应用于干燥L6电池的iSMM S21。图4说明了校准的效果，显示了AFM形貌图像、被样品形貌破坏的iSMM S21电容图像以及在6.2 GHz下去除了干燥L6电池的形貌效应的iSMM S 21介电常数图像。正如预期的那样，在干燥电池的外围附近出现了脊，但整个电池的介电常数为2.8±0.7。本质上，该值与电解质溶液中脂质双层的值相当[17]，但低于干燥大肠杆菌的值[18]。随后，对干燥的Jurkat细胞进行了iSMM反射模式测量的定量表征[19]。图3：盐水溶液中活L6细胞的同时（A）AFM和（B）iSMM|S21|图像。图4：干燥的L6电池的（A）AFM形貌、（B）iSMM|S21|电容和（V）iSMM| S21|介电常数图像。图5：（A）AFM形貌，（B）iSMM|S11|，（C）iSMMφ11，和（D）干燥Jurkat电池的介电常数图像。图6：（A）AFM形貌，（B）iSMM|S11|，（C）iSMM| S21|，（D）时间门控iSMM|S 11|，和（E） 葡萄糖等渗溶液中相同线粒体的时间门控iSMM|S21|图像。图5显示了AFM形貌、原始iSMM S11的大小以及在4GHz下同时获得的相位。该图显示了带样品和不带样品的区域之间的良好对比，揭示了与表面和亚表面区域中不同的电特性相关的其他特性。按照已经描述的算法校准原始iSMM S11图像[20]。图5（D）显示了干燥的Jurkat电池的提取介电常数图像，其约为2.6±0.3，并且在电池上均匀。该值与传统SMM在干燥的L6细胞上获得的先前数据一致[21]。生活环境中线粒体的iSMM表征iSMM的最新工作是在完全浸入液体中的线粒体上进行的，以非接触模式操作，最大限度地减少了对样品的损伤[22]。图6（A）、图6（B）和图6（C）显示了AFM形貌图像，其中iSMM图像S11和S21在直径约为1µm的同一线粒体上同时采集。在1.6-1.8GHz的频带上对iSMM信号进行滤波和平均。显然，|S11|和|S21|图像质量相当，并且都揭示了AFM图像中不存在的细节。由于线粒体是不导电的，所以从周围的CPW电极可以很容易地看到对比。与大多数SMM不同，iSMM能够进行宽带测量。因此，它使iSMM从1.6GHz到1.8GHz测量的S11和S21信号能够通过傅里叶逆变换变换到时域。随后，可以门控掉不需要的信号，以进一步提高SNR[13，20]。最后，图6（D）和图6（E）显示了时间门控iSMM S11和S21图像，显示了更精细的细节。iSMM探针和线粒体之间的相互作用阻抗可以从S11和S21测量中获得。反过来，可以提取线粒体介电性质的局部变化，正如SMM对活细胞所做的那样[3]。总结iSMM能够对生物样本的细胞内结构进行无创和无标记成像。iSMM可以通过任何现有的扫描探针技术轻松获得，只需使用合适的样品夹，为大多数实验室提供了利用该技术的机会。Jurkat细胞、L6细胞和线粒体的iSMM图像显示出良好的灵敏度和质量，显示了AFM形貌中无法看到的细节。通过实施为传统SMM开发的校准算法，分别对干燥的Jurkat细胞和L6细胞进行透射和反射模式测量的定量表征。Jurkat细胞的介电常数被确定为约2.6±0.3，而L6细胞显示为约2.8±0.7。时域分析定性地改进了iSMM，并提供了对样品（如线粒体）的更多了解。致谢我们要感谢我们的研究小组和所有为本报告的科学结果做出贡献的人。这项工作的一部分获得了欧洲项目“纳米材料实现下一代物联网智能能源收集”（NANO-EH）（第951761号赠款协议）（FETPROACT-EIC-05-2019）的资助。我们还要感谢来自意大利SOMACIS的Francesco Bigelli博士和Paolo Scalmati博士在实现样品架原型方面的帮助。附属机构：1 Department of Information Engineering, Marche Polytechnic University, Ancona, Italy联系；Prof. Dr. Marco Farina Department of Information Engineering Marche Polytechnic University Ancona, Italy m.farina@staff.univpm.it 参考文献：https://bit.ly/IM-Farina 原载：Imaging & Microscopy 4/2022. Inverted Scanning Microwave Microscopy—— Application and Perspective on Biological Samples供稿：符 斌，北京中实国金国际实验室能力验证研究有限公司

显微镜连接电脑 摄像头连接到显微镜的安装操作显微镜可通过USB接口连接电脑和摄像头，用户可以在电脑进行拍照和录像等操作。显微镜摄像头通过高分辨率的CMOS/CCD传感器捕捉显微镜下的图像，然后通过控制器将图像传输到电脑或其他存储设备中。显微镜摄像系统可以用于观察、记录和分析细胞、组织、微生物等样本的结构和特征。它也可以用于医学、生物学、农业等领域的研究和实验中。MHS900显微镜摄像头显微镜摄像头连接到电脑的安装操作如下：1. 准备显微镜、摄像头和电脑，确保它们都是关闭状态。2. 使用相应的接口将数码显微镜与电脑连接起来，通常情况下会使用USB线或HDMI线，显微镜的USB2.0/3.0接口直接插入电脑对应的USB2.0/3.0接口即可，操作比较简单，插好后打开视频软件就可以使用了。3. 打开显微镜的电源，调整显微镜的焦距，使其清晰。（可以先放一张白色的纸张，调节好距焦。）4. 打开电脑，找到对应的驱动程序并安装，通常可以在显微镜摄像头的说明书上找到。5. 安装完成后，打开显微镜摄像头的软件，通常会在电脑的右下角或任务栏中显示。6. 在软件中选择“连接”或“导入”选项，然后选择要连接的数码显微镜品牌/型号。7. 等待软件与显微镜建立连接，连接成功后，可以在软件中看到显微镜中的图像。8. 可以使用软件进行拍照、录像、测量等操作，同时也可以将图像导出到电脑中进行进一步处理和分析。显微镜摄像系统界面显微镜摄像系统：https://www.instrument.com.cn/netshow/SH105067/product-C7803-0-0-1.htm显微镜摄像头：https://www.instrument.com.cn/netshow/SH105067/product-C7803-0-0-1.htm如果您的显微镜需要升级拍照功能和安装，请与我们联系。

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

2023年2月23日，北京大学程和平/王爱民团队在Nature Methods在线发表题为“Miniature three-photon microscopy maximized for scattered fluorescence collection”的文章。文中报道了重量仅为2.17克的微型化三光子显微镜（图1），首次实现对自由行为小鼠的大脑全皮层和海马神经元功能成像，为揭示大脑深部结构中的神经机制开启了新的研究范式。图1 小鼠佩戴微型化三光子显微镜实景图解析脑连接图谱和功能动态图谱是我国和世界多国脑计划的一个重点研究方向，为此需要打造自由运动动物佩戴式显微成像类研究工具。2017年，北京大学程和平院士团队成功研制第一代2.2克微型化双光子显微镜，获取了小鼠在自由行为过程中大脑皮层神经元和神经突触活动的动态图像。2021年，该团队的第二代微型化双光子显微镜将成像视野扩大了7.8倍，同时具备获取大脑皮层上千个神经元功能信号的三维成像能力。此次，北京大学最新的微型化三光子显微镜一举突破了此前微型化多光子显微镜的成像深度极限：显微镜激发光路可以穿透整个小鼠大脑皮层和胼胝体，实现对小鼠海马CA1亚区的直接观测记录（图2，Video 1-2），神经元钙信号最大成像深度可达1.2 mm，血管成像深度可达1.4 mm。另外，在光毒性方面，全皮层钙信号成像仅需要几个毫瓦，海马钙信号成像仅需要20至50毫瓦，大大低于组织损伤的安全阈值。因此，该款微型三光子显微镜可以长时间不间断连续观测神经元功能活动，而不产生明显的光漂白与光损伤。图2 微型三光子显微成像记录小鼠大脑皮层L1-L6和海马CA1的结构和功能动态。CC：胼胝体。绿色代表GCaMP6s标记的神经元荧光钙信号，洋红色代表硬脑膜、微血管和脑白质界面的三次谐波信号。Video1 这是使用北大微型化三光子显微镜拍摄的小鼠大脑从大脑皮层到胼胝体再到海马CA1亚区的三维重建图。绿色代表GCaMP6s标记的神经元荧光信号，洋红色代表硬脑膜、微血管和脑白质界面的三次谐波信号。左上角显示成像深度，可以看到，激光进入大脑，以硬脑膜作为0点，向下移动z轴位移台，我们一次看到了皮层L1至L6分层的神经元胞体和微血管，之后我们看到了胼胝体致密的纤维结构。在穿过胼胝体后，我们继续向下，我们终于看到了位于海马CA1亚区的神经元胞体。Video2 左下图是小鼠佩戴着微型化三光子探头，在鼠笼(长29厘米× 17.5厘米宽× 15厘米高)中自由探索。左上图是此时小鼠佩戴的微型化三光子探头正在对深度为978 μm的海马CA1亚区神经元荧光钙信号进行成像（帧率8.35Hz，物镜后的光功率为35.9 mW）。右图展示了左上图中10个神经元的钙活动轨迹，尖峰代表钙信号发放。钙活动轨迹上移动的蓝线与小鼠自由行为视频同步。海马体位于皮层和胼胝体下面，在短期记忆到长期记忆的巩固、空间记忆和情绪编码等方面起重要作用。在啮齿类动物研究模型中，海马距离脑表面深度大于一个毫米。由于大脑组织，特别是胼胝体，具有对光的高散射光学特性，所以突破成像深度极限是长期以来困扰神经科学家的一个极大的挑战。此前的微型单光子及微型多光子显微镜均无法实现穿透全皮层直接对海马区进行无损成像。北京大学微型化三光子显微镜成像深度的突破得益于全新的光学构型设计（图3）。作者通过对皮层、白质和海马体建立分层散射模型进行仿真，发现荧光信号从深层组织到达脑表面时已经处于随机散射的状态，使得显微物镜荧光收集效率降低，从而极大限制了成像深度。针对这一问题，经典阿贝聚光镜结构被引入构型设计中：微型阿贝聚光镜与简化的无限远物镜密接可以提高散射光的通透效率；阿贝聚光镜与激发光路中的微型管镜部分复用，可以进一步简化结构，降低损耗。总体上，新微型化显微镜的散射荧光收集效率实现了成倍的提升。图3 微型化三光子显微镜光学构型同时，利用微型三光子显微镜，作者研究了小鼠顶叶皮层第六层神经元在抓取糖豆这一感觉运动过程中的编码机制：发现大约37%的神经元在抓取动作之前就开始活跃且在抓取时最活跃，大约5.6%的神经元在抓取动作之后开始活跃，说明不同神经元参与了不同阶段的编码（图4，Video 3）。这一结果初步展示了微型化三光子显微镜在脑科学研究中的应用潜力。图4 小鼠顶叶皮层第六层神经元在抓取糖豆任务中的不同反应类型Video3 左图是佩戴着微型化三光子显微镜的小鼠在0.5厘米狭缝中用手抓取糖豆吃。中间图是此时微型化三光子显微镜探头拍摄的PPC脑区皮层第6层神经元（位于650微米深度）荧光钙信号（GCaMP6s标记的神经元，帧率15.93 Hz）。右图是选取中间图中5个神经元的钙活动轨迹，其中每条绿线表示一次小鼠的抓取动作。移动的蓝色线与左图的小鼠行为视频以及中间图中的神经元活动同步。视频以正常(×1)、慢速(×0.5)和快速(×10)的速度播放，以便于查看抓取行为。北京大学未来技术学院博士后赵春竹、北京大学前沿交叉学科研究院博士研究生陈诗源、北京大学分子医学南京转化研究院研究员张立风为该论文的共同第一作者，北京大学程和平、王爱民、赵春竹为论文的共同通讯作者。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41592-023-01777-3这是程和平院士领衔发表的又一重大微型化显微成像成果。更早之前，由程和平院士牵头研发的微型化双光子活体成像技术，被Nature Methods评为“2018年度方法”，被国家科技部评为“2017度中国十大科学进展”。该技术将传统双光子显微镜中的核心探头，都缩减在一个仅有2.2克重的微小部件中。这项自主研发的核心技术已经成功商业化生产，产品为配戴式双光子显微镜，目前已经在世界多地实现销售，被国内外科学家应用于神经科学研究的多个领域，并获得了业内知名专家学者的高度认可。

近年来，光学成像技术如荧光分子成像、光声成像和生物发光成像等广泛应用于小动物活体成像。同时，多模态成像技术的兴起将多种成像技术结合，为小动物活体成像提供了更精确和信息丰富的工具。为帮助广大用户及时了解小动物活体成像前沿技术、产品与整体解决方案，仪器信息网特别制作【小动物活体成像技术创新突破进行时】专题，并策划“小动物活体成像技术”主题征稿活动，以期进一步帮助广大用户从多维度深入了解小动物活体成像技术应用、主流品牌、市场动态以及相关内容。本期约稿特别邀请超维景生物科技有限公司研发总监胡炎辉，就小动物活体成像技术发展、市场规模及未来趋势进行分享，并就超维景生物科技在面对小动物自由运动活体成像瓶颈取得的突破性进展。 本期嘉宾：胡炎辉，超维景生物科技有限公司 研发总监 胡炎辉，超维景生物科技有限公司研发总监。2018年毕业于北京大学，电路与系统专业，曾参加基金委国家重大仪器专项，负责逻辑控制、微弱信号探测及系统设计，在激光扫描显微成像、微弱信号探测及高速信号处理等技术方向有着多年的积累。2017年至今，作为超维景核心创始团队成员之一，参与公司技术专利20余项，开发了新一代双光子成像处理平台，推出了科研、医疗等多款多光子产品，具有丰富的产学研融合开发及落地经验。——01—— 从单光子到多光子成像，推动活体成像技术发展在医学和生命科学研究的领域内，不断的革新和突破在成像技术方面是推进科学发展的关键，同时也是推动新的生物学发现和进步的重要引擎。其中，多光子成像技术通过激光与生物样本内的分子和原子相互作用产生荧光反应，以荧光显微的形式，允许我们以无损害的方式直接观察到组织的内部结构。尽管生物样本本身对光有较好的透光性，它们也具有强烈的散射特性。通常，细胞水平的高分辨成像技术在生物组织中的穿透深度“软极限”大约为1mm。不过，使用更长波长的激光可以减小对光的散射，并且增强穿透力。多光子吸收提供了一种非线性的荧光激活方法，其中双光子和三光子吸收的波长分别是单光子激发的两倍和三倍。与单光子相比，多光子成像可以实现几乎10倍的成像深度增强。这种非线性激发方法也带来了更高的信号-背景比及更优秀的层析成像能力。所有这些成像上的优势使得多光子成像特别适合用于复杂条件下的活体成像研究，成为一种在这些应用中非常重要的工具。Winfried Denk于1990年在康奈尔大学发明了世界上第一台双光子激光扫描显微镜。而自21世纪初以来，随着超快激光技术的突破及商业化，双光子显微成像技术迅速成为最广泛使用的活体动物成像方法。特别值得提及的，超维景的创始人程和平院士早在1992年就开始涉足双光子显微技术，成为最早的技术参与者之一，并致力于推广这一技术。历经近三十年的发展，双光子显微成像技术已变得在脑科学研究中不可或缺。尽管传统的台式双光子显微镜分辨率高，但它们体积庞大且重量重，需将实验动物固定或麻醉以完成成像，因此无法适用于自由活动的动物。微型单光子成像技术可以实现对自由活动的小鼠进行成像，但它在分辨率和对比度方面相对较低，难以达到亚细胞级别的分辨率和三维成像效果。——02——直面脑科学研究自主研发工具挑战，2.2克微型化双光子显微镜“轻装上阵”打造用于全景式解析脑连接和功能动态图谱的研究工具是当代脑科学的一个核心方向。针对如何在自由行为动物上绘制大脑神经元功能图谱的难题，超维景团队研发出了头戴式2.2克微型化双光子显微镜，首次实现自由活动小鼠大脑神经元和突触水平钙信号功能成像，为脑科学研究提供了革命性的新工具。这项技术解决了困扰领域近20年的挑战，显著领先于美国脑计划催生的微型化单光子技术，入选“2017年度中国科学十大进展”，并被评为Nature Methods“2018年度方法”。依托此技术建成“南京脑观象台”，为中国脑计划提供了“人无我有”的支撑平台；专利技术的产业转化实现高端显微成像装备自主创制的突破，完成对欧美国家的整机出口，累计实现销售额过亿元。通过技术拓展，研发了应用于人体的手持式双光子显微镜，在临床医学与航天医学中具有巨大的应用前景。为病理诊断技术带来一种全新的手段，成为临床疾病精准检查的重要工具。这项技术成果属于国家基金委重大仪器专项转化的科技成果，是国家在高端装备研发方向投入的典型产出代表。除了在脑科学、医疗应用领域的技术贡献之外，同时彰显了中国也可利用具有自主知识产权的国际领先的技术，实现在高端仪器方向的突破，提振了中国科学家在高端仪器装备方向的研究信心，并以此为核心技术来推动国内以及国际的科学研究大计划，对国内的脑科学研究领域也起到积极引领作用。——03——深耕小动物自由运动活体成像，持续提升核心竞争力超维景公司始创于2016年，公司核心力量来自北京大学院士创建和领导的多学科交叉团队，是一家专注于高端生物医学成像设备研发、生产和销售的国家高新技术企业。2017年，超维景核心团队成功研制仅2.2g的超高时空分辨微型化双光子显微镜，在国际上首次获取了小鼠在自由行为过程中大脑皮层神经元和神经突触活动的动态图像，被评为“2017年度中国科学十大进展”和《Nature Methods》“2018年度方法”（无限制行为动物成像），开启自由活动动物成像新范式，研究成果可应用于脑认知基本原理研究、脑重大疾病机理研究和脑疾病的药物研究，本技术进一步可应用于临床实时在体无创细胞级检测。部分获奖照片“微型化”是指将显微镜做到拇指大小，可以佩戴在小鼠头上，同时不影响小鼠的自由活动，进而观察小鼠在觅食、社交、睡觉等自主行为时大脑神经元的真实活动和功能连接。超维景的微型化显微镜体积微小，让小鼠能够“戴着跑”，实现了自由行为动物的清晰稳定成像，可用于在动物觅食、跳台、打斗、嬉戏、睡眠等自然行为条件下，或者在学习前、学习中和学习后，观察神经突触、神经元、神经网络等的动态变化，从而获取小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动的动态图像。2.2g微型双光子荧光显微镜2021年，团队的第二代微型化双光子显微镜将成像视野扩大了7.8倍，同时具备获取大脑皮层上千个神经元功能信号的三维成像能力，原始论文发表于《Nature Methods》。2023年2月，团队将微型化探头与三光子成像技术结合，成功研制微型化三光子显微镜，重量仅为2.17克，并在 《Nature Methods》 发表文章。一举突破了此前微型化多光子显微镜的成像深度极限，首次实现对自由行为小鼠的大脑全皮层和海马神经元功能成像，为揭示大脑深部结构中的神经机制开启了新的研究范式。 《Nature Methods》发表相关技术成果2023年2月，神州十五号航天员乘组使用由我国自主研制的空间站双光子显微镜开展在轨实验任务并取得成功，是目前已知的世界首次在航天飞行过程中使用双光子显微镜获取航天员皮肤表皮及真皮千层的三维图像，为未来开展航天员在轨健康监测研究提供了全新工具。图为神舟十五号航天员乘组在轨使用空间站双光子显微镜2023年12月，由超维景公司自主研发的在体双光子显微成像系统获批上市，是中国首个基于双光子显微成像原理的医疗器械。本次研发是首次实现脑科学技术跨学科助力皮肤检测的技术应用，将最前沿的双光子显微成像技术引入现代皮肤医学检测领域，实现“实时、无创、在体、原位、无标记”的高分辨率皮肤细胞及胞外组织三维成像，为患者和医生带来便利。——04——布局微型化多光子产品体系，开启自由行为动物显微成像新范式解析脑连接图谱和功能动态图谱是我国和世界多国脑计划的一个重点研究方向，但传统的多光子显微镜进行常规脑成像通常需要将动物的头部固定在台式显微镜上，这严重限制了模式动物的自由生理状态。为此需要打造自由行为动物佩戴式显微成像类研究工具。基于团队及技术发明，超维景已布局微型化多光子成像产品体系，并成功实现多款产品的产业化，包括SUPERNOVA-100一体式微型化双光子显微镜、SUPERNOVA-600集成式微型化双光子显微镜与SUPERNOVA-3000微型化三光子显微镜等，解决了困扰领域近20年的挑战，显著领先于美国脑计划催生的微型化单光子技术。超维景微型化多光子显微成像系列产品，可以在微观尺度上、不干扰自由运动动物行为的前提下，对大脑神经元和神经突触进行无创性观察和实时、动态成像，为研究神经科学、行为学、认知科学等多个领域提供了新的视角和手段，从而为脑健康研究开辟新的道路。树突棘成像 单树突棘级分辨率 神经元轴突与亚细胞结构成像 ——05——持续加码小动物自由运动活体成像系统“科研+临床”的广阔应用脑科学机理研究。大脑是一个极度复杂的器官，目前，各国脑科学计划的一个核心方向就是打造用于全景式解析脑连接图谱和功能动态图谱的研究工具。其中，如何打破尺度壁垒，融合微观神经元和神经突触活动与大脑整体的信息处理和个体行为信息，是领域内亟待解决的一个关键挑战。要想实现动物在体脑功能实时成像的研究，能够观察到整个皮层甚至更为深入的其他脑区，涉及到仪器开发、手术技术、生物研究等等不同的方面领域，技术挑战非常大。为了真正解密大脑的工作原理和流程，人们需要在对大脑神经元高分辨成像的同时，被观察者能够自由的正常活动，也就是最理想的脑功能成像需要被观察者在自由运动状态下进行脑功能观测。脑疾病机理研究。目前一些重要的脑疾病，如自闭症、精神类疾病、老年痴呆症等都是全世界的难题。以老年痴呆症为例，根据得病率统计，85岁以上老人中的 50%患有老年痴呆。预计到2050年，中国将有近1亿患者的生活需要照顾、需要医疗系统的救助，这是严重的社会负担。通过本技术对脑科学疾病研究，如果有新发现，对于老年痴呆症，就可能找到早期诊断的方法，早发现、早干预，把严重症状出现期从85岁延缓到95岁，社会负担就可以大大减轻，提高国民生活质量。神经药物筛选。微型化双光子显微镜不仅可以“看得见”大脑工作的过程，还将为可视化研究自闭症、阿尔茨海默病、癫痫等脑疾病的神经机制发挥重要作用。而此类疾病的药物开发，由于缺少快速直接的药效反馈手段，而大大受阻。微型化双光子技术的应用将极大的推动此类神经疾病药物的开发进程，为人类脑疾病的诊断和治疗提供新的手段。携手全球合作伙伴，携手共谋发展。微型化多光子成像系统已获得国内的上亿元订单，以及国外的数千万元订单。其中，国内用户包括北京大学、中科院上海神经所、中科院深圳先进技术研究院、复旦大学、上海交通大学、西湖大学、中山大学、华南理工大学、南京脑观象台等。国外用户包括加州理工、纽约大学、德国马普神经所、德国波恩大学、德国马普鸟类研究所等。未来，超维景将在多光子显微成像技术继续深挖“科研+临床”的广阔应用，这将作为神经探索领域的引路明灯，照见更多未知的领域。参考文献：• Zhao, C., et al. (2023). Miniature three-photon microscopy maximized for scattered fluorescence collection. Nat Methods, 2023 Apr 20(4):617-622.• Zong, W., et al., Miniature two-photon microscopy for enlarged field-of-view, multi-plane and long-term brain imaging. Nat Methods, 2021. 18(1): p. 46-49.• Zong, W., et al., Fast high-resolution miniature two-photon microscopy for brain imaging in freely behaving mice. Nat Methods, 2017. 14(7): p. 713-719.

