红外干涉差显微镜

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

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

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

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

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

傅里叶变换红外光谱仪和显微镜联用，组成显微红外系统，干涉红外光被高精度地聚焦在待测样品的微小区域，直接测试该特定部位的化学结构，从而得到高质量的红外谱图。该技术灵敏度高，实现微区、微量样品分析，对于微小样品可以给出准确的结果。对于主机无法检测的微小样品以及常规红外光谱法预处理繁琐的样品，使用红外显微镜可以方便快捷地进行检测，得到灵敏度较高的结果。 目前红外显微镜被广泛应用于医药、电子、材料、公安、生命科学、环境、食品、化工、地矿等领域。目前，国家药品监督管理局国家药品包装容器（材料）标准《YBB00342002-2015 多层共挤输液用膜、袋通则中》规定使用红外显微镜对多层膜进行定性分析。除此之外，公安部使用红外显微镜对刑侦中遇到的及其微小的样品进行定性分析，为刑侦提供工作可靠依据。电子企业由于异物污染会导致芯片失效，红外显微镜可以帮助客户查找异物来源等等。红外显微镜的应用越来越多，仪器的市场需求也越来越大。 岛津公司红外光谱产品60周年之际发布了一款全新力作AIM-9000红外显微镜，让“全自动红外显微分析”的理念更进一步。从观察，定义测量位置，到进行测量，再到鉴别结果的给出，红外显微分析所需的全部操作都能由仪器软硬件自动执行，同时提供高灵敏度的测试数据。岛津独具匠心的在标准物镜之外，提供了大视野相机的选项。从而实现从宏观目视尺寸（10x13mm）到显微异物尺寸（30x40μm）的330倍连续放大，极大地提高了样品观察、定位的效率和可靠性。同时，基于数字图像识别算法的异物（测量）位置识别功能，让充满经验的专家系统在1秒钟之内帮助分析新手决定哪些位置才是需要进行测试的。高速的XYZ三轴自动化样品台，为微小样品专门优化的高灵敏度MCT检测器，配合高性能的岛津红外光谱仪主机和高效光路系统，实现了多个样品的超快速自动测量。并能结合特征峰、光谱相似度和多变量分析等功能，实现高质量的红外光谱化学成像（mapping）。对所测得的显微红外光谱数据，通过岛津独有的异物（混合物）分析程序，可以快速自动判断可能的主要成分和次要成分，而不需要用户预先知道具体的组分数量。让真正的自动化异物分析系统成为可能。 岛津公司积极应对市场需求，为帮助客户更好地了解和使用AIM-9000，特编写了《岛津 AIM-9000 红外显微镜应用数据集册》供相关检测单位和分析测试人员参考。 岛津公司新发布红外显微镜 AIM-9000 有关详情，请您向“岛津全球应用技术开发支持中心”咨询。咨询电话：021-22013542 期待我们的工作会给您带来有益的帮助! 关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。更多信息请关注岛津公司网站www.shimadzu.com.cn/an/ 。岛津官方微博地址http://weibo.com/chinashimadzu。岛津微信平台