磁性材料的显微观测有助于材料的微观结构及其形成机理的研究。随着科学技术的发展，磁性材料研究的尺度已经趋向于亚微米级甚至纳米级。因此，超高分辨率和超高灵敏度的测试非常有助于这类尺寸材料的研究。 源于苏黎世联邦理工学院自旋物理实验室的Qzabre公司，结合多年的NV色心磁测量技术与扫描成像技术研发出了基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜QSM和NV色心探针。该技术能够实现高灵敏度和高分辨率的磁学成像，并且可以实现定量的磁学分析，所产生的磁场不会对待测样品有扰动，在磁学显微成像上有着显著的优势。超高分辨率、超高灵敏度的量子磁学显微镜！ Qzabre公司自主研发的基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜QSM集高性能、友好性、灵活性于一身，使其成为研究纳米尺度磁现象的理想工具，在表面的高分辨率和定量磁性分析方面提供了非常可靠的性能。QSM显微镜采用经过验证的低漂移设计，具有高精度闭环扫描、大范围测量、高效率光学测量、直观的用户界面和简单的针尖更换等优势。基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜外观图（左）和内部构造图（右） 相比于传统的显微观测设备如克尔显微镜（分辨率~300 nm），磁力显微镜MFM(分辨率~50 nm )，该设备除了拥有优于30 nm的磁学分辨率外，还可以进行样品表面磁场大小的定量测试，而且NV色心作为单自旋探针, 所产生的磁场不会对待测样品有扰动，在磁学显微成像上有着显著的优势。典型应用更耐用、更灵敏、可定制化的NV色心探针！ 传感器针尖是任何扫描氮空位 (NV) 系统的核心，也是决定设备性能的关键因素。Qzabre对传感器针尖进行不断改进，使其更具光亮、坚固和高性能。金刚石部分与音叉相连，可以为原子力显微镜的操作提供力反馈，整个组件安装在陶瓷芯片上，具有操作简便，性能优异，随时可用等特性。基于陶瓷基片的NV色心探针 在与 NV 轴对齐的磁偏置场下，每个扫描针尖都具有严格的特性。标准探头的灵敏度分为七个等级。也可以根据客户需要，定制各种不同类型的探针。不同灵敏度的NV色心探针（标准探针） 在 NV 实验中，磁杂散场的测量总是投射到 NV 轴上。该轴线取决于制作针尖的金刚石晶体取向。最常见的切割方法是，其 NV 方向与法线成 54.7°。 针对特定应用，我们还提供平面内和平面外取向的针尖。由于信号会随着离轴磁场的增加而减弱，因此这两种针尖非常适用于在较高磁偏压下的测量。平面外针尖也可用于消除方向。不同取向的NV色心探针 为了便于操作，Qzabre将金刚石针尖集成在一个即插即用的传感器芯片上。极小厚度的载体设计确保了传感器可以安装在垂直空间狭小的显微镜中，同时可以根据要求定制金刚石探针的倾斜度。陶瓷芯片载体上的尺寸和接触馈线与Akiyama探针的基底面兼容。整个传感器芯片可兼容真空和低温环境。另外可根据需要提供两种针尖与 PCB 方向的标准配置：向上和向下。向上（左）和向下（右）配置的NV色心探针成功交付于多家国际科研院所机构！ Qzabre公司的基于NV色心的超高分辨量子磁学显微镜已在多家国际院校投入使用，目前在全球范围内已成功交付9套！以下为已成功验收安装的国际用户名单及部分用户验收图。左）在法国Jean Lamour研究所交付使用的带有定制化光路的QSM系统右）法国国家科学研究中心/Thales联合物理研究所kim教授与新安装的QSM系统

电子显微镜助力药品检测制剂的表面和内部形貌观察药物制剂的种类非常多，按照物态分为固体剂型、半固体剂型、液体剂型、气体剂型。固体剂型（包括片剂、丸剂等）、半固体剂型和少数气雾剂的观察一般适合用SEM，液体剂型和纳米固态剂型的观察一般用TEM。固态药粉的放大形貌图药粉的导电性一般都比较差，因此在SEM的拍摄中一般采取喷镀金属膜层的方法提升导电性。但是由于镀膜过程带来的热效应可能会对脆弱的药物样品造成一定损伤，造成形貌失真，所以优先采用不喷金直接观察，这时，对SEM的性能就提出了更高的要求。上图中的两种不同的药物采用了不同的拍摄条件，左图采用无镀膜的方式直接UVD探头拍摄低真空下的SE图像，有效避免了荷电和热损伤；右图的药粉耐热性较好，不容易出现损伤，采用了喷镀金属膜的前处理方式，使用高真空SE探头低加速电压拍摄高分辨率形貌。片剂、冲剂、针剂、丸剂、气雾剂等常规剂型，需要每日用药多次，不仅使用不便，而且血液中的药物浓度起伏很大，会出现“峰谷”现象：当血药浓度处于高峰时，超过了最合适的治疗浓度，容易引起副作用；反之，药物浓度降到低谷时，又远在所需浓度之下，难以发挥治疗作用。于是，人们迫不及待地需要新型制剂来解决这个问题。在这个背景下，新的药物剂型———缓释制剂与控释制剂就应运而生了。a.丸剂和片剂的表面和截面形貌图（含局部放大图）缓释和控释技术在药物中应用后，能在较长时间内持续释放药物。与普通制剂相比，这种给药方式有三大优势：延长药效、减少服药次数，尤其适用于需要长期服药的慢性病患者；提供平稳、持久的有效血药浓度，避免或减小峰谷现象，有利于提高药物使用的安全性，减少不良反应，对胃肠道具有保护作用；药物作用时间较长、化学稳定性较好，减少了在贮存时易变质失效或口服后经胃酸作用被破坏的几率。已压制成型的缓释丸剂和片剂肉眼或外表面看起来差别并不大，但心部可能存在较大差别。上图显示了部分丸剂和片剂的表面和截面形貌。可以看出，对于某些片剂或丸剂，刀片切割已经能够几乎完全反映内部的形貌特征，分层情况和多孔的分布情况可以清楚地被看到。正是由于这些像“3D滤网”一样的分层或多孔的镂空结构，研究人员通过模拟人体内的肠胃微环境，控制这些细微结构在人体内对药物有效成分的透过率，缓释药才能真正发挥疗效。然而，如果想要分析每一层截面上局部的成分和含量，可能还要借助其他样品前处理设备完成。b.丸剂的截面（Hitachi IM4000plus离子研磨仪处理）图b所示，相对于图a，丸剂的剖面被更清晰地观察到。从低倍到高倍、从全貌到局部充分展现了丸心、内层、中层、外层的形貌特征。背散射电子的成分衬度，使图像衬度更加明显，甚至单一分层内部的片状微粒组合方式也得到完美呈现。从外观上说，很明显，图b比图a中的样品截面看起来更加平整、杂质附着也更少。这主要是由于使用Hitachi IM4000plus离子研磨仪进行了样品前处理，样品更为干净，完美避免了手动切开或者机械抛磨带来的刮擦、变形、外来污染物引入等问题，使得此样品更适合做EDS成分分析。药品的研发过程中,日立扫描电镜助力研究人员解决研究过程中出现的难题,找到新的研究方向。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。

p 　　从石器时代原始部落的祭师对灵魂的崇拜，到中世纪后期哲人对大脑意识的产生溯源，到近代解刨学家发现井然有序的大脑功能分区，再到20世纪初Santiago Cajal得到了人类第一张清晰的大脑皮层神经元的照片，直至现在神经学家通过电生理，电子显微镜，光学显微镜等手段，在亚细胞，分子，基因水平对大脑的结构和功能进行研究，神经科学(neurosciences)这一门古老的学科，直至今日，仍然是全世界投入最大，最活跃的科学研究领域之一。 /p p 　　限制科学家去理解和探索大脑的最主要因素是技术。每一次神经领域的重大突破，都是以技术的一次次革命与飞跃作为基础随之而来。19世纪末高尔基染色和尼斯染色技术的发明，使得单个神经元的结构得意完整清晰的呈现，并由现代神经学之父圣地亚哥· 拉蒙· 卡哈尔(Santiago Ramon y Cajal,1852-1934)总结并开创了神经元理论，至今仍是现代神经科学的基础。计算机体层扫描(CT)、磁共振成像(MRI)、经颅多普勒(TCD)、单光子发射计算机断层(SPECT)、正电子发射断层扫描(PET)等无创性影像学技术的发展，使得人类对大脑整体水平结构和功能的认识不断提高，并且对于大脑创伤和疾病的治疗提供了有利的参考工具。在实验神经科学领域，以模式动物作为研究对象，避免了把人作为研究对象在有创，改造等伦理方面的限制，使得更多的技术手段得以大显身手。其中包括电生理学方面，脑电图(EEG)，多电极记录(MER)，膜片钳技术(patch clamp)等技术的发明和有效使用，得以使科学家在亚微米空间尺度(单个神经突触连接)，亚毫秒时间尺度(单次神经冲动电位)对神经元的功能进行研究。而最令人激动人心的是，近几年来蓬勃发展的光学显微成像技术，给实验神经科学带来了很多前所未有的思路和成果。2008年钱永健等人由于荧光蛋白(GFP，绿色荧光蛋白)的发现和使用，获得了诺贝尔化学奖，是对荧光成像技术的一次巨大肯定和推动。光学成像本身具有高分辨率、高通量(高速)、非侵入、非毒性等特点，再与荧光蛋白以及荧光染料等标记物在细胞中的定位与表达技术相结合，使得科学家可以特异性的分辨生物体乃至细胞内部不同结构与成分，并且能够在生命体和细胞仍具有活性的状态下(活体状态)对其功能进行动态观察。这就使得荧光成像技术成为了无可替代的，生物学家现今最为重要的技术手段之一。而随着近些年来各种新型的显微技术的出现，共聚焦显微镜(confocal microscopy)，相干拉曼成像(CARS)，超分辨率显微技术(super-resolution microscopy)，光片显微技术(lightsheet microscopy)等使得荧光显微镜的分辨率，速度，成像深度等进一步提高。 /p p 　　对于荧光成像技术在神经科学中应用，离不开双光子荧光显微镜(Two-photon Microscopy，简称TPM)1。目前，大多数细胞生物学，生理学研究主要还是在离体培养的细胞体系中研究。然而与细胞生物学研究有所不同的是，大脑的功能研究的整体性和原位性显得更加关键：仅研究分离的神经元无法解释神经系统的功能和规律。换句话说，必须要求神经元处在其正常生存的大脑环境中才能使其正常运转。然而，大脑是一个高度复杂的器官。即使是小鼠的大脑皮层也有将近1mm的厚度，海马，丘脑等深脑区核团更是深达3-5mm2，而且并不透明，充满了数以亿计的神经元胞体和突触，此外还有丰富的血管，粘膜(脑膜)，最外层还有厚厚的颅骨和头皮包裹。使用包括共聚焦显微镜在内的传统的荧光显微镜，由于被观测的信号会受到样本组织的散射和吸收，根本无法穿透如此深的组织进行成像。而双光子显微镜的发明，则为此类研究带来了希望。双光子显微镜特有的非线性光学特性，再加上其工作波长处在红外区域等特点，令其在生物体组织内的穿透深度大大提高3，使得双光子显微镜成为神经科学家进行活体神经成像最理想的工具。神经动作电位(action potential)本身很难被光学信号捕获，但是动作电位产生的去极化会引起神经元Ca2+浓度的变化(钙内流现象)。科学家已经开发出多种Ca离子浓度的荧光探针，进而通过这种钙离子浓度的变化引起的荧光信号的变化来反映出神经活动。于是，双光子显微镜与在体的神经元Ca离子浓度指示剂标记技术相结合，碰撞出了耀眼的火花: 使得人们可以研究处于生理状态时的动物大脑内的神经元活动4。 /p p 　　大脑的最重要功能是对生物体的行为活动进行调控，而反过来，最能反应大脑工作状态的同样是生物体的行为活动。所以说，为了了解大脑，研究者不仅要求在体状态下对神经元进行高分辨率观测，而且也希望生物体在被观测的阶段里，能够进行正常的行为活动。所以，在成像技术不断地提高分辨率和速度等性能的同时，科学家们也在积极开改进和革这些成像技术手段，使其进行成像时尽可能小的限制被观测对象的行为活动，以求得到最接近生理状态下的数据。但是这一目标始终存在诸多的技术瓶颈: 以啮齿类动物(大鼠或小鼠)神经元的双光子钙成像为例。早些年由于动物身体运动产生的晃动剧烈，而当时双光子显微镜成像速度又很低，所以科学家只能在麻醉状态下对头部固定的动物进行成像。后来随着成像速度的提高，并且对开颅手术技术的很大改进，使得科学家可以在清醒状态下对动物的神经活动进行观察(仍然需要头部固定)。近些年来，随着基因改造技术的突飞猛进，通过病毒转染和转基因技术，在神经元内源性表达“基因编码类钙指示剂(genetically encoded calcium indicator, 简称GECI)”成为神经元钙成像的大趋势4。这种由神经元自身产生钙指示剂的方法与之前的钙染料技术相比有着巨大的优势: 信噪比提升了一个数量级 对神经元特异性好，可以区分不同的神经元类型 并且可以在大脑神经元内持续表达数月(病毒转染)甚至整个生命历程(转基因动物)。于是，大概10年前开始，科学家就开始利用双光子成像结合GECI技术对神经元的活动和结构变化进行长期的观测和追踪，从而对记忆的形成，神经元病变等问题有了更深入的认识。其中，现在性能最好，使用最为广泛的GECI为绿色荧光钙调蛋白Gcamp家族4。目前已经改进到第六代，Gcamp6f，Gcamp6f已经成为神经成像里最受欢迎的指示剂之一。目前科学家最流行的对小动物行为过程中大脑活动进行成像的方法，是将虚拟现实与双光子成像相结合，在动物头部被固定的情况下，在其眼前制造影像，让动物认为自己处在”真实“的环境之中5。通过小鼠四肢在类似跑步机或者鼠标滚球上的运动来模拟其真实活动。以求达到研究神经元在动物行为中所起到的作用(如图1)。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/e167bfbc-be4e-4b26-aa38-6f15b1fdca08.jpg" title=" 1.png" width=" 600" height=" 429" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 429px " / /p p style=" text-align: center " 图1 双光子成像结合虚拟现实场景，对头部固定，身体活动的动物进行研究。图片来自 sup 5 /sup /p p 　　然而，这种虚拟现实加头部固定成像的方法，已经遭到许多科学家的质疑。人们认为，头部固定的动物在实验期间一直处在物理约束和情绪压力下，因此无法证明神经元对外界的响应在虚拟现实和自由探索下是等价的。更重要的是，许多社会行为，比如亲子护理，交配和战斗，都不能用头部固定的实验来研究。如何在动物自由活动的时候，直接对其神经元进行成像，是神经科学家还未能得到解决终极的诉求。 /p p 　　一个理想的解决方案是开发微型荧光显微镜直接固定在自由活动的动物身上，让动物“带着显微镜跑”6。这种尝试大概从20年前开始。起初，科学家只是将一根或几根光纤插到小鼠头上，用以激光导入和荧光信号采集。然而，这种方式而只是记录某个区域内信号的总和，不具有空间分辨率，算不上真正意义上的成像。在最近的十几年里，由于光学，电子，材料技术的发展，人们开始尝试研制真正意义上的微型显微镜。其中，微型单光子宽场显微镜(miniature wide-field microscope)，由于其原理与结构相对简单，是目前人们主要尝试研制的微型显微镜技术。例如由Ghosh及其同事开发的显微镜，通过将小型LED光源，微型CCD和自聚焦透镜整合到一个小于25px3的框架之中，研制出了一个重量为1.9g的微型宽场显微镜。该技术被用于研究大脑海马区place cell等与记忆和本能相关的实验当中7。然而，宽场成像方式由于不能很好的对离焦区域的背景信号进行过滤，并且对光的散射敏感，所以其无法达到细胞分辨率。更难以对更精细的诸如树突，轴突，树突棘等结构进行观察。所以一直难以达到神经科学家满意。 /p p 　　于是，从大概15年前开始，世界上一些研究和开发双光子成像技术的研究组开始尝试将双光子显微镜这种在神经成像领域已经获得广泛应用的技术进行微型。然而，目前只有为数不多的几个课题组报道了他们在微型双光子显微镜研制方面的进展: 在2001年，Denk等的工作被认为是研制微型双光子显微镜的第一步8。然而，它仍然太过“巨大”(长7.5厘米，重25克)，而且成像速度很慢(2 Hz 128x128的尺寸下速度为2 Hz， 512x512的尺寸下为0.5 Hz，如图2a)。之后，其他一些课题组相继报道了不同的微型双光子系统。 Helmchen课题组在2008年报道了他们的微型双光子系统，仅重0.9克9。它实现了512X512幅面下的8 fps的成像速度速度，并展示了利用该系统实现的大鼠在体钙成像信号。然而，从展示的效果来看，其空间分辨率极低，而且并没有实现真正的自由运动下的成像(如图2b)。Mark Schnitzler课题组在2009年也发表了他们的微型双光子系统10。他们的系统首次使用了微机电扫描镜(MEMS)来进行扫描，并将Z聚焦模块集成在了探头之中(如图2c)。但是扫描频率仍然很低(400x135约为4Hz) 空间分辨率也远远达不到要求(横向1.29 μm，轴向10.3 μm)。这些方面限制了其在神经元细胞核亚细胞水平成像中的应用。 Kerr课题组在2009年展示了它们的系统11，跟之前的微型双光子显微镜相比较，由于应用了微型透镜组构成的微型物镜(NA达到了0.9)，这套系统的空间分辨率更高。然而，这套探头的重量也随之提高(5.5g)。此外，由于其仍然使用振动光纤的方式来进行扫描，所以其成像速度仍然比较慢。(对于64x64为10.9Hz，对于理论上的512x512为1.25Hz)(如图2d)。此外，还有一个之前所有的微型双光子系统都没有解决的问题。由于微型双光子显微镜一般需要利用光纤将飞秒激光导入到探头之中，而光纤由于存在诸如色散、截至模式、导通带宽等一系列限制，所以某一款光纤一般只允许一定带宽(一般为几十纳米)和特定中心波长的光传播。那就需要在制作微型显微镜的时候，结合使用的荧光指示剂所需要的激光波长对光纤进行选择。但是，目前商业化的，可以用来进行飞秒光传输的空心光子晶体光纤(hollow-core Photonic Crystal Fiber， HC-PCF)种类非常有限。例如，全球最大的光子晶体光纤生产商NKT公司仅提供中心波长为800nm，1030nm，1300nm和1550nm的HC-PCF。所有现有的微型双光子显微成像系统都是基于这几款光纤所限定的中心波长进行开发的。但是很遗憾的是，本文上述所提到的目前最广泛使用的GcamP指示剂需要920 nm的激光进行激发。所以先前的所有微型双光子都不能对Gcamp进行有效的成像。这限制了微型双光子显微镜的发展。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/4c1d7c1d-53eb-4a41-96d0-98ecb5ebda8d.jpg" title=" 2.png" / /p p style=" text-align: center " 图2 微型双光子发展史上的几个典型工作。a、b、c、d分别选自参考文献 sup 8、9、10 /sup 和 sup 11 /sup /p p 　　之所以这些早期的微型化双光子显微镜都无法得到真正的使用和推广，其原因在于，若要制造出具有实用价值的微型双光子显微镜，比研制单光子微型显微镜复杂和困难的多得多。微型双光子显微镜需要需要解决如下几个关键技术难题： /p p 　　1 如何将飞秒激光有效的导入微型显微镜 /p p 　　2 如何在微型显微镜内进行扫描/图像重建 /p p 　　3 如何在微型显微镜中进行高质量的激光汇聚，高效激发双光子信号。 /p p 　　4 如何有效的对荧光信号进行收集 /p p 　　5 如何使整个系统在动物剧烈运动时仍保持稳定 /p p 　　6 在满足前5项条件下，重量是否足够轻，以致尽量小地对动物的活动造成影响 /p p 　　本文作者所在的课题组，是由北京大学分子医学研究所、信息科学技术学院、动态成像中心、生命科学学院、工学院联合中国人民解放军军事医学科学院组成跨学科团队。我们在程和平院士的带领下，在国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制专项《超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统》的支持下，历经三年多的协同奋战，成功研制了新一代高速高分辨微型双光子荧光显微镜，并将其取名为FHIRM-TPM。原始论文于5月29日在线发表于自然杂志子刊Nature Methods (IF 25.3)12。在这项成果中，我们解决了上文所提及的早先微型化双光子显微镜研制中存在的问题，获取了小鼠在自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/0418a0a6-f357-4e18-91b0-ef1c23d670bd.jpg" title=" 3.png" width=" 600" height=" 470" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 470px " / /p p style=" text-align: center " 图3 FIRM-TPM示意图，来自 sup 12 /sup /p p 　　新一代微型双光子荧光显微镜体积小，重仅2.2克，适于佩戴在小型动物头部，通过颅窗实时记录数十个神经元、上千个神经突触的动态信号。在大型动物上，还可望实现多探头佩戴、多颅窗不同脑区的长时程观测。相比单光子激发，双光子激发具有良好的光学断层、更深的生物组织穿透等优势，所以成像质量远优于目前领域内主导的、美国脑科学计划核心团队所研发的微型化宽场显微镜。其横向分辨率达到0.65μm，与商品化大型台式双光子荧光显微镜可相媲美 采用双轴对称高速微机电系统转镜扫描技术，成像帧频已达40Hz(256*256像素)，同时具备多区域随机扫描和每秒1万线的线扫描能力。最为重要的是，FHIRM-TPM克服了先前限微型双光子显微镜应用的两个障碍。首先，我们定制设计的HC-PCF为 920纳米飞秒激光脉冲提供了无畸变传输，这种改进让有效的激发例如Thy1-GFP和GCaMP-6f等常用荧光指示剂成为可能。第二，由于双光子点扫描显微镜的高空间分辨率和层切能力，安装到动物头上的微型双光子显微镜非常容易受到运动伪影的影响。为了解决这个问题，我们对整个系统进行了充分的优化：(a)使用柔软的新型光纤束SFB来使得动物运动引起的扭矩和拉拽力最小化，并不降低光子收集效率 (b)采用独立的可旋转连接器来连接光学探头上的光纤和电线，以使动物在自由探索期间线的扭曲和缠绕最小化 (c)使用高速成像以减少运动引起的帧内模糊。此外，我们在实验之前预先训练动物适应安装在其头骨上的微型显微镜，并滴加1.5%低熔点琼脂糖使其充满物镜和脑组织之间，这些措施都显著降低了探头与大脑之间的相对运动，进而改善了实验短期和长期的稳定性，于是实现了在动物进行包含大量身体和头部运动的行为学试验中中进行高分辨率成像。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/0d8849db-62d7-4fdd-b7e0-4e572b3a1b03.jpg" title=" 4.png" width=" 600" height=" 437" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 437px " / /p p style=" text-align: center " 图4 FIRM-TPM实物图，来自 sup 12 /sup /p p 　　树突棘活动是神经元信息处理的基本事件，利用台式双光子显微镜在头固定的动物上的研究表明单个神经细胞的不同树突棘可以被不同朝向的视觉刺激或不同强度频率的声音刺激所激活。FHIRM-TPM实现了与传统的大型的台式双光子显微镜相同的分辨率和光学层切能力。与微型宽场显微镜相比，FIRM-TPM的高空间分辨率，固有的光学切片能力和组织穿透能力以及相当的机械稳定性都是极有优势的。所以虽然通过微型宽场显微镜可以获得数百个神经元在细胞水平上的活动，但是我们的 FHIRM-TPM无疑提供了一个更加强大的工具，即在自由活动的动物中对更加基本的神经编码单位——树突棘的时空特性进行观测。它能够在对小鼠依次进行的行为学试验(例如悬尾，跳台，以及社交行为)的过程中长时间观察位大脑中的神经元胞体、树突和树突棘的活动。这些功能的展示充分证明了FHIRM-TPM具有良好的性能和稳定性。未来，与光遗传学技术的结合，可望在结构与功能成像的同时，精准地操控神经元和大脑神经回路的活动。微型双光子荧光显微镜整机性能十分稳定，可用于在动物觅食、跳台、打斗、嬉戏、睡眠等自然行为条件下，或者在学习前、学习中和学习后，长时程观察神经突触、神经元、神经网络、远程连接的脑区等多尺度、多层次动态变化。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/90a13003-d9fd-404d-8df3-64926f598012.jpg" title=" 5.png" width=" 600" height=" 283" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 283px " / /p p style=" text-align: center " 图5 三种模式在结构学成像中的成像质量对比，来自 sup 12 /sup /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201706/insimg/44bc19d8-0a51-4583-8784-2f9240ac1cdd.jpg" title=" 6.png" / /p p style=" text-align: center " 图6 FHIRM-TPM在三种不同的行为学范例对小鼠大脑皮层神经元活动进行成像，来自 sup 12 /sup /p p 　　从2001年Denk发表第一篇微型双光子显微镜的原型机以来，微型双光子显微镜的发展已经走过了15年的时间。15年的发展历程，微型双光子显微镜从最开始的25克笨重的身躯，只能在分离的组织中进行验证性的实验8到如今重量仅两点几克重，可以对自由活动的小鼠神经元进行树突棘级别的成像，可以说取得了一定的进步。然而，在看到这个领域取得的成就的同时，也应看到，至今为止，微型双光子显微镜还未像共聚焦显微镜或者是荧光光片显微镜一样被生物学家广泛认可和应用。而后者(光片显微镜)的发展时间更短(2008年Science的一篇文献一般被认为是现代荧光光片显微镜镜的开端13)。究其原因，除了技术本身的限制以外，整个研究领域的气氛和投入，也是重要的影响因素之一。 /p p 　　纵观这15年来微型双光子显微镜的发展道路，开疆拓土者有之 改革创新者有之 另辟蹊径者有之 浑水摸鱼、指鹿为马者亦有之。然而遗憾的是，愿意心无旁骛、全情投入者鲜有之 有意愿和能力建立为这个研究的领域建立范式者亦鲜有之。而中国，在不久前在这个领域基本上属于完全的空白。更不要说什么领先世界。 /p p 　　然而令人十分兴奋的是，中国国家基金委国家重大科研仪器设备研制专项在2014年正式将“超高时空分辨微型双光子在体显微成像系统”立项。以5年七千两百万人民币的研究经费对这一项“世界上做的还并不怎么好，中国基本没人做过”的技术进行攻关研发。这样的大力投入无疑为这一领域注入了新鲜血液和十足动力。而我也有幸在博士五年期间全程参与了这个项目的工作。从2012年来到该项目首席负责人程和平院士和陈良怡研究员的联合课题组至今，我见证了这个项目从无到有，团队从幼小稚嫩到壮大成熟的整个过程。如今，我们有了初步的成果，不仅让我们这样一支完全由中国本国科研工作者建立的团队在世界上处在了较为领先的位置，同时也把这个领域向前推动了一些，我感到无比激动和自豪。 /p p 　　该成果在2016年底美国神经科学年会、2017年5月冷泉港亚洲脑科学专题会议上报告后，得到包括多位诺贝尔奖获得者在内的国内外神经科学家的高度赞誉。冷泉港亚洲脑科学专题会议主席、美国著名神经科学家加州大学洛杉矶分校的Alcino J Silva教授在评述中写道，“从任何一个标准来看，这款显微镜都代表了一项重大技术发明，必将改变我们在自由活动动物中观察细胞和亚细胞结构的方式。它所开启的大门，甚至超越了神经元和树突成像。系统神经生物学正在进入一个新的时代，即通过对细胞群体中可辨识的细胞和亚细胞结构的复杂生物学事件进行成像观测，从而更加深刻地理解进化所造就的大脑环路实现复杂行为的核心工程学原理。毫无疑问，这项非凡的发明让我们向着这一目标迈进了一步。” /p p 　　1. 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大脑深部区域与基本生命功能密切相关，在各种神经疾病中均观察到深部大脑的结构和功能异常，例如帕金森病、阿尔茨海默症、抑郁症和强迫症等。但在啮齿类动物研究模型中，由于神经组织，特别是胼胝体，具有对光的高散射光学特性。如何突破成像深度极限，在自由活动动物上对距离脑表层深度＞1 mm的结构进行成像存在极大的挑战。三光子成像技术的出现将成像深度大大扩展至1500 μm，为非侵入式深脑成像带来了曙光。北京大学研发团队最新发文Nature Methods图1.文章截图Zhao, et al. (2023). Miniature three-photon microscopy maximized for scattered fluorescence collection. Nat Methods. 10.1038/s41592-023-01777-3.[1]解析脑连接图谱和功能动态图谱是我国和世界多国脑计划的一个重点研究方向，但传统的多光子显微镜进行常规脑成像通常需要将动物的头部固定在台式显微镜上，这严重限制了模式动物的自由生理状态。为此需要打造自由行为动物佩戴式显微成像类研究工具。※ 2017年，北京大学程和平院士团队成功研制第一代 2.2g微型化双光子显微镜，获取了小鼠在自由行为过程中大脑皮层神经元和神经突触活动的动态图像。※ 2021年，该团队的第二代微型化双光子显微镜将成像视野扩大了 7.8 倍，同时具备获取大脑皮层上千个神经元功能信号的三维成像能力。※ 2023年2月，北京大学程和平-王爱民团队再一次实现技术突破，将微型化探头与三光子成像技术结合，并在 Nature Methods 发表文章 “Miniature three-photon microscopy maximized for scattered fluorescence collection ”。文章报道了仅2.17g的微型化三光子显微镜，首次实现对自由行为小鼠的大脑全皮层和海马神经元功能成像，为揭示大脑深部结构中的神经机制开启了新的研究范式。图2. 小鼠佩戴微型化三光子显微镜探头SUPERNOVA-3000应运而生依托专业的研发团队和深厚的技术积淀，SUPERNOVA-3000应运而生。SUPERNOVA-3000通过高度集成化、系统化、工业化设计将微型化探头的重量控制在2.2g。搭配独有的光学设计突破微型化显微镜的成像深度极限，在全球范围内开创性构建自由行为动物深脑成像“新范式”。自由行为动物非侵入式深脑成像解决方案Go deeper利用五阶非线性效应以及穿透力更强的激发荧光（1300 nm），一举突破此前微型化多光子显微镜的成像深度极限。图3. 荧光激发示意图图4. 小鼠脑组织中散射长度的光谱分布[2]显微镜激发光路可以穿透整个小鼠大脑皮层和胼胝体，实现对小鼠海马CA1亚区形态及功能的直接观测记录。神经元钙信号最大成像深度可达1.2 mm，血管成像深度可达1.4 mm。图5. 微型三光子显微镜记录小鼠大脑皮层L1-L6和海马CA1的结构和功能动态。CC：胼胝体。绿色代表GCaMP6s标记的神经元荧光钙信号，洋红色代表硬脑膜、微血管和脑白质界面的三次谐波信号。More Freedom&bull 2.2g新型微型化探头微型化探头通过新型内嵌阿贝聚光镜复合式光学构型，体积仅2 × 1.6 × 0.9 cm3，实现飞秒激光脉冲无畸变传输、高质量激光汇聚、高效率荧光收集和激发。开创性的将三光子光学组件高度集成在一个微型化探头内。同时外壳使用超轻金属，重量仅2.2g既轻盈又坚固，搭配电动变焦模块、定制光纤、光屏蔽GaAsP PMT，保证了对自由运动小鼠深脑神经活动的高稳定性、高分辨成像。图6. 小鼠佩戴微型化三光子探头&bull 激光传导光纤--空芯光子带隙光纤系列光纤均具有准单模传输、低损耗、低非线性、低色散、高激光器损伤阈值的特点。高效率传输1300 nm飞秒脉冲激光，将空间光路转变为光纤传输，强抗弯折性能，使自由运动下观察成为可能。图7. 空芯光子带隙光纤截面和输出光斑示意图图8. 出口处激光脉冲时间剖面Less damage&bull 非侵入式手术◎ 深脑成像避免使用GRIN Lens，对小鼠大脑损伤更小，避免影响小鼠正常神经生理状态◎ 无GRIN Lens，成本更低◎ 手术便捷，成功率更高&bull 超低光毒性散射荧光增强收集系统——深脑超低功率成像SUPERNOVA-3000创新的使用微型阿贝聚光镜与无限远物镜密接提高散射光的收集效率，李斯特微型管镜复用简化结构，优化光路设计，提高荧光收集效率的同时，保证了大视场分辨率。总体上，散射荧光增强收集构型使微型化显微镜的散射荧光收集效率实现了成倍的提升，实现了在超低成像功率下对自由运动小鼠大脑深部脑区神经元活动进行实时监测。图9. 散射荧光增强收集构型基于散射荧光增强收集构型，实现全皮层钙信号成像仅需几个毫瓦，海马钙信号成像仅需要几十毫瓦，大大低于组织损伤的安全阈值。因此，SUPERNOVA-3000可以长时间、不间断连续观测神经元功能活动，且不产生明显的光漂白与光损伤。图10. AAV-hSyn-GCaMP6s病毒注射小鼠大脑不同深度脑区超低功率钙成像生物应用动物自由运动成像&bull 行为学实验下的小鼠顶叶后皮质 L6（PPC L6）的神经元钙活动（成像深度650 μm）微型化三光子显微镜可以搭配不同行为学实验的深部脑区进行单细胞级的稳定高时空分辨率成像，满足实时监测单个神经元的活动，结构变化以及不同功能神经元分类等实验需求。图11. 行为学实验下小鼠大脑PPC L6的神经元活动&bull 自由运动小鼠大脑海马CA1亚区的神经元钙活动（成像深度1.2 mm）安全激光功率下通过非侵入式手术对背侧海马CA1（深度达1.2 mm）的钙活动进行成像，监测神经元的钙活动轨迹，并与小鼠行为视频进行同步。图12. 自由运动小鼠大脑海马CA1亚区的神经元活动&bull 长时程监测自由运动小鼠大脑海马CA1亚区的神经元钙活动（成像深度978 μm）在8.35 Hz的成像速率下，进行100分钟不间断连续监测采集自由运动小鼠大脑海马CA1亚区神经元活动，钙信号瞬态特征无明显变化（平均振幅，衰减时间常数，SNR）图13. 100分钟不间断采集自由运动小鼠大脑海马CA1亚区神经元活动小鼠大脑组织3D重构国际影响--Nature Methods 发表社评图14. 文章部分截图Benjamin F. Grewe et al. Nat. Methods https://doi.org/10.1038/s41592-023-01808-z [3]3月，Nature Methods期刊邀请Benjamin F. Grewe等领域专家发表在线社评文章Deep brain imaging on the move ，特别指出微型化三光子显微镜对于深脑成像的重要意义。三光子成像则将可到达的成像深度大大扩展至1500 μm。因此，在小鼠中，微型化三光子显微镜将直接实现对整个大脑皮层及下方区域，例如海马CA1进行成像，同时保留完整的大脑皮层结构投影。随着微型化三光子显微镜SUPERNOVA-3000的出现，神经科学的研究人员将可实现对例如涉及纹状体结构的，大脑皮层及皮层下方脑区之间的神经网络进行深入研究图15. 微型化三光子显微镜SUPERNOVA-3000【参考文献】[1]Zhao, C., Chen, S., Zhang, L., Zhang, D., Wu, R., Hu, Y., Zeng, F., Li, Y., Wu, D., Yu, F., et al. (2023). Miniature three-photon microscopy maximized for scattered fluorescence collection. Nat Methods. 10.1038/s41592-023-01777-3.[2] N. G. Horton, K. Wang, D. Kobat, C. G. Clark, F. W. Wise, C. B. Schaffer, and C. Xu, Nature Photonics 7, 205- 209 (2013)[3]Lecoq, J.A., Boehringer, R., and Grewe, B.F. (2023). Deep brain imaging on the move. Nat Methods. 10.1038/s41592-023-01808-z.