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

生命科学是从微观层面观察和研究生命过程，从而揭示生命的物质基础和基本现象。显微成像是观察微小物体的重要手段，但其分辨能力受光学成像系统的限制（即衍射极限），无法满足现代生命科学研究要求的更高解析度、更准确的成像需求。熵智科技作为中国原创3D视觉创业公司第一梯队，横跨机器视觉与微纳光学两大领域，深刻认识到微纳光学在生命科学研究领域中的巨大价值。9月23日，熵智科技在西安发布自研的超分辨及共聚焦显微成像分析系统。该系统易用、性价比高，相较于国内外显微成像产品，不仅突破了光学成像系统的限制，轻松实现纳米尺度的2D/3D动态图像解析能力，还将共聚焦+超分辨+后处理分析完美融合，软件结合场景模块化。无论新手用户还是专家用户，只需通过一套界面即可获取一流的超高分辨率图像及分析结果。熵智科技超分辨及共聚焦显微成像分析系统工作原理超分辨显微成像分析系统采用结构光照明显微成像术（英文Structured Illumination Microscopy, 简称SIM），突破传统显微镜的阿贝衍射极限，实现生物组织、细胞、神经元等活动样本的快速超分辨率成像，为生命科学、生物工程等领域提供创新的超分辨率成像技术产品，几乎可集成于任何荧光显微镜。共聚焦显微成像分析系统的软硬件均采用模块化设计，硬件集成SIM超分辨模块、软件支持多种后处理功能，从而提供精确的2D/3D成像，以及动态过程的成像。目前，共聚焦和超分辨光路共用了光源准直部分、物镜部分、聚焦成像部分。主要功能超分辨及共聚焦显微成像分析系统视野超10倍扩展，达1mm，拥有精确的多微细胞结构生物显微影像分析功能，实现双光路同时，宽场、共聚焦、超分辨三种模式自由切换。大视野拼图：多种不同的图像获取方式、可实现500um*500um视场上图片进行拼接。图像增强及处理：可对采集到荧光图像进行增益调节、对比度调节、亮度调节以及色阶调节。反卷积处理：在原有采集到图像基础上，对图像数据做实时清晰度优化，达到消除背景噪声，有用信息表达更精准的作用，处理速度10ms以下，速度快；可进一步结合DNN方法，提高应用场景的鲁棒性。特征统计分析：对于识别出的细胞，对其强度、直径、周长等15个属性做数值量化。特征标记分类：可对细胞的特征进行标记和分类。单细胞定量分析：可以准确分割出相互重叠的细胞，精度更高，在专业单细胞识别的基础上，结合深度学习AI算法，可以精确识别互相挤压重叠的细胞核，而且对于细胞轮廓边界识别更加准确。亚细胞结构分析：可以定位某种蛋白或者某个基因表达产物在细胞的具体存在部位，如细胞核，胞浆内，结合AI图像分析方法，以表格和数据统计输出结果。细胞亚群圈选分析：筛选特定的感兴趣细胞亚群，进行了10余种参数分析。特殊细胞/结构识别：提供特殊细胞如脂肪细胞的识别和数量统计。多重荧光染色：实现细胞核、细胞质、细胞膜的各种形态和染色，精确寻找目的细胞及其结构。细胞寻找及跟踪：实现特定细胞的动态识别和跟踪。核心参数激光共聚焦超分辨显微参数配置普通光纤激光器激光405nm、488nm、561nm、640nm扩展HC-PCF激光器920nm探测器 PMT3个；波长：400-750nm，GaAsP最大拍摄速度8fps@512×512像素；2fps@1024×1024像素；4096×4096最高；更多可配置；扫描方式X-Y, X-Y-Z, X-Y-T分辨率250nm in x, y and 550nm in z 共聚焦120 nm in x, y and 320nm in z (488nm wavelength) 超分辨共焦视场Φ18mm-Φ25mm 内接正方形成像深度100μm灵敏度提升4倍相对信噪比 SNR优良级 50dB显微镜电动显微镜奥林巴斯 倒置IX73显微镜，具备明场、微分干涉、荧光等观察方式物镜奥林巴斯或Mitutoyo平场复消色差物镜（防腐蚀陶瓷表面以及红外色差矫正）选型载物台奥林巴斯 电动IX3-SSU 扫描精度优于0.7μm光学放大1.0X；1.5X；3.2X；20X 适配/转换器共聚焦/超分辨率光路切换（电动）、6位电动物镜转换器荧光装置配荧光光阑*相机（lattice）SCMOS，分辨率2048×2048，100fps@全幅面，位深12bit工作站Windows10 Pro 64 bit；硬盘≥1TB；内存16GB软件控制软件：图像采集及2D/3D/4D处理；共聚焦和超分辨配置；*成像分析：细胞自动识别、单细胞定量分析、亚细胞结构分析、细胞亚群圈选分析等防震台频率范围（5～30Hz）：≤30μm/s均方根；频率范围（＞30Hz）： ≤60μm/s均方根增配双光子成像激光生成组件、高速扫描头、前置补偿单元应用场景超分辨及共聚焦显微成像分析系统可应用于基础生物学、临床医学、病毒学、精准药物筛选等领域，为活细胞超分辨率智能成像提供解决方案。基础生物学：皮肤病例研究、类器官培养观察、微生物形态研究、胚胎发育成像、组织结构三维重构。如通过斑马鱼胚胎发育过程的成像，研究血管疾病和血管药物的新兴模型，从而更好解决人类血管疾病；通过光学切片, 确定其复杂的内部结构与组织功能之间的关系。临床医学：细胞形态结构鉴定、病理显微成像、异常细胞跟踪检测、组织形态学观察。利用计算机进行图像处理, 不仅可观察固定的细胞、组织切片, 还可对活细胞的结构、分子等进行实时动态观察和检测。通过它可以直接观测细胞形态学的组织、细胞之间的相互作用、组织微环境、伤口的愈合等成像，有助于了解病理机制，以开发疾病治疗方法从而促进人体健康有重要的意义。病毒学：植物病毒研究、动物病毒研究、医学病毒研究、环境病毒研究、噬菌体研究。采用超分辨技术，可以实现病毒感染细胞及复制、组装、释放等动态过程的研究。药物筛选：药材显微鉴别、载药微粒结构、药物扩散跟踪、制药成型和释药研究、药理药效研究。通过药物筛选确定干预的潜在治疗方法，加速早期药物的研发和确定疾病的模型。利用显微镜观察植（动）物药材内部的细胞、 组织构造，从而达到鉴定药材的目的。选择合适的药物靶分子，针对高分辨率成像的固定样品及活细胞进行分析，从而满足不同实验的需求。关于熵智科技熵智科技是国家级高新技术企业，拥有底层成像系统和算法开发能力，软硬件一体化，致力于通过高性能的成像技术解决机器人柔性化、微纳级检测与测量等问题。熵智科技自2018年成立至今，先后获得字节跳动、拓金资本、松禾资本、远望资本、华控资本等投资。深圳、武汉、西安三地联合办公，目前研发和工程团队70余人，核心技术人员均硕士及以上学历，博士6人。未来，熵智科技将继续深耕微纳光学领域，以更优的产品与服务回馈广大合作伙伴及客户。