html, body { -webkit-user-select: text } * { padding: 0 margin: 0 } .web-box { width: 100% text-align: center } .wenshang { margin: 0 auto width: 80% text-align: center padding: 20px 10px 0 10px } .wenshang h2 { display: block color: #900 text-align: center padding-bottom: 10px border-bottom: 1px dashed #ccc font-size: 16px } .site a { text-decoration: none } .content-box { text-align: left margin: 0 auto width: 80% margin-top: 25px text-indent: 2em font-size: 14px line-height: 25px } .biaoge { margin: 0 auto /* width: 643px */ width: 100% margin-top: 25px } .table_content { border-top: 1px solid #e0e0e0 border-left: 1px solid #e0e0e0 font-family: Arial /* width: 643px */ width: 100% margin-top: 10px margin-left: 15px } .table_content tr td { line-height: 29px } .table_content .bg { background-color: #f6f6f6 } .table_content tr td { border-right: 1px solid #e0e0e0 border-bottom: 1px solid #e0e0e0 } .table-left { text-align: left padding-left: 20px } 详细信息 水利部南京水利水文自动化研究所所需一批仪器设备采购项目公开招标公告 江苏省-南京市-雨花台区 状态：公告 更新时间： 2024-08-12 公告概要： 公告信息： 采购项目名称 水利部南京水利水文自动化研究所所需一批仪器设备采购项目 品目 货物/设备/仪器仪表/水文仪器设备 采购单位 水利部南京水利水文自动化研究所 行政区域 雨花台区 公告时间 2024年08月12日 17:23 获取招标文件时间 2024年08月12日至2024年08月19日 每日上午:9:00 至 11:30 下午:13:30 至 17:30（北京时间，法定节假日除外） 招标文件售价 ￥500 获取招标文件的地点 e交易平台（http://www.ejy365.com） 开标时间 2024年09月02日 09:30 开标地点 南京市鼓楼区清江南路18号鼓楼创新广场D座11楼2号开标室 预算金额 ￥705.590000万元（人民币） 联系人及联系方式： 项目联系人 吴喆 项目联系电话 025-83320576、wuz@jcec.cn 采购单位 水利部南京水利水文自动化研究所 采购单位地址 南京市雨花台区铁心桥街95号 采购单位联系方式 雷雨025-52898454 代理机构名称 江苏省设备成套股份有限公司 代理机构地址 南京市鼓楼区清江南路18号鼓楼创新广场D座10楼1002室 代理机构联系方式 吴喆025-83320576、wuz@jcec.cn 项目概况 水利部南京水利水文自动化研究所所需一批仪器设备采购项目 招标项目的潜在投标人应在e交易平台（http://www.ejy365.com）获取招标文件，并于2024年09月02日 09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：ZZ203224582718 项目名称：水利部南京水利水文自动化研究所所需一批仪器设备采购项目 预算金额：705.590000 万元（人民币） 最高限价（如有）：705.590000 万元（人民币） 采购需求： 包号 采购品目类 设备名称 数量 主要配置说明 包预算 （万元） 最高 限价 （万元） 1 水文仪器设备 多波束测深仪 1套 由多波束测深仪、惯性导航系统、表面声速仪、声速剖面仪、多波束采集后处理软件、无人测量船等组成。主要适用于河湖地形、河流断面、水库库容、航道扫测等水下地形测量。 213.59 213.59 手持SLAM测量系统 2套 主要由系统主机、激光远程采集控制系统、激光扫描系统、定位定姿系统组成。适用于工业测量、建筑测绘、室内导航、考古遗址记录等多种应用场景。 回声测深仪（多频） 1套 支持高频和低频两种工作频率，适应不同水质环境，确保测量的准确性和环境适应性。可应用于河道断面测量、水库库容测算、航道清淤方量测量。 单频测深仪 2套 具备更高速的CPU主频和更稳定的嵌入式系统，拥有坚固的密封防水性、耐久的抗腐蚀性以及多样的数据兼容性。适用于海洋测绘、河流湖泊测量、港口航道监测、水下结构检测等多种水下测量场景。 手持三维激光扫描仪 1套 可基于RTK-SLAM技术和LIO-PANO技术的多场景大空间三维数据高精度获取设备支持手持、背负、移动平台等多样性的作业方式,可以高效实现室内外一体的数据采集任务,轻松获取满足1：500比例尺的高精度全空间真彩色点云。R8可以广泛应用于实景三维、地形测绘、水利勘测、竣工测量、交通勘测、矿山测量、立面测量、地下空间测绘、土方量算、电力巡检、林业调查等领域。 手持GNSS定位仪 12套 具备高精度定位、强大的系统配置、高防护等级、超长续航能力和专业的软件支持。 2 水文仪器设备 移动侧扫雷达流速监测设备 2套 采用超高频雷达测量。主要测量流速、水位、流量等水文要素。 138 138 3 水文仪器设备 多频走航式ADCP 6套 配置主机、三体船、数据处理终端、电源适配器等。主要测量流速、水位、流量等水文要素。 225.8 225.8 4 水文仪器设备 多普勒流向流速仪 19套 由水下探头、电缆和水面主机组成。探头内装有流速传感器、温度传感器和电子测量线路。流速、温度测量信号经水下电路处理放大后经电缆送至水面主机进行处理、计算、显示、存储。主要测量流速、流向等水文要素。 128.2 128.2 手持式声学多普勒流速仪 11套 主要由手持式声学多普勒流速仪主机、声学多普勒流速仪探头、数据电缆、软件、设备箱、测杆等组成。主要测量流速、流向等水文要素。 详见采购文件第四章采购需求。 合同履行期限：2024年9月15日之前完成供货，2024年10月20日之前完成安装调试。 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： 无 3.本项目的特定资格要求：无 三、获取招标文件 时间：2024年08月12日 至 2024年08月19日，每天上午9:00至11:30，下午13:30至17:30。（北京时间，法定节假日除外） 地点：e交易平台（http://www.ejy365.com） 方式：（一）凡有意参加响应者，请于获取时间内(北京时间，下同)，登陆e交易平台（http://www.ejy365.com）按照要求进行实名会员注册、完善相关信息及选择项目报名、下载招标文件，招标文件服务费每包500元，下载后不退。 （二）平台网址为：http://www.ejy365.com。下载者首次登陆平台前，须前往平台免费注册，注册成功且完善相关信息后，可以及时参与平台上所有发布的项目。 （三）下载者应充分考虑平台注册、信息检查、资料上传、购标确认、费用支付所需时间，下载者必须在获取时间内完成支付，否则将无法保证获取招标文件。未按照本公告要求获得本项目招标文件的，采购代理机构不予接收其响应文件。 （四）下载者需要发票的，须通过平台“资金管理”模块进行操作。招标文件服务费发票由采购代理机构开具；下载者选择开具增值税普通发票的，可在“资金管理--标书费电子发票”下载增值税电子普通发票；选择开具增值税专用发票的，可在“资金管理--专用发票申请”中填写相关信息；平台服务费发票由江苏易交易信息科技有限公司开具。非因采购代理机构或平台原因，发票一经开具不予退换。 （五）平台网站首页“帮助中心”提供操作手册，下载者可以下载并根据操作手册提示进行注册、登录等操作。平台咨询电话为：4008280799。平台会通过短信提醒下载者进行注册、支付、下载等操作。 售价：￥500.0 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：2024年09月02日 09点30分（北京时间） 开标时间：2024年09月02日 09点30分（北京时间） 地点：南京市鼓楼区清江南路18号鼓楼创新广场D座11楼2号开标室 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、本项目为“非专门面向中小企业采购项目”。 2、本项目不接受联合体投标，不允许转包、分包。 3、本项目不接受进口产品投标。 4、本项目标的所属行业：制造业。 5、上述“满足《中华人民共和国政府采购法》第二十二条规定”具体要求为： （1）具有独立承担民事责任的能力（提供法人或者其他组织的营业执照；供应商为自然人的，提供其身份证）； （2）具有良好的商业信誉和健全的财务会计制度（提供2023年度财务报告，或投标截止时间前六个月内银行出具的资信证明）； （3）具有履行合同所必需的设备和专业技术能力（供应商根据履行采购项目合同需要，提供履行合同所必需的设备和专业技术能力的证明材料）； （4）有依法缴纳税收和社会保障资金的良好记录（提供参加本次政府采购活动前半年内至少一个月：①提供缴纳税收的凭证；②提供缴纳社会保险的凭据，依法享受免缴、缓缴的，提供证明材料）； （5）参加政府采购活动前三年内，在经营活动中没有重大违法记录（提供承诺书）； （6）法律、行政法规规定的其他条件。 6、本项目在“中国政府采购网”发布公告。 7、投标人应当从招标代理机构合法获得招标项目的招标文件。 8、勘察现场或答疑：无 9、本次招标请按“包”购买招标文件，并按“包”编制、提交纸质投标文件。 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：水利部南京水利水文自动化研究所 地址：南京市雨花台区铁心桥街95号 联系方式：雷雨025-52898454 2.采购代理机构信息 名 称：江苏省设备成套股份有限公司 地 址：南京市鼓楼区清江南路18号鼓楼创新广场D座10楼1002室 联系方式：吴喆025-83320576、wuz@jcec.cn 3.项目联系方式 项目联系人：吴喆 电 话： 025-83320576、wuz@jcec.cn × 扫码打开掌上仪信通App 查看联系方式 $('.clickModel').click(function () { $('.modelDiv').show() }) $('.closeModel').click(function () { $('.modelDiv').hide() }) 基本信息 关键内容：共聚焦显微镜 开标时间：2024-09-02 09:30 预算金额：705.59万元 采购单位：水利部南京水利水文自动化研究所 采购联系人：点击查看 采购联系方式：点击查看 招标代理机构：江苏省设备成套股份有限公司 代理联系人：点击查看 代理联系方式：点击查看 详细信息 水利部南京水利水文自动化研究所所需一批仪器设备采购项目公开招标公告 江苏省-南京市-雨花台区 状态：公告 更新时间： 2024-08-12 公告概要： 公告信息： 采购项目名称 水利部南京水利水文自动化研究所所需一批仪器设备采购项目 品目 货物/设备/仪器仪表/水文仪器设备 采购单位 水利部南京水利水文自动化研究所 行政区域 雨花台区 公告时间 2024年08月12日 17:23 获取招标文件时间 2024年08月12日至2024年08月19日 每日上午:9:00 至 11:30 下午:13:30 至 17:30（北京时间，法定节假日除外） 招标文件售价 ￥500 获取招标文件的地点 e交易平台（http://www.ejy365.com） 开标时间 2024年09月02日 09:30 开标地点 南京市鼓楼区清江南路18号鼓楼创新广场D座11楼2号开标室 预算金额 ￥705.590000万元（人民币） 联系人及联系方式： 项目联系人 吴喆 项目联系电话 025-83320576、wuz@jcec.cn 采购单位 水利部南京水利水文自动化研究所 采购单位地址 南京市雨花台区铁心桥街95号 采购单位联系方式 雷雨025-52898454 代理机构名称 江苏省设备成套股份有限公司 代理机构地址 南京市鼓楼区清江南路18号鼓楼创新广场D座10楼1002室 代理机构联系方式 吴喆025-83320576、wuz@jcec.cn 项目概况 水利部南京水利水文自动化研究所所需一批仪器设备采购项目 招标项目的潜在投标人应在e交易平台（http://www.ejy365.com）获取招标文件，并于2024年09月02日 09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：ZZ203224582718 项目名称：水利部南京水利水文自动化研究所所需一批仪器设备采购项目 预算金额：705.590000 万元（人民币） 最高限价（如有）：705.590000 万元（人民币） 采购需求： 包号 采购品目类 设备名称 数量 主要配置说明 包预算 （万元） 最高 限价 （万元） 1 水文仪器设备 多波束测深仪 1套 由多波束测深仪、惯性导航系统、表面声速仪、声速剖面仪、多波束采集后处理软件、无人测量船等组成。主要适用于河湖地形、河流断面、水库库容、航道扫测等水下地形测量。 213.59 213.59 手持SLAM测量系统 2套 主要由系统主机、激光远程采集控制系统、激光扫描系统、定位定姿系统组成。适用于工业测量、建筑测绘、室内导航、考古遗址记录等多种应用场景。 回声测深仪（多频） 1套 支持高频和低频两种工作频率，适应不同水质环境，确保测量的准确性和环境适应性。可应用于河道断面测量、水库库容测算、航道清淤方量测量。 单频测深仪 2套 具备更高速的CPU主频和更稳定的嵌入式系统，拥有坚固的密封防水性、耐久的抗腐蚀性以及多样的数据兼容性。适用于海洋测绘、河流湖泊测量、港口航道监测、水下结构检测等多种水下测量场景。 手持三维激光扫描仪 1套 可基于RTK-SLAM技术和LIO-PANO技术的多场景大空间三维数据高精度获取设备支持手持、背负、移动平台等多样性的作业方式,可以高效实现室内外一体的数据采集任务,轻松获取满足1：500比例尺的高精度全空间真彩色点云。R8可以广泛应用于实景三维、地形测绘、水利勘测、竣工测量、交通勘测、矿山测量、立面测量、地下空间测绘、土方量算、电力巡检、林业调查等领域。 手持GNSS定位仪 12套 具备高精度定位、强大的系统配置、高防护等级、超长续航能力和专业的软件支持。 2 水文仪器设备 移动侧扫雷达流速监测设备 2套 采用超高频雷达测量。主要测量流速、水位、流量等水文要素。 138 138 3 水文仪器设备 多频走航式ADCP 6套 配置主机、三体船、数据处理终端、电源适配器等。主要测量流速、水位、流量等水文要素。 225.8 225.8 4 水文仪器设备 多普勒流向流速仪 19套 由水下探头、电缆和水面主机组成。探头内装有流速传感器、温度传感器和电子测量线路。流速、温度测量信号经水下电路处理放大后经电缆送至水面主机进行处理、计算、显示、存储。主要测量流速、流向等水文要素。 128.2 128.2手持式声学多普勒流速仪 11套 主要由手持式声学多普勒流速仪主机、声学多普勒流速仪探头、数据电缆、软件、设备箱、测杆等组成。主要测量流速、流向等水文要素。 详见采购文件第四章采购需求。 合同履行期限：2024年9月15日之前完成供货，2024年10月20日之前完成安装调试。 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： 无 3.本项目的特定资格要求：无 三、获取招标文件 时间：2024年08月12日 至 2024年08月19日，每天上午9:00至11:30，下午13:30至17:30。（北京时间，法定节假日除外） 地点：e交易平台（http://www.ejy365.com） 方式：（一）凡有意参加响应者，请于获取时间内(北京时间，下同)，登陆e交易平台（http://www.ejy365.com）按照要求进行实名会员注册、完善相关信息及选择项目报名、下载招标文件，招标文件服务费每包500元，下载后不退。 （二）平台网址为：http://www.ejy365.com。下载者首次登陆平台前，须前往平台免费注册，注册成功且完善相关信息后，可以及时参与平台上所有发布的项目。 （三）下载者应充分考虑平台注册、信息检查、资料上传、购标确认、费用支付所需时间，下载者必须在获取时间内完成支付，否则将无法保证获取招标文件。未按照本公告要求获得本项目招标文件的，采购代理机构不予接收其响应文件。 （四）下载者需要发票的，须通过平台“资金管理”模块进行操作。招标文件服务费发票由采购代理机构开具；下载者选择开具增值税普通发票的，可在“资金管理--标书费电子发票”下载增值税电子普通发票；选择开具增值税专用发票的，可在“资金管理--专用发票申请”中填写相关信息；平台服务费发票由江苏易交易信息科技有限公司开具。非因采购代理机构或平台原因，发票一经开具不予退换。 （五）平台网站首页“帮助中心”提供操作手册，下载者可以下载并根据操作手册提示进行注册、登录等操作。平台咨询电话为：4008280799。平台会通过短信提醒下载者进行注册、支付、下载等操作。 售价：￥500.0 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：2024年09月02日 09点30分（北京时间） 开标时间：2024年09月02日 09点30分（北京时间） 地点：南京市鼓楼区清江南路18号鼓楼创新广场D座11楼2号开标室 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、本项目为“非专门面向中小企业采购项目”。 2、本项目不接受联合体投标，不允许转包、分包。 3、本项目不接受进口产品投标。 4、本项目标的所属行业：制造业。 5、上述“满足《中华人民共和国政府采购法》第二十二条规定”具体要求为： （1）具有独立承担民事责任的能力（提供法人或者其他组织的营业执照；供应商为自然人的，提供其身份证）； （2）具有良好的商业信誉和健全的财务会计制度（提供2023年度财务报告，或投标截止时间前六个月内银行出具的资信证明）； （3）具有履行合同所必需的设备和专业技术能力（供应商根据履行采购项目合同需要，提供履行合同所必需的设备和专业技术能力的证明材料）； （4）有依法缴纳税收和社会保障资金的良好记录（提供参加本次政府采购活动前半年内至少一个月：①提供缴纳税收的凭证；②提供缴纳社会保险的凭据，依法享受免缴、缓缴的，提供证明材料）； （5）参加政府采购活动前三年内，在经营活动中没有重大违法记录（提供承诺书）； （6）法律、行政法规规定的其他条件。 6、本项目在“中国政府采购网”发布公告。 7、投标人应当从招标代理机构合法获得招标项目的招标文件。 8、勘察现场或答疑：无 9、本次招标请按“包”购买招标文件，并按“包”编制、提交纸质投标文件。 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：水利部南京水利水文自动化研究所 地址：南京市雨花台区铁心桥街95号 联系方式：雷雨025-52898454 2.采购代理机构信息 名 称：江苏省设备成套股份有限公司 地 址：南京市鼓楼区清江南路18号鼓楼创新广场D座10楼1002室 联系方式：吴喆025-83320576、wuz@jcec.cn 3.项目联系方式 项目联系人：吴喆 电 话： 025-83320576、wuz@jcec.cn

在切除恶性脑肿瘤时，医生既不想留下任何癌细胞，又要保护健康脑组织，将对神经的伤害尽可能降到最低。然而一旦打开了病人颅骨，就没时间在笨重的显微镜下对组织样本进行病理分析。据美国华盛顿大学最新消息，该校工程师与斯坦福大学纪念斯隆凯特琳癌症中心、巴罗神经学研究所合作，开发出一种手持式微型显微镜，让医生在手术时也能看到细胞水平，帮他们决定该在哪里果断下刀，在哪里刀下留情。 新的手持显微镜比钢笔略大一点，用了一种叫做“双轴共焦显微技术”的新方法，能更清晰地“看透”不透明组织，捕获组织表层以下半毫米的细节。研究人员之一、华盛顿大学机械工程副教授乔纳森刘说：“要看到组织表面以下，就像开着灯在浓雾中驾驶，无法看得太远。但我们用的（显微镜）就像雾光灯，从不同的角度照亮并减少炫光，能在浓雾中看得更远。” 要让显微镜更小，通常要牺牲图像质量或分辨率、视域、深度、对比度、处理速度等性能。研究人员结合了快速高质量图像的处理传输技术，实现了各种图像指标的平衡。他们发表在《生物医学光学快报》上的论文称，微型显微镜的分辨率足以看到亚细胞水平，其拍摄的小鼠组织图像能和在临床病理实验室经过多天处理后的图像媲美。 乔纳森刘表示，手术中要知道切除的究竟是不是肿瘤，外科医生只能用眼睛看，凭借触觉和术前脑成像，有时会相当主观。如果能在手术过程中放大组织，看到细胞水平，有助于他们精确区分肿瘤和正常组织，会让手术效果更好。 研究人员希望将微型显微镜作为一种临床癌症筛查工具，他们将在2017年对其进行测试，然后在2到4年里将其用于手术或其他临床程序。 上图为了造出手持双轴共焦显微镜，研究人员将原来的桌面显微镜原型缩小成约钢笔大小。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 【作者按】 /strong 工作距离和探头的选择，主要影响着扫描电镜的信息接收。选择的是否合适，对形成怎样的样品表面形貌像起着举足轻重的作用。实际测试工作中，我们往往只关注信息的产生，也就是加速电压与束流的选择，而对工作距离和探头的选择往往存在轻忽甚至误解的现象。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 关于形貌像分辨率的主流观点：工作距离越小，形貌像分辨率越好。其依据是：1.束斑说：工作距离越小，束斑越小，束斑越小分辨率越好。2.球差说：工作距离越小，物镜球差对结果的影响越小，故分辨率也越佳。球差及束斑说都有一定道理，但都不是影响表面形貌像分辨力的最根本因素。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 形成上述观点，与电镜厂家力推小工作距离的理念有关。特别是有些厂家几乎放弃对使用样品仓探头获取样品信息的研究，仅将其作为一个低倍寻找样品测试位置的工具。这将限制我们的视野，获取的表面形貌信息也极其贫乏。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 本人所用品牌的时候冷场电镜由于对早期样品仓探头结构设计的继承，使得本人充分体会到：各种不同的工作距离和探头组合，将带来怎样不同的样品表面形貌信息，而这些不同的信息又恰恰是我们能够正确且充分观察和分析样品的基石。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 下面将从形貌衬度，这一形成表面形貌像的主导因素为切入点，以实例来展示并详细探讨：不同工作距离和探头的组合与形貌衬度的形成有何关联？对表面形貌像的获取及图像的分辨能力有何影响？各种组合都具有怎样的优缺点？ /p h1 label=" 标题居中" style=" font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px " strong span style=" color: rgb(0, 176, 80) font-size: 18px font-family: 宋体, SimSun " 一 、工作距离和探头的选择与形貌衬度的形成& nbsp /span /strong /h1 p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 扫描电镜形貌像的形成如同用眼睛去观察一个物体。物体图像的形态并不取决于眼睛从物体上获取了怎样的光线，而是基于从那个角度去观察这个物体。对图像细节的影响来自四个方面，光线的能量和强度、眼睛的视力及观察角度，其中观察角度是根基。物体细节越粗，观察角度的影响越大。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/7446c1ff-2094-4dea-9c24-fd02dc025494.jpg" title=" 1.png" alt=" 1.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 二次电子和背散射电子是形成样品表面形貌像的信息源，如同形成图像的光。探头如同人的眼睛，它获取样品表面形貌像的形貌衬度信息，如同从不同角度去观察这个样品。信息到达探头的角度是形成表面形貌像的基础。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 正如本人在经验谈（4、5、6）中给大家所描述，形貌衬度是由样品表面形貌高低差异所形成的信息衬度。形成该衬度的主导因素随以下两个不同层级的信息需求而不同： /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " A. 低倍率，观察的样品表面形貌起伏较大（二十纳米以上）。探头、样品及电子束三者之间的夹角所形成的形貌衬度才能满足形貌像的形成需求，此时这个夹角就是主导因素。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " B. 高倍下，观察的空间差异小于十几纳米，形貌衬度小，电子信息溢出角度所形成的形貌衬度就完全满足需求。由于信息扩散对这类细节影响极大，靠近镜筒，从样品顶部获取更多二次电子是最佳方案，此时低角度信息就变为主导因素。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 选择不同的工作距离和探头，就是为了调控探头所接收的样品信息类型及信息的接收角度，以形成充分的图像衬度。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 工作距离与探头的选择是如何调控探头获取样品表面形貌像的形貌衬度信息，进而影响表面形貌像的细节形成及分辨？下面将结合实例来给大家做详细的展示及描述。 /p h1 label=" 标题居中" style=" font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px " strong span style=" color: rgb(0, 176, 80) font-size: 18px font-family: 宋体, SimSun " 二、表面形貌像与工作距离和探头的选择 /span /strong /h1 p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 选择不同的工作距离和探头，能对图像形貌衬度的获取形成调控。那是如何调控？又是如何影响样品表面形貌像？ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 2.1不同工作距离下各探头对表面信息的接收示意图 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 以某公司冷场电镜为例（样品：介孔硅，孔径& lt 10nm）： /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/b8cc6b0c-010b-4077-97bc-4e1558635e77.jpg" title=" 2.png" alt=" 2.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp & nbsp a.样品台不加减速场：到达顶探头的主要是间接的、能量较高的高角度背散射电子（HA BSE）。图像特性表现为：信息量不足、细节分辨差、但受荷电影响小。（SBA-15颗粒） /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/f6e11aa0-c8f0-462d-99c9-6787b93e2ac6.jpg" title=" 3.png" alt=" 3.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 工作距离越大顶探头接收的信息越少，基本不存在测试意义。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/db70895c-9571-49ac-af9a-286cbaa168d2.jpg" title=" 4.png" alt=" 4.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " b.采用减速模式：二次电子能量得到加强，使顶探头接收的样品信息改以高角度二次电子为主。图像特性：二次电子衬度及边缘效应增加、形貌立体感较差、荷电及电位衬度较大。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 0em " span style=" text-indent: 2em " /span /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/4333ec84-2237-4e5f-9c47-c7424021ada4.jpg" title=" 5.png" alt=" 5.png" / span style=" text-indent: 2em text-align: justify " & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 顶探头图像的Z衬度会更强烈一些，但要求样品有较强的信息量，故应用领域不广，实例较少。具体可参看经验谈（6）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 总之，该公司扫描电镜设置的探头中：顶探头要求样品本身有较高的信息产额，仅利于在小工作距离条件下获取某些特殊的图像衬度信息，如：Z衬度及电位衬度，故使用频率少。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 对于大部分样品信息的获取，起主力军作用的是上、下探头，因此下面讨论的重点将针对这两个探头展开。实例的展示及探讨将以介孔硅KIT-6为样本，按高、低倍分组来进行。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " WD& lt 3mm、低倍：10万倍以下，观察的细节大于20纳米。& nbsp & nbsp /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/ee3af742-eeab-4911-acf1-ccd39b700db4.jpg" title=" 6.png" alt=" 6.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 高倍（20万倍）：观察10纳米以下细节。这类细节的起伏小，形貌衬度要求低，不同角度的二次电子就足以形成表面形貌像所需的形貌衬度。此时信息扩散对细节影响将变成主导因素，更多的接收二次电子就成为获取高分辨细节的关键。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 如上示意图，EXB系统对进入上探头的信号进行分离，使其接收的基本是二次电子，对细节影响小；通过信息转换板，探头又接收到更多的低角度信息，因此利于形成细节为10纳米以下的形貌像。各探头形成图像的具体结果如下： /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/cbe76ddb-a22b-4bd5-ad70-c9057c2641ae.jpg" title=" 7.png" alt=" 7.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该工作距离，下探头无信号，信息混合后结果倒向上探头。采用减速模式将帮助上探头获取更充分的样品信息。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/b3ba0c5c-c2a3-49cb-a4fa-8653853454d2.jpg" title=" 8.png" alt=" 8.png" / span style=" text-indent: 2em text-align: justify " & nbsp & nbsp & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " B）工作距离适中（WD=8.1mm）： /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/7a1ebaf2-fb73-4803-a009-cd97a2aa8a65.jpg" title=" 9.png" alt=" 9.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 低倍：10万倍以下，观察的样品细节主要在20纳米以上。在这个工作距离下：上探头形貌衬度较差，下探头信号量不佳，故单独观察都有较大问题。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/c8c01847-39c9-4150-a862-5ed7dc40b2bf.jpg" title=" 10.png" alt=" 10.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 高倍：20万倍，观察的样品表面细节在10纳米以下& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/367f675f-d917-4132-b5b5-dc72868ef096.jpg" title=" 11.png" alt=" 11.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 上、下探头的混合结果：上探头获取的信息较多，是主要信息源。故整体偏向上探头获取的图像特性。 /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/aa45b67b-1415-461d-9ee6-5594b663afdf.jpg" title=" 12.png" / /p p style=" text-align:center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/10a2946a-c21a-4b3b-9c3a-46579b607c42.jpg" title=" 13.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " C）大工作距离（WD=15.1 mm） /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/841a1b4a-39c8-4cea-9114-5c93b196ba13.jpg" title=" 14.png" alt=" 14.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 低倍：10万倍以下，观察20纳米以上的细节。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/5adb4e8e-4576-4e0e-aa67-2b72bfdf8f99.jpg" title=" 15.png" alt=" 15.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 高倍：20万倍，观察细节10纳米以下。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/e2dd614b-b1c3-439f-8eca-4a481eae9dcb.jpg" title=" 15.png" alt=" 15.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 上、下探头混合后，结果倒向下探头。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/aa741213-5299-4f63-9dc8-2f210ade6e28.jpg" title=" 16.png" alt=" 16.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 细节较粗样品（磁粉），7万倍、大WD，三种探头组合对比： /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/84e4cc1f-b36b-4df0-a035-30045f6a1fc2.jpg" title=" 18.png" alt=" 18.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 2.2不同探头组合在不同工作距离（WD）上的图像比对 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 上节实例展示了在不同工作距离上，各种探头组合所获取的图像特性。本节以介孔硅SBA-15的测试结果为例，采用高、低倍分组，直球对决的形式，对比三种探头组合分别在三个不同工作距离上所获取的测试结果。评判出各种工作距离与探头组合的优缺点，以充分认识它们的适用范围。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/83a00b53-10d8-4142-bd5e-b16c67491618.jpg" title=" 19.png" alt=" 19.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 低倍的综合结果：选择15mm工作距离、下探头组合测试效果最佳。空间伸展最好、信号量足、细节丰富、无荷电影响。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/73bb557c-f665-4f26-bfaa-d80bb19cb871.jpg" title=" 20.png" alt=" 20.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 高倍（20万倍）的结果：& nbsp 2mm工作距离，混合探头组合二次电子含量足，低角度二次电子信息含量的占比较多，故图像荷电现象较弱，空间信息好，细节充分，结果最佳。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 15mm工作距离、下探头组合，细节几乎看不见，结果最差。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 综合以上所有实例可以得出这样的结论： /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 10万倍以下观察20纳米以上细节，大工作距离拥有优势，且倍率越低用下探头观察的优势越明显。10万倍以上观察10纳米以下的细节，小工作距离、上探头获得效果更好。 /p h1 label=" 标题居中" style=" font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px " strong span style=" color: rgb(0, 176, 80) font-size: 16px " 三、工作距离和探头的选择与图像的分辨力 /span /strong /h1 p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 前面实例充分表明：小工作距离、镜筒探头（上探头）最适用于将图像放大到10万倍以上，去观察小于10纳米的样品细节，而对于观察20纳米以上的细节却未必有利。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 下面将以充分的事例展示：采用大工作距离、样品仓探头（下探头）组合，即便在10万倍以上的高倍率，图像清晰度受大量背散射电子的影响而略显不足，但对20纳米以上样品细节的分辨力却占据优势。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 泡沫镍上生长的氢氧化钴，储电材料。该材料的片状氢氧化钴表面有许多大于10纳米的沟纹状细节，故比表面积较大。存在这种结构也正是其拥有极佳储电能力的基础。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 接下来通过对这些沟纹信息的观察，来对比大工作距离、下探头组合与较小工作距离、上探头组合在的辨析度上优劣。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 为了说明结果的普适性，对比将从一组zeiss SEM的照片开始。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/63ec7b13-bd9e-4d65-9328-1ef32e4aa0b1.jpg" title=" 21.png" alt=" 21.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 结果：采用WD=8mm、混合探头（M）组合& nbsp PK& nbsp & nbsp WD=15mm、下探头组合的结果。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/829f8ebf-1b67-40ff-ae48-b248d4a661d7.jpg" title=" 22.png" alt=" 22.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 以上实例充分展示：工作距离与探头的选择对分辨能力的影响也遵循着辨证的关系。样品的特性以及观察信息的不同是我们选择合适工作距离与探头的依据。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 将小工作距离、镜筒探头做为获取高分辨像的唯一正确选择，进而扩展为扫描电镜主要测试条件的观念存在极大偏颇，不利于充分获取样品信息。大部分样品信息适合在大工作距离，采用多种探头组合来获取，这将在下篇有更充分的展示。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 电镜的性能是否优异，考察其在大工作距离下是否也能获取优异的高倍率形貌像应当是重点。以下是几个实例： /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " S-4800大工作距离高倍率图片 /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/395c6a02-3f78-47bb-9a45-4aa553a3ebb7.jpg" title=" 23.png" alt=" 23.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " Regulus 8230的大工作距离高倍率图片 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/3eb0b9d9-d016-4e1b-aa6a-16c5555ca0a2.jpg" title=" 24.png" alt=" 24.png" / /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/69da8d82-e400-4dc0-9331-cf795b27a49a.jpg" title=" 25.png" alt=" 25.png" / /p h1 label=" 标题居中" style=" font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px " strong span style=" font-size: 18px color: rgb(0, 176, 80) " 四、不同工作距离和探头组合的优缺点 /span /strong /h1 p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 前面分析了，改变工作距离主要影响的是镜筒内探头和样品仓探头对样品表面形貌信息的接收效果。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 工作距离越小，带来的结果是：镜筒内探头（U）接收到的样品信息越多，样品仓探头（L）接收的样品信息越少。当样品紧靠物镜时，样品仓探头基本获取不到样品的信息。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 随着工作距离加大，样品仓探头接收到的样品信息会加强。要形成样品仓探头对样品表面信息接收的最佳固体角，必然存在一个最佳工作距离。这个值各电镜厂家并不一样，我所用的场发射扫描电镜的这个值与附件能谱仪的最佳工作距离相重合（WD=15mm）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 不同位置的探头形成样品表面形貌像的主导因素不同。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 样品仓探头：探头、样品及电子束三者之间的夹角是主导。获取的形貌衬度信息有利于呈现起伏较大的表面形貌像。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 镜筒内探头：从顶部接收样品信息，电子信息的溢出角是形成表面形貌像的主导因素。获取的形貌衬度小，只适合表现起伏较小（几十纳米）的表面形貌像。工作距离越大，镜筒内探头接收到的高角度二次电子占比越多，图像空间感越差，荷电现象也越明显。具体实例可参看前文经验谈（5）。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 样品表面形貌像的细节会受到样品电子信息扩散的影响，这个影响受到样品特性及信息需求的限制。当样品比较松散，而所要展示的样品信息又极小（10纳米以下细节）时，信号扩散会成为影响测试结果的主体，选用小工作距离、镜筒探头最为有利。除此以外，在大工作距离下选择不同探头组合将更有利于获取充分的样品表面信息。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 大、小工作距离对样品进行测试的优缺点对比列表如下 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/ae51a279-a821-44a9-8ff7-f3f675295dcb.jpg" title=" 26.png" alt=" 26.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 从以上列表可以看到，选择大工作距离给测试结果带来的优点比选择小工作距离要多得多，小工作距离仅在极少数情况下具有较好的测试结果。因此个人认为将常规的测试条件放在大工作距离上，是一个明智的选择。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 以个人使用扫描电镜十来年的测试经历来看，绝大部分样品信息都可在大工作距离下获取更好的效果，必需采用小工作距离的情况相对来说比较少。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 下一篇将用更多实例来给大家充分的展示并分析，选用合适的工作距离和探头组合将会带来怎样有利的测试结果？ span style=" text-indent: 2em " & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 参考书籍： /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 《扫描电镜与能谱仪分析技术》张大同2009年2月1日& nbsp span style=" text-indent: 2em " 华南理工出版社 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 《微分析物理及其应用》 丁泽军等 & nbsp & nbsp & nbsp 2009年1月& nbsp span style=" text-indent: 2em " 中科大出版社 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 《自然辩证法》 & nbsp 恩格斯 & nbsp 于光远等译 1984年10月& nbsp span style=" text-indent: 2em " 人民出版社& nbsp & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 《显微传》 & nbsp 章效峰 2015年10月& nbsp span style=" text-indent: 2em " 清华大学出版社 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 日立S-4800冷场发射扫描电镜操作基础和应用介绍& nbsp span style=" text-indent: 2em " 北京天美高新科学仪器有限公司 高敞 2013年6月 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" text-indent: 2em " 作者简介： /span /strong span style=" text-indent: 2em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 75px height: 116px float: left " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/c94c8e90-8a70-4116-8cfa-768d11d59f9e.jpg" title=" 123.jpg" alt=" 123.jpg" width=" 75" height=" 116" border=" 0" vspace=" 0" / 林中清，1987年入职安徽大学现代实验技术中心从事扫描电镜管理及测试工作。32年的电镜知识及操作经验的积累，渐渐凝结成其对扫描电镜全新的认识和理论，使其获得与众不同的完美测试结果和疑难样品应对方案，在同行中拥有很高的声望。2011年在利用PHOTOSHIOP 对扫描电镜图片进行伪彩处理方面的突破，其电镜显微摄影作品分别被《中国卫生影像》、《科学画报》、《中国国家地理》等杂志所收录、在全国性的显微摄影大赛中多次获奖。& nbsp & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) " & nbsp 延伸阅读： /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20200515/538555.shtml" target=" _self" style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) " 如何正确选择扫描电镜加速电压和束流 ——安徽大学林中清32载经验谈（8） /span /a /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20200414/536016.shtml" target=" _self" style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) " 扫描电镜操作实战技能宝典——安徽大学林中清32载经验谈（7）& nbsp /span /a 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text-decoration: underline " span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) " 二次电子和背散射电子的疑问[上]-安徽大学林中清32载经验谈（4） /span /a span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20191224/519513.shtml" target=" _self" style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) " 电子枪与电磁透镜的另类解析——安徽大学林中清32载经验谈（3）& nbsp /span /a /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20191126/517778.shtml" target=" _self" style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) " 扫描电镜放大倍数和分辨率背后的陷阱——安徽大学林中清32载经验谈（2）& nbsp /span /a /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20191029/515692.shtml" target=" _self" style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) " 扫描电镜加速电压与分辨力的辩证关系——安徽大学林中清32载经验谈 /span /a /p

人的肉眼分辨本领在0.1毫米左右，我们是怎么一步步地看见细菌、病毒，乃至蛋白质结构的呢？这背后离不开这群“强迫症”。采访专家：张德添（军事医学科学院国家生物医学分析中心教授）“我非常惊奇地看到水中有许多极小的活体微生物，它们如此漂亮而动人，有的如长矛穿水而过，有的像陀螺原地打转，还有的灵巧地徘徊前进，成群结队。你简直可以将它们想象成一群飞行的蚊虫。”1675年，一名荷兰代尔夫特市政厅的小公务员给英国皇家学会写了这样一封信，向学会的会员们描述自己用自制的显微镜观察到的奇妙景象。作为给当时欧洲最富盛名的学术组织寄去的一封学术讨论信件，这名公务员并没有进行大篇幅严谨却枯燥的科学论证，而是用朴实的语言，在字里行间留下了自己发现新事物时那种孩童般的惊奇与喜悦。这位当时默默无闻的小公务员，正是大名鼎鼎的微生物学和显微镜学先驱者—安东尼范列文虎克。在50年的时间里，列文虎克用制作的显微镜观察到了细菌、肌纤维和精细胞等微观生物，并先后给英国皇家学会寄去了300多封信件来讨论他的新发现。正是在列文虎克的不懈坚持下，人类观察世界的眼睛终于来到了微生物层面。初代显微镜：拨开微生物世界的迷雾列文虎克能发现色彩斑斓的微生物世界，主要得益于他在透镜制作方面的天赋。他一生中制作了多达400多台显微镜，与今日我们熟知的显微镜存在很大不同，列文虎克的显微镜绝大多数属于单透镜显微镜，仅由一个小黄铜板构成，使用时需要仰身将这个铜板面向阳光进行观察。列文虎克凭借他的一系列惊人发现迅速成为当时科学界的“网红级”人物。然而真正奠定显微镜学理论基础的，则是同时期的英国科学家罗伯特胡克。在列文虎克还在钻研透镜制作技艺时的1665年，在英国皇家学会负责科学试验的胡克，就制作了一台显微镜，与列文虎克使用的单透镜显微镜不同，这是一台复式显微镜，其工作原理和外形已经很接近现代的光学显微镜了。胡克用这台显微镜观察一片软木薄片，发现了密密麻麻的格子状结构，酷似当时僧侣居住的单人房间，因此胡克就用英语中单人间一词“cell”来命名这种结构，而这个单词在当代被翻译为“细胞”。不久，胡克写就了《显微图谱》一书，将这一重要观察成果写入书中。胡克的研究成果很快引起了列文虎克的注意，他曾研究过胡克的显微镜，但最后还是使用了自制的单透镜显微镜来进行观察。原因就在于胡克显微镜存在严重的色差问题。所谓色差，就是在光线经过透镜时，不同颜色的光因折射率不同，会聚焦于不同的点上，使得样品的成像被一层色彩光斑所包围，严重影响清晰度。列文虎克提出的解决方案也很简单，就是在透镜研磨的精细程度上下功夫，将单透镜制成小玻璃珠，并将之嵌入黄铜板的细孔内，这样在放大倍数不低于胡克显微镜的基础上，最大程度避免色差对成像的干扰。但代价是，由于观察时是需要对着阳光，对观测者的眼睛伤害很大。除了色差，早期显微镜还存在着球面像差问题，即光线在经过透镜折射时，接近中心与靠近边缘的光线不能将影像聚集在一点上，使得成像模糊不清。自显微镜诞生之日起，色差和球面像差就成为“与生俱来的顽疾”，一直制约着人们向微观世界进军的步伐。直到19世纪，光学显微技术才在工业革命的助力下完成了一次实质性蜕变，从而在根本上解决了这两个难题。挑战色差与球面像差：逐渐清晰的微观视角首先是1830年，一个名为李斯特的英国业余显微镜学爱好者首先向球面像差发起挑战，他创造性地用几个特定间距的透镜组，成功减小了球面像差影响。此后，改进显微镜的主阵地很快转移到了德国，其中1846年成立的蔡司光学工厂，更是在此后一个世纪里成为领头羊。1857年蔡司工厂研制出第一台现代复式显微镜，并成功打入市场。不过在研制和生产过程中，蔡司也深受色差之苦：当时通行的增加透镜数量的做法，虽能提升显微镜的放大倍数，却仍无法消除色差对成像清晰度的干扰。1872年，德国耶拿大学的恩斯特阿贝教授提出了完善的显微镜学理论，详细说明了光学显微镜的成像原理、数值孔径等科学问题。蔡司也迅速邀请阿贝教授加盟，并研制出一批划时代的光学部件，其中就包括复消色差透镜，一举消除了色差的影响。在阿贝教授的技术加持下，蔡司工厂的显微镜成为同类产品中的佼佼者，很快成为欧美各大实验室的抢手货，并奠定了现代光学显微镜的基本形态。不久，蔡司又拉来了著名化学家奥托肖特入伙，将其研制的具有全新光学特性的锂玻璃应用在自家产品上。1884年，蔡司更是联合阿贝与肖特，成立了“耶拿玻璃厂”，专为显微镜生产专业透镜。显微镜技术的突飞猛进也让各种现代生物学理论不断完善，透过高分辨率的透镜，微观世界中各种复杂的结构逐步以具象的形式呈现在人类眼前。由于微观层面的生物结构大多是无色透明的，为了让他们在镜头下变得清晰可见，当时的科学家普遍将生物样品染色，以此提高对比度方便观察。这一方法最大的局限在于，染料本身的毒性往往会破坏微生物的组织结构，这一时期染剂落后的材质，也无法实现对某些特定组织的染色。直到1935年荷兰学者泽尼克发现了相衬原理，并将之成功应有于显微镜上。这种相衬显微技术，利用光线穿过透明物体产生的极细微的相位差来成像，使得显微镜能够清晰地观察到无色透明的生物样品。泽尼克本人则凭借此次发现斩获了1953年的诺贝尔物理学奖。军事医学科学院国家生物医学分析中心教授，长期致力于电子显微镜领域研究的张德添向记者介绍道：“人的肉眼分辨本领在0.1毫米左右，而光学显微镜的分辨本领可以达到0.2微米（1毫米=1000微米）的水平，能够看到细菌和细胞。但由于光具有波动性，衍射现象限制了光学显微镜分辨本领的进一步提高。”二战结束后，随着各种新理论新技术的不断应用，光学显微镜得到了长足进步，但也是在这一时期，光学显微镜的潜力已经被发掘到了极限。为蔡司工厂乃至整个显微镜学立下汗马功劳的阿贝教授就提出了“分辨率极限理论”，认为普通光学显微镜的分辨率极限是0.2微米，再小的物体就无能为力了—这一理论又被称为“阿贝极限”，这就好像一层屏障将人类的探索目光阻隔在更深度的微观世界大门之前，迫使科学家们另寻他途。电子显微镜：另辟蹊径，重新发现既然可见光存在这样的短板，那么能否利用其他波长较短的光束来实现分辨率的突破呢？张德添进一步介绍道：“1924年后，人们从物质领域内找到了波长更短的媒质—电子，从而发明了电子显微镜，其分辨本领达到了0.1纳米的水平。”1931年，德国科学家克诺尔和他的学生鲁斯卡在一台高压示波器上加装了一个放电电子源和三个电子透镜，制成了世界首台电子显微镜，就此为人类探索微观世界开拓了一条全新的思路。电子显微镜完全不受阿贝极限的桎梏，在分辨率上要远远超越当时的光学显微镜。鲁斯卡在次年对电子显微镜进行了改进，分辨率一举达到纳米级别（1微米=1000纳米）。在这个观测深度，人类终于亲眼看到了比细菌还要小的微生物—病毒。1938年，鲁斯卡用电子显微镜看到了烟草花叶病毒的真身，而此时距离病毒被证实存在已经过去了40年时间。对于电子显微镜技术的发明，张德添这样评价道：“电子显微镜是人们认识超微观世界的钥匙和工具，它解决了光学显微镜受自然光波长限制的问题，将人们对世界的认识从细胞水平提高到了分子水平。” 从肉眼只能观察到的毫米尺度，到光学显微镜能够达到的微米尺度，再到电子显微镜能进一步下探到纳米尺度，显微成像技术正在迅速突破人类对微观世界的认知极限。不过电子显微镜本身的缺憾也愈加明显。由于电子加速只能在真空条件下实现，在真空环境之下，生物样品往往要经过脱水与干燥，这意味着电子显微镜根本无法观测到活体状态下的生物样品，此外电子束本身又容易破坏样品表面的生物分子结构，这就导致样品本身会丢失很多关键信息。这一顽疾在此后又困扰了科学家多年。直到1981年，IBM苏黎世实验室的两位研究员宾尼希与罗雷尔，用一种当时看起来颇有些“离经叛道”的方法，首先解决了电子束损害样品结构的问题。他们利用量子物理学中的“隧道效应”，制作了一台扫描隧道显微镜。与传统的光学和电子显微镜不同，这种显微镜连镜头都没有。在工作时，用一根探针接近样品，并在两者之间施加电压，当探针距离样品只有纳米级时就会产生隧道效应—电子从这细微的缝隙中穿过，形成微弱的电流，这股电流会随着探针与样品距离的变化而变化，通过测量电流的变化人们就能间接得到样品的大致形状。由于全程没有电子束参与，扫描隧道显微镜从根本上避免了加速电子对生物样品表面的破坏。扫描隧道显微镜在今天也被称为“原子力显微镜”，“在微米甚至纳米水平，动态观察生物样品表面形貌结构的变化规律，原子力显微镜是有其独特优势的”，张德添向记者解释说，“如果条件允许，还可以检测生物大分子间相互作用力的大小，为结构与功能关系研究提供便利。”1986年，宾尼希和罗雷尔凭借扫描隧道显微镜，获得当年的诺贝尔物理学奖，有趣的是，与他们一起分享荣誉的，还有当初发明电子显微镜的鲁斯卡，当时的他已是耄耋老人，而他的恩师克诺尔也早已作古。新老两代电子显微镜技术的里程碑人物同台领奖，成为当时物理学界的一段佳话。老树新芽：突破“阿贝极限”的光学显微镜电子显微镜在问世之后的几十年间，极大拓展了人类对生物、化学、材料和物理等领域认知疆界。而无论是鲁斯卡，还是宾尼希和罗雷尔，他们所作的贡献不仅让自己享誉世界，还助力其他领域的学者登上荣誉之巅。比如英国化学家艾伦克鲁格凭借对核酸与蛋白复杂体系的研究获得1982年度诺贝尔化学奖，而他的科研成果正式依靠高分辨电子显微镜技术和X光衍射分析技术而取得的。在克鲁格获奖的当年，以色列化学家达尼埃尔谢赫特曼更是使用一台电子显微镜，发现了准晶体的存在，并独享了2011年的诺贝尔化学奖。目前，电子显微镜已经成为金属、半导体和超导体领域研究的主力军。但在生物和医学领域，电子显微镜本身对生物样品的损害，依旧是难以逾越的技术难题。于是不少科学家开始从两条路径上寻求解决之道：一条是研发冷冻电镜技术，这种技术并不改变电子显微镜整体的工作模式，而是从生物样品本身入手，对其进行超低温冷冻处理。这样状态下，即使处在真空环境中，样品也能保持原有的形态特征与生物活性。“由于观测温度低，生物样品也处于含水状态，分子也处于天然状态，样品对辐射的耐受能力得以提高。我们可以将样品冻结在不同状态，观测分子结构的变化。”张德添向记者解释道。瑞士物理学家雅克杜波切特、美国生物学家乔基姆弗兰克和英国生物学家理查德亨德森凭借这项技术分享了2017年度诺贝尔化学奖。新冠疫情暴发后，冷冻电镜技术又为人类研究和抗击疫情做出了突出贡献。2020年，西湖大学周强实验室就利用这种技术，首次成功解析了此次新冠病毒的受体—ACE2的全长结构，让人类对新冠病毒的认识向前迈出了关键性一步。另一条路径是从传统的光学显微镜入手。在电子显微镜的黄金时代，不少科学家就开始着手研制超高分辨率光学显微镜，甚至开始尝试突破一直以来困扰光学显微镜的“阿贝极限”，而“荧光技术”就成为实现这一切的关键。早在19世纪中叶，科学家们就发现：某些物质在吸收波长较短而能量较高的光线（比如紫外光）时，能将光源转化为波长较长的可见光。这种现象后来被定义为“荧光现象”。荧光现象在自然界是普遍存在的，这一现象背后的原理也在20世纪迅速被应用在光学显微镜上。1911年，德国科学家首次研制出荧光显微镜装置，用荧光色素对样品进行荧光染色处理，并以紫外光激发样品的荧光物质发光，但成像效果不佳，而且把荧光物质当作染色剂，和早期的染色剂一样，本身的毒性会伤害活体样品。直到1974年，日本科学家下村修发现了绿色荧光蛋白，其毒性远弱于以往的荧光物质，是对活体标本进行荧光标记的理想材料——这一发现成为日后科学家突破“阿贝极限”的有力武器。时间来到1989年，供职于美国IBM研究中心的科学家莫尔纳首次进行了单分子荧光检测，使得光学显微镜的检测尺度精确到纳米量级成为可能。随后在莫尔纳的基础上，美国科学家贝齐格开发出一套新的显微成像方法：控制样品内的荧光分子，让少量分子发光，借此确定分子中心和每个分子的位置，通过多次观察呈现出纳米尺度的图像。通过这种方法，贝齐格轻而易举地突破了光学显微镜的阿贝极限。几乎在同时，德国科学家斯特凡赫尔在一次光学研究中突发奇想：根据荧光现象原理，如果用镭射光激发样品内的荧光物质发光，同时用另一束镭射光消除样品体内较大物体的荧光，这样就只剩下纳米尺度的分子发射荧光并被探测到，不就能在理论上得到分辨率大于0.2微米的微观成像了吗？他随即开始了试验，并制成了一台全新显微镜，将光学显微镜分辨率下探到了0.1微米的水平。困扰光学显微技术百年的阿贝极限难题，就这样历经几代科学家的呕心沥血，终于在本世纪初被成功攻克。莫尔纳、贝齐格和赫尔三位科学家更是凭借“超分辨率荧光显微技术”分享了2014年度的诺贝尔化学奖。时至今日，在探索微观世界的征途上，光学显微镜和电子显微镜互有长短、相得益彰。当然在实际应用中，科学家越来越依赖于将多种显微成像技术结合使用。比如今年5月，英国弗朗西斯克里克研究所就依托钙化成像技术、体积电子显微技术等多种显微成像技术，成功获得了人类大脑神经网络亚细胞图谱。在未来，多种显微成像技术相结合，各施所长，将进一步完善我们在生物、医学、化学和材料等领域的知识结构，把这个包罗万象的奇妙世界更完整地呈现在我们眼前。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " strong 【作者按】 /strong 前文【 a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20200616/551389.shtml" target=" _self" strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px color: rgb(0, 176, 240) " 扫描电镜工作距离与探头的选择（上） /span /strong /a 】我们通过实例展示并探讨了：工作距离与探头的不同组合与样品表面形貌像的分辨力之间存在怎样的关系，列表对比了不同工作距离和探头组合的优缺点。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 本文将进一步以实例来展现并探讨，正确的工作距离和探头的选择，将会对扫描电镜的测试结果和状态的维持产生怎样的影响。给大家在进行扫描电镜测试工作时，对于工作距离及探头的选择，提供一定参考。 /span /p h1 label=" 标题居中" style=" font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px " span style=" font-family: 宋体, SimSun color: rgb(0, 176, 80) font-size: 18px " 一、工作距离和探头的选择与表面形貌像的形成 /span /h1 p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 如前面一再强调，形成扫描电镜表面形貌像的基础在于反映表面形貌高低差异的形貌衬度。形成形貌衬度的因素，取决于探头对样品信号的接收角度，而形成这个接收角度的主要因素，依据样品特性及信息需求的不同分为两个层面。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 第一个层面：低倍，观察的样品表面形貌起伏较大（大于20纳米）。要表达这类信息，需要相应的形貌衬度也较大。只有在探头、样品和电子束之间存在一定角度，所形成的形貌衬度才能充分展现这种位置上的差异。 strong 此时样品仓探头（L）将作为接收样品信息的主体 /strong 。不同的形貌衬度，要求这三者之间形成的最佳接收角不同，需要进行不停的调整。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 实际操作时，由于探头和电子束中轴位置是固定的，因此这个角度的改变就落实在样品位置的调整上。工作距离和样品台倾斜角的改变是进行这个角度大范围调整的唯二之法。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 第二个层面：高倍，观察区域缩小，样品表面起伏减弱，形貌高低位置的差异也将削弱，样品电子信息的溢出角度所形成的形貌衬度足以呈现样品表面高分辨形貌特征。因观察的细节小，小于10纳米，信息扩散对这些细节的干扰将左右最终结果。用小工作距离、镜筒内探头来获取充分的二次电子信息是最佳方案，此时形成高分辨表面形貌像的关键点在于 strong 镜筒内探头（U）能否充分获取样品的低角度电子信息 /strong 。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 在扫描电镜的实际测试过程中，所要获取的样品表面形貌信息，绝大部分都落实在第一个层面中。因此充分利用样品仓探头来形成样品的表面形貌像，就应当成为日常测试工作的主要选择。以此为基础，依据样品所表现出的特性及所需获取的样品信息，来改变测试条件，将会使得测试工作真真做到有的放矢，获取的样品信息也更充分。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 十分可惜，由于认识上的偏差，对工作距离和探头的选择思路往往与此背道而驰。将小工作距离做为获取高分辨像的唯一途径，进而推广为常规测试条件，这容易形成样品信息不充分、假象多、压缩样品操作空间、增加镜筒污染和样品损伤几率的结果。这些事例都将在本文中给予充分的体现。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 要使表面形貌像含有充足的样品信息，关键是如何调控样品仓探头（L）和镜筒内探头（U）对样品信息的获取。而这个调控工作的关键点又在于工作距离的选择 /span /strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 下面将以工作距离的改变为主轴，从表面形貌像的信息量、样品荷电的应对、磁性材料的观察这几个方面来探讨不同的工作距离和探头选择究竟能带来怎样的测试结果。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 1.1& nbsp 工作距离的改变与表面形貌像的获取 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 利用扫描电镜对样品的表面形貌进行观察，其过程和我们对日常事物的观察并无不同。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 要充分观察一个物体，在这个物体与眼睛离开一定距离时，获取的信息最多。太远，无法分辨；太近，虽然看的细致，但往往只能观察到局部，获取的信息精细但贫乏。即所谓鼠目寸光，可明察秋毫，也容易以偏概全、以点代面。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 获取一个物体信息的过程都始于全貌观察。由整体到局部、远观到近考。近考是以远观为基础，而物体的大部分信息都是在一定距离下从各种不同角度去观察来获得。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 对于扫描电镜来说也是如此：探头如同人的眼睛，工作距离就如同物体所处的观察位置。大量的样品信息都应当在一个特定的工作距离上，从侧面（样品仓探头）和顶部（镜筒内探头）来获取。少量的细节信息（ strong & lt 10nm /strong ）需要靠近样品，用镜筒内探头，小工作距离来观察。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 这个特定的工作距离各电镜厂家都不相同，个人认为日立冷场扫描电镜是15mm。下面将从各种不同工作距离获取的信息对比开始，用实例来展示各种工作距离和探头组合的优劣，同时分享我在测试时对其选择的流程，供大家参考。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 1.1.1图像的清晰度和辨析度 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 清晰度：是指影像上各细部纹理及其边界的清晰程度。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 辨析度：是指影像上各细部纹理及其边界的分辨程度。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 瑞利判据：一个爱里斑中心与另一个爱里斑的第一级暗环重合时, 刚好能分辨出是两个像。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 依据瑞利判据，图像辨析度要求的是图像足够清晰而并不追求绝对清晰。在获取扫描电镜图像时常常发现，图像的高清晰并不一定带来高分辨。许多高清晰的图像其细节分辨并不好，而某些图像虽然清晰度较差，但并不影响对微小的细节信息进行分辨。辨析度高才能带来高分辨能力，这种情况在对不同放大倍率和采用不同测试条件获取的表面形貌像进行对比时会经常出现，前面有充分的实例给予展示。 /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 395px height: 193px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/74932b14-2635-4e9f-9673-707661babbbf.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１.png" width=" 395" height=" 193" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 395px height: 186px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/3d61fa9f-335d-4a6c-bbbf-6fdb80bff7c4.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２.png" width=" 395" height=" 186" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 关于扫描电镜图像的清晰度与辨析度，以后还有专文探讨。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 1.1.2样品仓探头的最佳工作距离 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 各电镜厂家的样品仓探头位置设计不同，因此它们的最佳工作距离也不相同，日立冷场电镜在15mm。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 如上篇的实例所示：样品仓探头在工作距离小于8mm时接收到的样品信息较少，小于4mm基本接收不到样品信息。大于8mm接收到的样品信息逐渐增多，15mm达到最佳的成像效果，大于15mm接收效果及图像立体感缓慢减弱。 /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 395px height: 236px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/b4abd10c-402d-4db3-825b-afe30e288b80.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择３.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择３.png" width=" 395" height=" 236" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 依据样品仓探头对样品信息的接收效果，可将工作距离大于8mm称“大工作距离”，小于4mm称为“小工作距离”。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 小工作距离下，对样品信息的接收局限在镜筒内探头，接收到的样品信息较为单调。虽有利于在高倍时呈现小于10nm的样品细节信息，但不利于全面获取样品的表面信息。故将样品至于样品仓探头的最佳工作距离就十分必要。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 样品仓探头位置设计的越合理，利用探头组合来改变表面形貌像中SE2:BSE的比值和信息接收角度的范围就越大，同时样品的可操控范围也越大。这将使得图像中的各种衬度信息更能得到充分的展现，形貌像的信息内容也越多。& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 下面将从图像的分辨能力、信息量、倍率变化范围以及样品操控等几个方面来对比大、小工作距离测试的优劣。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " A）大工作距离与图像细节的分辨能力 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 对于图像细节分辨力，目前在认识上存在一种简单的单调思维方式。所谓简单的单调思维方式就是用部分代替整体。如某测试条件在高倍时对极细小的细节拥有非常好的测试效果，就想当然的认为在低倍时也会拥有非常好的测试结果。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 实际情况往往并非如此，高倍有好的细节分辨力，不代表这个测试条件就一定能在低倍获得良好的结果。这在上篇有充分的展示，本文将再以一个实例来介入该问题的探讨。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 二氧化硅介孔样品。选择小工作距离、镜筒探头这组测试条件有利于对孔道信息的展现。但是否在低倍观察二氧化硅颗粒的整体信息时，也有同样的表现？请看以下这一组图片： /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 395px height: 546px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/6242e319-3fc5-4cfa-9265-f8cab4995494.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择４.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择４.png" width=" 395" height=" 546" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 上述实例可以看到，图像分辨力的主要影响因素是动态变化的。随着样品特性以及信息需求的变化，形成形貌像的主导因素也会发生改变。因此测试条件也应随之变更，否则将无法获得充分的样品信息和图像的高分辨力。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 不少样品表面形貌细节的高分辨观察并不需要用小工作距离来进行。在大工作距离下就可以获取非常优异的高分辨像，且高分辨像的空间伸展更加充分。如下图：& nbsp & nbsp & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " /span /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 395px height: 264px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/6a4a204e-120c-43f4-83ce-37a47487776c.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择５.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择５.png" width=" 395" height=" 264" border=" 0" vspace=" 0" / span style=" font-family: 宋体, SimSun text-align: justify text-indent: 2em " & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 仪器性能优异，即便是介孔样品的介孔信息，在大工作距离下采用镜筒内探头或混合探头，该信息也并非无法观察。但因上探头的接收效果变差，图像整体清晰度及信号量有所减弱，但介孔却可被明确分辨，且能保证一定的图像质量。 /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 395px height: 539px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/17ae15f9-81ab-4e92-8e5c-5b4df1f6d027.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择６_看图王.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择６_看图王.png" width=" 395" height=" 539" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " B）大工作距离获取的图像，空间信息更充分 /span /strong /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 395px height: 301px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/bc5317f4-233a-496d-95ba-0fb5e2424ad9.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择７.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择７.png" width=" 395" height=" 301" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 高分子膜和二氧化硅小球，左图采用大工作距离，下探头从侧向接收样品信息，图像的形貌衬度充分，空间立体感强烈，信息更丰富。右图小工作距离，只能是镜筒内探头从顶部接收样品信息，形貌衬度薄弱。图像如同被压扁，空间信息贫乏，整体分辨力不足。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " C）大工作距离有较大的倍率变化空间 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 采用大工作距离测试，获得图像的倍率变化空间大。有利于在原位从低倍到高倍进行倍率的大范围改变，获取样品的信息更全面，形成的样品信息系统性更为优异。 /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 395px height: 336px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/2a84df37-7a41-498a-af58-38005c84c34c.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择８.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择８.png" width=" 395" height=" 336" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 小工作距离的起始倍率较高，对低倍获取样品的全貌有所限制，特别是应对那些体积较大的样品。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " D）大工作距离有利于样品做大范围移动 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 工作距离越大样品的可移动范围也越大，越有利于我们从多个侧面来对样品进行观察。特别是对空间差异较小的样品，大角度的倾斜，可改变探头获取样品信息的角度，将有利于充分展现样品的空间形态，减少误判。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun text-indent: 2em " /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 395px height: 212px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/6b060682-9fe3-4a92-bcd3-caad054258a4.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择９.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择９.png" width=" 395" height=" 212" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 以上多个实例，充分展示大工作距离测试所带来的强大优势，下面将对大工作距离、样品仓探头组合做重点探究。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 1.1.3大工作距离、样品仓探头组合的测试优势 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 样品仓探头在大工作距离测试时，如同从侧上方观察样品，获取的样品表面形貌衬度要远大于从样品顶部采用镜筒内探头所获取的结果。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 形成表面形貌像的优点：空间信息丰富，立体感强，样品信息更充分，可减少假象的形成，低倍时图像的分辨能力强，Z衬度更优异，受荷电影响极小。 /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/0adc0222-c481-4f28-b16b-2c48174c697e.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１０.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１０.png" / /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/f57a85d1-c7fd-4ee6-9c89-080d03abda74.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１１.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１１.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 样品仓探头（下探头）获取的图像形态对工作距离、样品倾斜角度、加速电压的改变都比较敏感，这为充分获取样品信息提供足够的保障，可以多维度展现样品的形貌特征。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " A）工作距离的改变对下、上探头接收样品信息的影响 /span /strong /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/90c24635-fbff-4738-8b75-e7266d0ce577.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１２.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１２.png" / /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/a76b631c-75f0-4fe5-8b91-d4cb2b251d97.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１３.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１３.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " B）样品倾斜对下、上探头接收样品信息的影响 /span /strong /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/7a00753c-32a0-4541-9a54-31ebcb1df725.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１４.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１４.png" / /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/041513de-536d-41ce-9892-254c4612bbe9.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１５.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１５.png" / /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/85154b75-b112-4a41-b918-0adf46978691.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１６.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１６.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " C）加速电压的变化对上、下探头接收样品信息的影响 /span /strong /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/2c486494-f5cf-49e0-8105-9654120bd323.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１７.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１７.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 1.1.4& nbsp 大工作距离、样品仓探头组合的测试劣势 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 下探头位于样品侧上方，直接面对的是低角度电子信息。低角度位置上分布的主要是背散射电子，故以下探头为主形成的表面形貌像，容易受背散射电子在样品中扩散的影响。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 结果是：高倍图像的清晰度不足，十纳米以下的细节容易被掩盖，随着镜筒内探头被添加进来，此现象所改善。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 样品仓探头对以二次电子为主导的电位衬度及二次电子衬度信息的展现较差。具体实例如下： /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/23d449e2-83bf-48f6-83fe-1848a196b968.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１８.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１８.png" / /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/45799b39-6caa-4e64-afc4-ad88cad42370.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１９.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择１９.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 1.1.5大工作距离测试有利于材料的缺陷分析 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 通过对以上大工作距离下各种探头组合的优、缺点展示可见：无论哪种组合都有局限，很难用一种条件包打天下。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 大工作距离条件下，可轻松切换上、下探头，对比不同探头获取的不同样品讯息，可得到单一探头组合所无法展现的异常现像，这将有利于对材料进行缺陷分析。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 如：在大工作距离条件下，切换上、下探头，获取样品表面的电位衬度不同。通过对比因不同的电位衬度所展现的图像形态差异，可以得到样品表面局部被污染或氧化的信息。下面是两个我遇到的非常成功案列。 /span /p p style=" text-align:center" span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/d203ac91-933a-4634-bc34-aba2b70f6678.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２０.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２０.png" / /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 1.2工作距离和探头的选择与样品荷电的应对 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 样品荷电现象指的是：样品中由于电荷累积形成荷电场，该荷电场对样品表面信息的正常溢出产生影响，在形貌像上叠加形成异常亮、异常暗或细节磨平的现象。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " & nbsp & nbsp 不同能量的电子信息受到荷电场的影响程度也会不一样。能量弱小的二次电子极容易被荷电场所影响，使得由其为主形成的表面形貌像上，荷电现象显得较为严重。如果减少二次电子的含量，表面形貌像上的荷电现象将会减轻。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 采用混合探头进行测试时，加大工作距离可减少形貌像中二次电子信息的含量，有效改善荷电的影响。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " & nbsp /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/98dc7be3-89b7-4746-b791-20c77add4ded.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２１.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２１.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " & nbsp & nbsp /span br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 下探头接收的主要是背散射电子。应对样品荷电，大工作距离下单选下探头常常是一个极其有效的方法。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/ee2e6d7a-1c62-4111-8aa3-a7b13975e33b.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２２.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２２.png" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 样品的荷电现象及应对方式，后面将有专文加以探讨。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 1.3磁性样品的观察 /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 物质的磁性来自核外轨道电子自旋。因此严格来说，所有物质都带有一定磁性，都可被称为：磁性材料。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 原子核外都是成对电子，电子之间的磁矩相互抵消，所以无论物质进不进入磁场都对外不显露磁性，称“反磁性”。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 原子核外有不成对电子，不成对电子在热扰动影响下杂乱排列，形成原子或分子间磁矩相互抵消。进入磁场后，不成对电子受磁场作用克服热扰动的影响，按磁场方向有序排列，对外表现出磁性。取消外加磁场，不成对电子在热扰动影响下又进入杂乱排列状态，显现的磁性消失，这就是“顺磁性”。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 将不成对电子换成“磁畴”，所谓“磁畴”指的是多个同方向电子的集合，这类物质进入磁场后表现出的磁性非常强。外加磁场达到一定值，撤除磁场，热扰动无法使磁畴恢复无序状态，形成极强的磁滞现象。这就是“铁磁性”。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 高分辨扫描电镜为了使镜筒内探头获取更多的样品表面电子信息，物镜磁场对样品仓做一定量的泄露，称“半内透镜物镜”设计。这种类型的物镜，当具有“顺磁”或“铁磁”等性质的样品靠近时，会被物镜的漏磁磁化并吸入物镜，污染镜筒并干扰磁透镜的磁场。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 采用大工作距离观察，在样品远离物镜达到一定值以后，这种影响将会减弱直至消失，镜筒也很难被其污染。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 顺磁及铁磁性物质的表面细节都比较粗大，用样品仓探头在大工作距离条件下获取的表面信息往往更优异也更充分。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 如果扫描电镜在大工作距离上有强大的成像能力，可轻松获取高质量的几十万倍高分辨形貌像，则对这些材料的表面形貌测试将不会受到任何限制。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 关于物质的磁性及磁性物质的区分，以及在扫描电镜测试时该如何应对，这些都将在下一篇经验谈中有详细探讨。 /span /p p style=" text-align:center" strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/de374333-8a9e-44df-a56b-15ef53770d09.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２３.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２３.png" / /span /strong /p p style=" text-align:center" strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/257f0ab6-4546-4706-a3b8-b2ce7ba015a4.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２４.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２４.png" / /span /strong /p h1 label=" 标题居中" style=" font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 18px color: rgb(0, 176, 80) " 二、大、小工作距离对样品热损伤的影响 /span /h1 p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 大工作距离，电子束的离散度较大，会使得电子束能量也发生较大程度的离散，对样品的热损伤也会减少。应对容易被热损伤的样品，采用大工作距离测试也是重要方式之一。 /span /p p style=" text-align:center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/6d474a4f-8cd6-424b-bc86-8378e70bd334.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２５.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２５.png" / /p h1 label=" 标题居中" style=" font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 18px color: rgb(0, 176, 80) " 三、大工作距离与仪器状态的维持 /span /h1 p br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 没有好的仪器状态，仪器调整的再优异都无济于事。要保持良好的仪器状态，维持样品仓、镜筒环境的真空是基础。由于清洁镜筒极为困难，故对其环境的维持也最为关键。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 镜筒污染除了物质的磁性质，还来自以下两个方面： /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 1. 样品中含有的各种挥发物。因此扫描电镜测试对样品的要求是：样品尺寸尽可能的小，固定样品所用的胶体尽可能少，样品表面尽可能地处理干净、干燥。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 2. 电子束从样品表面轰击出来的各种极性或非极性物质，这类物质在镜筒表面的吸附性超强。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 减少镜筒污染，控制样品是一方面，更关键的是将样品远离物镜。样品靠镜筒越近，进入镜筒的污染物会成倍增加，更不用说那些所谓的磁性物质。无论那种类型物镜，长期在小工作距离下测试，仪器状态都无法得到保证。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 本人的S-4800使用十几年了，测试量很饱满，长期坚持大工作距离测试，同时对样品严格控制，因此从09年仪器安装至今，灯丝未更换、仪器也从未做过专门的大保养，但却一直都能保持极佳的工作状态。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 下面以一组拍摄于2019年，用各种低电压、大工作距等较差的测试条件，拍摄的碳球高分辨图像来结束本章节。& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /span /p p style=" text-align:center" strong img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/36ce59dc-a082-44a5-88fa-d060a32c294f.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２６.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２６.png" / /strong /p p style=" text-align:center" strong img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/844c4116-35ce-491a-8fab-009e54f4e3d4.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２７.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２７.png" / /strong /p p style=" text-align:center" strong img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/b8494443-4a3c-451c-bbbf-da813c4e2337.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２８.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２８.png" / /strong /p p style=" text-align:center" strong img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/e4c326c7-d26c-464f-b986-51f56c1082f7.jpg" title=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２９.png" alt=" 扫描电镜工作距离与探头的选择２９.png" / /strong /p h1 label=" 标题居中" style=" font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 18px color: rgb(0, 176, 80) " 四、结束语 /span /span /h1 p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 样品仓探头和镜筒内探头是从不同角度来获取样品信息。它们获取样品信息的侧重点不同，所适合应对的样品及展现的样品信息特征也不一样。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 镜筒内探头获取的样品信息以二次电子为主，对尺寸小于20nm的样品细节影响小，故图像清晰度高，二次电子衬度及边缘效应充分，电位衬度明显。但由于是从顶部通过物镜来获取样品信息，形貌衬度不足，使得其对于较粗大的样品细节（20nm以上）信息获取效果不佳，荷电应对能力差。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 样品仓探头获取的样品信息是背散射电子和二次电子的混合信息，背散射电子为主导。由于背散射电子的影响，高倍图像清晰度不足，对20nm以下的样品细节分辨影响较大，几纳米的样品细节几乎无法分辨。但该探头从样品的侧上方获取样品信息，形貌衬度及Z衬度充足。对低倍下观察表面起伏较大的细节信息（大于20nm）有极其明显的优势。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 改变工作距离的主要目地就是为了调控样品仓探头和镜筒内探头对样品表面信息的接收，形成最佳的效果。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 工作距离越小，越有利于镜筒内探头对样品信息的获取。过小的工作距离，样品仓探头接收不到样品信息，整个表面形貌像的特征都由镜筒内探头来决定。有利于展现10纳米以下的细节，但低倍时图像效果差，信息类型较为单一。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 大工作距离有利于样品仓探头对样品表面信息的接收，同时也能兼顾镜筒内探头接收样品信息。两个探头信息的合理组合，将使获取的形貌像内容更加充实。各种衬度信息的组合越合理，获取的样品信息越丰富，形貌分析的手段更多样，形成的表面形貌假象也越少。大工作距离测试的缺点是镜筒探头接收效果不佳，10纳米以下细节质量退化较严重。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 加大工作距离会使得电子束的离散度增加，从而降低样品热损伤的程度。但对图像清晰度有影响，超过一定值（过度）也会影响到图像细节分辨。该影响也会遵循适度性的原则，不同样品、不同的形貌细节，影响程度不同。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 在工作距离与探头的选择中，工作距离的选择是基础。只有工作距离合适了，探头的作用才能发挥出来。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 扫描电镜的每次测试都会有一个初始工作距离的选择，个人认为这个值应满足以下条件：1. 样品信息尽可能丰富，能为后续调整指明方向；2. 样品的操作空间尽可能大，使得样品能够充分移动；3. 图像的信息尽可能多，使得后续调整更容易；4. 尽可能兼顾样品分析；5. 离物镜尽可能远，保护镜筒，远离样品磁性及污染物的影响。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 对日立的冷场扫描电镜来说这个工作距离应该是15mm。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 加速电压、束流、工作距离、探头这四个测试条件的正确选择是获取高质量扫描电镜测试结果的基础。在工作距离和探头的选择上，目前存在的曲解极其严重，不利于充分获取样品信息。希望本文能给大家提供一个全新的视野。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 参考书籍： /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 《扫描电镜与能谱仪分析技术》 张大同 2009年2月1日& nbsp /span span style=" font-family: 宋体, SimSun text-indent: 2em " 华南理工出版社 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 《微分析物理及其应用》 丁泽军等 2009年1月& nbsp /span span style=" font-family: 宋体, SimSun text-indent: 2em " 中科大出版社 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 《自然辩证法》 恩格斯 于光远等译 1984年10月& nbsp /span span style=" font-family: 宋体, SimSun text-indent: 2em " 人民出版社& nbsp & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 《显微传》 章效峰 2015年10月& nbsp /span span style=" font-family: 宋体, SimSun text-indent: 2em " 清华大学出版社 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun font-size: 16px " 日立S-4800冷场发射扫描电镜操作基础和应用介绍& nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体, SimSun text-indent: 2em " 北京天美高新科学仪器有限公司& nbsp /span span style=" font-family: 宋体, SimSun text-indent: 2em " 高敞 2013年6月 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun text-indent: 2em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% float: left width: 85px height: 131px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202007/uepic/4d9b5e9c-3ce3-4651-9e2d-ceb0eb6b94de.jpg" title=" 林中清.jpg" alt=" 林中清.jpg" width=" 85" height=" 131" border=" 0" vspace=" 0" / 作者简介： /span /strong span style=" font-family: 宋体, SimSun text-indent: 2em " 林中清，1987年入职安徽大学现代实验技术中心从事扫描电镜管理及测试工作。32年的电镜知识及操作经验的积累，渐渐凝结成其对扫描电镜全新的认识和理论，使其获得与众不同的完美测试结果和疑难样品应对方案，在同行中拥有很高的声望。2011年在利用PHOTOSHIOP 对扫描电镜图片进行伪彩处理方面的突破，其电镜显微摄影作品分别被《中国卫生影像》、《科学画报》、《中国国家地理》等杂志所收录、在全国性的显微摄影大赛中多次获奖。& nbsp /span strong span style=" font-family: 宋体, SimSun text-indent: 2em " & nbsp /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong span style=" font-family: 宋体, SimSun text-indent: 2em " 延伸阅读： /span /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " strong span style=" color: rgb(0, 176, 240) font-family: 宋体, SimSun text-indent: 2em " a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20200616/551389.shtml" target=" _self" style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " 易轻忽之肯綮：扫描电镜工作距离与探头的选择（上）——安徽大学林中清32载经验谈（9） /a /span /strong /span /p

p 　　膜生物学国家重点实验室(中国科学院动物研究所、清华大学、北京大学)程和平院士团队研制成功了新一代高速高分辨微型化双光子荧光显微镜，获取了小鼠自由行为过程中大脑神经元和神经突触活动清晰、稳定的图像。 /p p 　　新一代微型化双光子荧光显微镜体积小，仅重2.2 克，适于佩戴在小动物头部颅窗上，实时记录数十个神经元、上千个神经突触的动态信号。在大型动物上，还可望实现多探头佩戴、多颅窗不同脑区的长时程观测。相比单光子激发，双光子激发具有良好的光学断层、更深的生物组织穿透等优势，其横向分辨率达到0.65μm，成像质量可与商品化大型台式双光子荧光显微镜相媲美，优于目前该领域内主导的、美国脑科学计划研发的微型化宽场显微镜。该显微镜采用双轴对称高速微机电系统转镜扫描技术，具备多区域随机扫描和每秒1 万线的线扫描能力，首次采用了微型双光子显微镜对脑科学领域最广泛应用的指示神经元活动的荧光探针(如GCaMP6)技术，解决了动物的活动和行为由于荧光传输光缆拖拽所干扰的难题。 /p p 　　相关成果于2017年5 月29 日在线发表于自然杂志子刊Nature Methods和Protocol Exchange，已申请多项专利。新一代微型化双光子荧光显微成像系统的成功研制彰显了膜生物学国家重点实验室在生物医学成像领域先期布局的前瞻性。微型化双光子荧光显微成像系统将为实现“分析脑、理解脑、模仿脑”的战略目标发挥重要作用。 /p p /p

据外媒报道，虽然高性能显微镜是确定癌症及其他疾病的一大利器，但它们的制作工艺复杂，且造价太高，所以这也意味着普通医院不大可能会拥有这样的医疗仪器。然而，加州大学洛杉矶分校的科学家们即将改变这种情况。 　　据悉，他们在近日研发了无需配备镜头就能在组织中找到癌细胞的显微镜。 　　该显微镜通过CCD或CMOS传感器创建人体组织类全息图像，然后通过为图像提供光源检测到组织的阴影部分，之后将它们的真实面貌在特定软件下展示出来。这款显微镜不仅能跟传统光学显微镜一样高效，而且它的制作工艺更加简单、造价也更加便宜。 　　不过，这并不意味着它立马可以商用。该项研究报告的联合作者Aydogan Ozcan告诉媒体，与该款显微镜配套的软件仍需要大量的改进。

未来的显微镜、望远镜甚至相机镜头，或许不再需要复杂、笨重的镜头组，仅通过纳米级厚度的平面薄膜，便可完成光的聚焦、偏转等控制。 记者日前从中科院光电技术研究所（以下简称光电所）获悉，在国家973项目“波的衍射极限关键科学问题”课题支持下，该所微细加工光学技术国家重点 实验室在国际上首次研究证实：利用光子自旋—轨道角动量相互作用的物理原理，“悬链线”可以对光产生稳定、可控的“扳手”作用。就是说用“悬链线”结构制 造的光学器件，可不借助任何凹凸透镜，仅在“二维”平面上便可实现光的折射、反射，甚至让光旋转成任意姿态。 悬链线与抛物线、月牙线或者半圆线不同，是一条两端固定的链条在重力作用下弯曲形成的曲线。它在生活中随处可见，桥梁悬索、架空电缆、街道护栏铁链等都是悬链线结构。 科学家们发现，在诸多形式的悬链线中有一种“等强度悬链线”可以保持结构在不同位置受力一致。那么，它施加到光上的“力”是否也一致呢？在这种奇特 的力学特性启发下，光电所团队用粒子束在厚度仅百纳米的平面金属薄膜表面，刻下纳米尺寸的“亚波长悬链线”连续结构，并证实了刻有这种悬链线“花瓣”的金 属膜，在光束照射后，可产生稳定可控的折射、反射等光学现象。 该团队负责人杨磊磊介绍说，传统意义上光的折射、反射等相位变化，是由于透镜不同厚度产生，而厚度均匀的平面透镜不会产生光的相位变化。此次科学新发现，意味着利用“悬链线”构成的超薄纳米结构，能够在二维平面内实现对光的连续调控。 “如果把光比喻成行进的列车，过去的凹凸透镜如同依靠弯曲的轨道调整列车运行，而现在仅需扳动悬链线这个铁道岔口的‘扳手’，便可改变列车的前进方 向。”杨磊磊介绍说，为进一步确认悬链线的“光学扳手”作用，研究团队还在平面金属薄膜上尝试刻制出不同形状的悬链线“版画”，并通过一种“花瓣状”的圆 形排列阵列，产生了携带完美轨道角动量，呈螺旋式前进的“光漩涡”。而此前研究中，科学家们还曾将月牙形、抛物线形结构刻制在平面上观察光的折射、反射， 结果证实仅有“等强度悬链线结构”具有稳定的光学相位变化。 “传统光学元件其厚度远大于波长，这就是为何天文望远镜、相机镜头需要不同大小的镜头组。但悬链线光学器件，可通过操作纳米级超薄结构的平移、缩 放、旋转等，实现光的相位变化，其厚度远小于波长。”杨磊磊介绍说，未来基于悬链线构建的新型光学元器件，具有轻薄的特点，可广泛应用于飞行器、卫星等空 间探测领域，手机、相机镜头等成像领域。 而这个受自然现象启迪的美妙光学发现，在电磁学、光通讯领域也让人充满遐想。杨磊磊说，按照光子自旋—轨道角动量相互作用的原理，悬链线还可拓展到 包括微波、太赫兹、红外、可见光在内的大部分频谱范围，广泛用于各种电磁器件；而采用悬链线结构的光通信器件，可在同一波长上传输多路信号，提高光通信的 频谱利用率，大大增加光通信的信息传输量。 上述研究成果在美国科学促进会创办的最新期刊《科学进步》上发表后，受到了国际光学界的广泛关注。《中国科学》对其点评认为，这一发现的证实，“证明了纳米悬链线可用于构建超薄、轻量化的光学器件，有望成为下一代集成光子学的核心”。

项目编号：09-02-04A-2022-D-E17120项目名称：科研仪器设备扫描电子显微镜采购项目预算金额：450.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：450.0000000 万元（人民币）采购需求：名称、数量、简要技术需求如下：序号货物名称数量简要技术需求1▲扫描电子显微镜1套… … 7.2 探头：分析型SDD硅漂移电制冷探测器，有效窗口面积≥60 mm^2，无需液氮冷却；… … （详见招标文件第六章）注：1.标注“▲”的，允许提供进口产品；未标注允许采购进口产品的，如投标人所投货物为进口产品，其投标无效。2.本项目共1个包，投标人只可投完整包，不允许将一包中的内容拆开进行投标。合同履行期限：合同签订后11个月内完成供货（免税的产品为外贸合同签订后）。本项目( 不接受 )联合体投标。

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

项目编号：HZ20220201-0085项目名称：中南大学物理与电子学院扫描电子显微镜采购项目预算金额：210.0000000 万元（人民币）采购需求：序号标的名称分项项目名称（标的名称）是否核心产品是否接受进口采购项目预算（人民币）交货要求代理服务收费标准交货时间交货地点1高分辨场发射扫描电子显微镜高分辨场发射扫描电子显微镜主机是是210万元合同生效后6个月以内。采购人指定地点具体收费标准详见本项目“投标须知前附表2镜筒内探测器：低位和高位是3样品室二次电子探测器否4角分割及环形分割8通道可伸缩背散射电子探头是5集成X射线能谱仪包含实时彩色电镜技术否6空压机否7冷却循环水否8大尺寸自动采集拼接软件否9多功能控制面板否10UPS 电源否 注：具体详见本项目招标文件第五章采购需求。合同履行期限：具体内容详见招标文件第五章的“采购需求”。本项目( 不接受 )联合体投标。

p 　　 strong 仪器信息网讯 /strong 5月16日，由天津理工大学电子显微镜中心、天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院、天津理工大学材料科学与工程学院主办的“2019年扫描透射电子显微镜及相关分析技术研讨会”在滨海之城天津顺利召开。 br/ /p p 　　本次研讨会共进行3天(5月16日-18日)，有42位电子显微学及其应用专家应邀作特邀报告，同时有120余位相关领域的专家学者和学生参加本次会议。会议着重探讨了扫描透射电子显微学技术和方法的最新进展、电子显微镜学技术在物质科学领域的前沿成果、以及电镜相关软硬件和方法的最新发展与前沿思考，并促进国内外电子显微学实验室的设备共享、科研合作和学术交流。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 581px height: 371px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/7ceb8980-aafb-4ca2-b0c6-e1cc13694738.jpg" title=" IMG_1696_meitu_2.jpg" alt=" IMG_1696_meitu_2.jpg" width=" 581" height=" 371" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 2019扫描透射电子显微镜及相关分析技术研讨会顺利召开 /strong /p p 　　16日的研讨会由天津理工大学电子显微镜中心主任罗俊教授、天津大学/天津电镜学会姚琲教授、上海科技大学于奕博士、武汉理工大学胡执一博士联合主持，共有15个专家进行了报告。天津理工大学党委书记刘东志教授首先为大会作了开幕致辞：初夏时节，天津迎来了2019扫描透射电子显微镜及相关分析技术研讨会，刘教授代表天津理工大学对各位专家学者及学生的到来表示热烈的欢迎，感谢各位专家朋友多年来的支持与帮助。同时刘教授表示天津理工大学作为一个年轻的大学，今年将迎来它的40岁生日，理工大学一直以来秉承多学科发展模式，现今拥有本硕博学生20000余人，形成以院士、杰青、科技部引进人才、青千、优青、天津市特聘教授等一大批人才为核心的研究团队。借此研讨会，希望更多人才来到这里发展。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 306px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/e0ef9068-ed23-4606-81a9-d7657d4050f8.jpg" title=" 1_meitu_3.jpg" alt=" 1_meitu_3.jpg" width=" 450" height=" 306" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 刘东志书记作大会开幕致辞 /strong /p p 　　中科院金属所固体原子像研究部主任、中国电子显微学会副理事长马秀良教授首先作了“异质界面及其物理特性”的主题报告。马教授详细介绍了周期性晶体及八面体结构单元，对PbTiO3、BiFeO3铁电材料的研究成果进行了电子显微学的讲解。他通过实施应变调控制备得到具有四方相的PbTiO3铁电结构，利用球差校正电子显微技术、观察到铁电极化的现象，并且在环形明场成像与高角环形暗场成像下看到了O和Ti的位移特征、证实了PbTiO3铁电极化的现象。在研究中，他还发现了铁电材料的通量全闭合畴结构，并且通过调控异质界面、成功构建具有巨大的线性应变梯度的氧化物纳米结构。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 325px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/17eaacb2-922d-4ee6-b963-652189a83e77.jpg" title=" 2_meitu_4.jpg" alt=" 2_meitu_4.jpg" width=" 450" height=" 325" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 马秀良教授作会议特邀报告 /strong /p p 　　湖南大学陈江华教授作了题为“透射电镜先进定量化原子成像和分析系统及其在物理冶金方面的应用”的主题报告。陈教授主要介绍了在基金委资助下自主研制的定量化原子成像与分析平台及其应用，通过铝铜合金原位加热而发现的纳米析出及其成像、高锰TRIP/TWIP钢的原位拉伸等实验案例对平台进行了介绍。并从物镜像差测量系统、波函数重构与STEM三维重构、以及TEM和STEM衍射与成像精确模拟这三个方面对平台的主要功能和分系统完成情况进行详细讲解。该平台拥有三个物镜像差测量系统，自主设计的波函数重构与STEM三维重构可以在亚像素尺度上精确找回和校准所有图像的漂移，从而保证像平面波函数的精确重构，其GPU加速的三维重构算法也极大地提高了成像速度。该报告还结合自身研究成果介绍了定量电子显微技术的2维图像的3维重构。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 304px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/e4e62b49-571a-4ecd-bfb6-75904dd240ca.jpg" title=" 3_meitu_5.jpg" alt=" 3_meitu_5.jpg" width=" 450" height=" 304" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 陈江华教授作会议特邀报告 /strong /p p 　　清华大学魏飞教授作了题为“分子筛限域下单分子成像及碳催化行为”的主题报告，将电子显微技术应用到化工生产中。我国每年的乙烯等化工产品的消费量在上千亿元，而我国的石油储量并不多，因此用煤来代替石油生产乙烯等化工产品成为必经之路，在此过程中比较关键的一环是用于催化的分子筛。魏教授从sp2碳性质与碳催化过程、STEM-iDPC对分子筛的表征、以及碳催化高效合成烯烃和芳烃这三个方面对近些年的工作进行介绍。其中，配有iDPC的双球差校正透射电镜对ZSM-5、SAPO34/18分子筛的轨道分布、动态变化、分子筛中有机小分子的成像、单分子指针下的限域反应、分子占位下分子筛的形变进行了全面的解析。并探讨了分子筛孔的取向与堵塞的选择性影响、定向控制的分子筛对丙烯酸的选择性影响，且实现了限域分子调控、得到高选择性的丙烯提纯。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 316px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/8f3cadcc-33f7-4de7-9e1b-358d06258d29.jpg" title=" 4_meitu_6.jpg" alt=" 4_meitu_6.jpg" width=" 450" height=" 316" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　 strong 　魏飞教授作会议特邀报告 /strong /p p 　　北京工业大学隋曼龄教授作了“功能金属氧化物原位电镜研究的电子计量率控制”的主题报告。隋教授认为目前功能氧化物材料的电子束损伤是原位电镜技术最大的问题。通过研究电子束辐照下CeO/Fe2O3/CuO金属氧化物在水中的溶解、利用电子束辐照控制绝缘金属体转变、TiO2的原位电镜现象阐释了金属氧化物的电子剂量率控制。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 305px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/63098b97-7019-4d53-a45b-0474707fb358.jpg" title=" 5_meitu_7.jpg" alt=" 5_meitu_7.jpg" width=" 450" height=" 305" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 隋曼龄教授作会议特邀报告 /strong /p p 　　天津大学教授、天津电镜学会理事长姚琲老师作了“STEM功能扩展接口的开发”的主题报告。姚教授认为完整优良的STEM分析系统应该包括高亮度的电子枪、高汇聚能力的聚光镜、高灵敏度的TED、多探头EDS等部分。并从场发射电子源、EELS结构探讨未来STEM的发展方向。详细介绍了Ni1/3Co2/3(OH)2/RGO超级电容器复合材料、Ni1/3Co2/3(OH)2/CNT超级电容器复合材料、多孔硅与钯负载氧化钨纳米线复合材料-电阻型氨气传感器的STEM高分辨像、成分及化学分析。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 330px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/af8a3a4a-6202-4f4f-948d-c1c14c6c1465.jpg" title=" 6_meitu_8.jpg" alt=" 6_meitu_8.jpg" width=" 450" height=" 330" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 姚琲教授作会议特邀报告 /strong /p p 　　中科院物理所白雪冬教授作了“原位TEM技术及其物理研究应用”的主题报告，并对光、电、力、温度等外场调控自由度耦合及新生物理特性的产生与测量、超快光谱技术、球差校正电镜技术进行了详细的介绍。通过以LaCoO3相变与氧空位序动力学行为、BiFeO3薄膜铁电的电转变、PbTiO3/ SrTiO3超晶格涡旋畴的机械转变为例介绍了原位电镜光电力对材料物性的调控。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 436px height: 330px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/3fbe265a-dc6c-4c9e-9635-7ae2e0f7dcd7.jpg" title=" IMG_2168_meitu_19.jpg" alt=" IMG_2168_meitu_19.jpg" width=" 436" height=" 330" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 白雪冬教授作会议特邀报告 /strong /p p 　　中科院金属所杜奎教授作了“亚稳beta型钛合金中的可逆相变”的主题报告，通过透射电镜、STEM技术来解析一些传统的结构材料的力学性能与内部结构转换之间的关系，并对钛合金Ti-24Nb-4Zr-8Sn表现出来的伪弹性及(110)β、(113)β的取向进行了电镜测量分析。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 360px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/a0370e6a-e8a8-4809-a1a5-732681f54c6e.jpg" title=" 8_meitu_10.jpg" alt=" 8_meitu_10.jpg" width=" 450" height=" 360" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 杜奎教授作会议特邀报告 /strong /p p 　　南方科技大学何佳清教授作了“Advanced Electron Microscopy for Thermoeletric Materials”的主题报告，主要介绍了透射电镜在热电材料领域的应用。热电材料是将电和热进行相互转换，可以应用到发电、汽车尾气处理、智能材料等领域。何教授通过GeTe、Bi2Ti3- GeTe、Sb2Ti3-(GeTe)17三个热电材料分享了透射电镜在热电领域中的应用。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 325px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/194969e6-0d4f-490e-98c4-be59311db934.jpg" title=" 9_meitu_9.jpg" alt=" 9_meitu_9.jpg" width=" 450" height=" 325" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 何佳清教授作会议特邀报告 /strong /p p 　　华东师范大学黄荣教授作了“原子分辨能谱在先进材料研究中的应用”的主题报告。报告指出在特定的成分下才能有效地得到具有特定形貌、缺陷、界面、化学键的材料。而扫描透射电子显微镜的优点之一是在提供结构信息的同时能提供成分信息。黄教授通过Zn掺杂Cu2SnS3陶瓷中的阳离子有序与热导率、STO-LAO薄膜的原子尺度成分梯度及其压电效应、Ge2Sb2Te5立方-六方相变中的离子迁移三个案例介绍了原子分辨能谱在其中的应用。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 319px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/5f28dd19-903b-45f8-acc0-67569e3b1552.jpg" title=" 10_meitu_11.jpg" alt=" 10_meitu_11.jpg" width=" 450" height=" 319" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 黄荣教授作会议特邀报告 /strong /p p 　　天津大学凌涛教授作了“氧化物电催化剂表面原子结构调控和性能研究”的主题报告。报告中指出，发展新型的催化材料是解决目前面临的能源、环境问题的关键。纳米技术的发展、无论从理论计算角度还是实验角度都揭示了提高催化活性的关键点在于调控其原子结构，目前存在的一个挑战是非贵金属催化剂表面原子结构的精确调控。凌教授利用离子交换的方法调控氧化物催化剂表面原子结构，通过动力学控制得到具有表面缺陷及应力可控的新型材料，并对CoO、Ni/Zn掺杂CoO纳米线、Pt/ CoO催化材料的原子结构调控和性能研究进行了详细介绍。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 442px height: 325px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/25b3a88e-2090-408a-ae97-4ededd0c0a41.jpg" title=" 11_meitu_12.jpg" alt=" 11_meitu_12.jpg" width=" 442" height=" 325" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 凌涛教授作了会议特邀报告 /strong /p p 　　天津大学罗浪里教授作了“原子尺度气-固界面相互作用的环境透射电镜研究”的主题报告。报告中指出气体与固体表面的相互作用在气液催化、纳米材料生长、金属氧化腐蚀方面有着重要的影响，而一些传统手段在分析反应前后的表征时不能很好地发现其生长及反应的机制，利用环境透射电镜(ETEM)分析技术则能揭示反应的原子机理。罗教授通过在H2O及O2环境下表面氧化机理及生长机制的ETEM表征，展示了新一代ETEM的强大功能及前沿成果。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 300px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/6b7e45ee-7128-45b5-88f4-23872d365587.jpg" title=" 12_meitu_13.jpg" alt=" 12_meitu_13.jpg" width=" 450" height=" 300" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 罗浪里教授作会议特邀报告 /strong /p p 　　南方科技大学林君浩教授作了“结合透射电子显微镜与第一性原理计算探索二维材料的缺陷动态演变行为”的主题报告。林教授运用一种加盐的方法合成不同的单层材料，然后通过定量衬度分析技术确定化学成分，再建立原子模型进行运算，从而解释其新奇的物理特性。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 300px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/f68bd5da-b087-47a6-b2f0-d73655df9342.jpg" title=" 13_meitu_14.jpg" alt=" 13_meitu_14.jpg" width=" 450" height=" 300" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 林君浩教授作会议特邀报告 /strong /p p 　　兰州大学张宏老师代表其所在课题组作了“Atomic Observations of Crystal Structures of Low-Dimensional Magnetic Materials and Correlated Magnetism Origins”的主题报告。磁性材料已经广泛应用于日常生活、工业应用等领域，张宏老师所在课题组对CoFe2O4、Au-Fe3O4与La-doped SrFe12O19这三种磁性材料的磁性特征做了详细的电镜研究。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 316px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/962b43aa-55a4-4705-91cc-1defe69c38d1.jpg" title=" 14_meitu_15.jpg" alt=" 14_meitu_15.jpg" width=" 450" height=" 316" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 张宏博士作会议特邀报告 /strong /p p 　　对于材料的显微研究，新技术的发展很重要，此次研讨会中赛默飞公司和Gatan公司分别对其产品进行了深入的介绍。其中，赛默飞对Monochromated STEM、iDPC及S-CORR技术进行了介绍，Gatan公司主要介绍了产品在硬件和软件方面的升级、以及升级带来的新应用和更高质量的数据。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 445px height: 340px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/064ad8ec-34ef-4dc8-a59e-9b73d7288397.jpg" title=" 15_meitu_16.jpg" alt=" 15_meitu_16.jpg" width=" 445" height=" 340" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 赛默飞杨光博士作会议报告 /strong /p p style=" text-align:center" strong img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 333px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/05650a71-d91f-4d96-b347-d7f0d6f40bbc.jpg" title=" 16_meitu_17.jpg" alt=" 16_meitu_17.jpg" width=" 450" height=" 333" border=" 0" vspace=" 0" / /strong /p p style=" text-align: center " 　　 strong Gatan袁昊博士作会议报告 /strong /p p 　　以上是会议第一天的内容。在各特邀报告开始之前，各位专家和所有参会人员进行了合影留念。 /p p style=" text-align:center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 576px height: 295px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201905/uepic/a724edef-6b42-43c2-905c-531d76bff6f5.jpg" title=" 17_meitu_18.jpg" alt=" 17_meitu_18.jpg" width=" 576" height=" 295" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 参会人员合影留念 /strong /p p 　　 strong 关于天津理工大学电镜中心 /strong /p p 　　天津理工大学电镜中心依托于天津理工大学材料科学与工程学院和新能源材料与低碳技术研究院而建，致力通过先进电子显微技术在原子分辨的水平上表征材料的原子结构和化学信息及其在服役期间的演变，以揭示材料性能的根源、为设计新型高性能的材料提供科学建议。自2016年10月15日正式成立以来，该中心立足于以高水平的科研能力提供高水平的科研测试服务，不仅自己进行高水平的科研工作，也先后为国内外的400多个课题组和企业提供优质的测试服务。这些工作已在国内外学术期刊上发表多篇论文，包括至少14篇发表在Nature/Science系列、至少20篇发表在Adv. Mater. / JACS / Angew. Chem. Int. Ed.上。 /p p br/ /p

table border=" 1" cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" width=" 600" tbody tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 成果名称 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " 低温扫描探针显微镜-分子束外延联合系统 /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 单位名称 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " 中科院物理研究所 /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 联系人 /p /td td width=" 177" p style=" line-height: 1.75em " 郇庆 /p /td td width=" 161" p style=" line-height: 1.75em " 联系邮箱 /p /td td width=" 187" p style=" line-height: 1.75em " qhuan_uci@yahoo.com /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 成果成熟度 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " √正在研发 □已有样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产 /p /td /tr tr td width=" 123" p style=" line-height: 1.75em " 合作方式 /p /td td width=" 525" colspan=" 3" p style=" line-height: 1.75em " √技术转让 & nbsp & nbsp √技术入股 & nbsp □合作开发& nbsp √其他 /p /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 成果简介： /strong br/ & nbsp & nbsp /p p style=" text-align: center line-height: 1.75em " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/insimg/d3e8deb8-9a73-4570-b633-d2de2a65bcdd.jpg" title=" LT-STM-MBE.jpg" width=" 350" height=" 347" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 350px height: 347px " / /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp br/ /p p style=" line-height: 1.75em " & nbsp & nbsp 该系统是针对SPM的专业研究应用所研发的。采用自制杜瓦型低温恒温器，可获得最低5K的低温，制冷剂利用效率高。特殊设计的扫描探头结构紧凑、体积小巧，具有极好的机械和温度稳定性。兼容目前主流商业化样品架，可原位更换针尖、样品和沉积分子/原子。集成了基于tuning fork技术的AFM，可在STM和AFM两种模式下工作。系统同时集成了专业的MBE腔体和独立的样品处理腔，具有液氮的冷屏和多达7个蒸发源安装位置，可以通过RHEED和LEED等手段监控生长。尚在研发中，主要技术指标待测。 /p /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 应用前景： /strong br/ & nbsp & nbsp & nbsp 纳米表征和研究的重要工具，国内每年需求量在数十台。 /p /td /tr tr td width=" 648" colspan=" 4" p style=" line-height: 1.75em " strong 知识产权及项目获奖情况： /strong br/ & nbsp & nbsp & nbsp 发明专利：201510345910.8 /p /td /tr /tbody /table p br/ /p

美国休斯敦大学研究人员近日开发出一种新型光学镜头，能直接贴在智能手机上，将图像放大120倍，分辨率达到1微米，而成本只需3美分。相关论文发表在《生物医学光学》杂志上。 　　休斯敦大学电气与计算机工程副教授石为川(音译)说，这种镜头能像显微镜一样工作，成本低，使用方便，因此非常适合用在中小学生教室里。它还可用在临床上，让那些小型偏远的诊所也能与其他地方的专家共享图像。 　　据每日科学网报道，这种镜头用聚二甲硅氧烷(PDMS)制成。PDMS是一种浓度像蜂蜜的材料，能精确附着在一个预热表面逐渐凝固。论文第一作者、博士生宋宇龙(音译)说，镜头的曲率，也就是放大率取决于PDMS的加热时间和加热温度。最后形成的镜头柔韧灵活，就像柔软的隐形眼镜，但它们更厚，也略小一些。这种镜头可以简单地贴到智能手机的摄像头上，即可把摄像头变成显微镜，光学放大120倍后，图像分辨率能达到1微米。而且，由于PDMS和玻璃并不会永久性地粘在一起，用过后镜头还可以很容易地取下来。 　　传统镜头是通过机械抛光或注射成型制成的，材料一般是玻璃或塑料。虽然也有液体镜头，但不能凝固，要装在特殊容器里保持稳定。宋宇龙说，其他液体镜头需要附加设备才能贴在智能手机上，这种镜头能直接贴上去而不会掉下来，还能重复使用。对于研究来说，要拍摄人类皮肤毛囊组织的幻灯片，就可以用智能手机-PDMS系统或奥林巴斯IX-70显微镜。在放大120倍时，智能手机镜头比得上奥林巴斯100倍显微镜，有软件支持的数字放大还能进一步提高。 　　研究人员估计，造一个这种镜头总成本可能是3美分。相比之下，传统科研用显微镜则要花上万美元。因而，这种镜头很适宜中小学生使用，是他们进行田间或室内研究的一种廉价、便利的手段。他们只需把镜头贴在智能手机上，就能通过电子邮件或文档很容易地共享照片，而且由于这种镜头非常便宜，丢了或坏了也不是大事。