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

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

瑞典皇家理工学院的研究人员最近发表的研究表明，利用新的荧光显微镜技术，生成了世界上第一个完整的活细胞中分子的纳米级三维图像，显示了脑海马神经元中蛋白质的近分子尺度图像。这种技术被称为3-D pRESOLFT，可以在比电子显微镜更大的范围内观察蛋白质，可以在不杀死细胞和破坏切片的情况下实现它。在以往的荧光显微镜中，可见光照射到用荧光染料染色的细胞和组织，但该方法仅限于制作二维图像，通常分辨率较低。3-D pRESOLFT通过使用包含可切换的荧光染料的干涉图案的组合，可以像光开关那样一边切换接通和断开一边记录大量的平行图像。 整个样品暴露在少光下，防止样品褪色。研究人员发现，观察精度缩小到50纳米，比人类头发小20000倍，用这种正确的方法在三维空间观察活细胞的能力可以研究蛋白质是如何重要但鲜为人知的生理过程。

纪伟&ensp 受访者供图&ensp 5月中下旬，筹备3个多月、关于高端科研仪器的香山科学会议顺利召开。参与会议筹备的纪伟一回到研究所，就扎进一间偏僻的平房。这里曾是间锅炉房，由于防震条件较好，被改造成精密光学仪器实验室，也是他最常待的地方。纪伟是中国科学院生物物理研究所（以下简称生物物理所）研究员，曾是正高级工程师。通常，这两个职称不会同时出现在一个人身上，但在纪伟身上，工程开发和基础研究兼而有之，二者和谐统一。近日，纪伟获得了第五届中国科学院“科苑名匠”称号。从“慢半拍”到“快半拍”2015年，纪伟再一次错失发表顶刊论文的机会——国际同行抢先一步发表。自2010年博士毕业留所工作后，这样的场景已经出现过很多次。该团队的数据刚整理出来，或文章还在审稿中，国际同行的研究成果就已经发表了。感到十分憋屈的纪伟陷入沉思。他认为，自己的科研思路没问题，团队执行力也很强。多年来，他们团队研制改造的科研仪器，不仅能为生物物理所的研究提供支撑，还能填补国内相关领域的空白。然而，每当这些成果拿到国际舞台上较量，总是慢半拍。“一个重要原因是，我们仪器的关键核心部件需要进口，从有好的科学思路到订购进口零件再到搭建仪器，至少需要半年时间。而国外同行‘近水楼台’，省下了这个时间，于是总领先我们半拍。”纪伟对《中国科学报》说。因此，在工作后的9年中，他只发表了几篇 “小文章”，没有成果在重量级杂志上发表。“要想追上国际同行的速度，就要比他们多想一步、多做一步，争取‘快半拍’。”按照这个标准要求自己，纪伟需要付出更多努力。他主动出击，改进国内生产的光电器件，使其用于生物显微成像领域。比如，他与苏州一家激光器厂家磨合了近10年，终于使该厂家的产品基本取代同类型进口激光器。通过这些努力，纪伟逐渐追回了那半拍。17世纪，荷兰科学家安东尼菲利普斯范列文虎克用自制的显微镜，第一次观察到了单细胞生物，人类从此打开了微生物学的大门。但光学显微镜分辨率因受衍射限制，一直保持在几百纳米，很难突破。直到300多年后的本世纪初，超分辨荧光显微镜才被发明出来，并获得了2014年诺贝尔化学奖，它使人们可以在几十纳米尺度上观察亚细胞结构。不久后，冷冻电镜单颗粒技术又获得2017年诺贝尔化学奖，这两项技术让人们对生命科学的认识有了翻天覆地的变化。然而，这仍不能满足科学家日益增长的对细胞原位生物分子观测的研究需要。“做超分辨显微镜这类高端仪器，对分辨率极限的追求是无止境的。”纪伟说，“生物物理所有个生物大分子国家重点实验室，科研人员从事核酸、蛋白质等生物大分子研究，这些生命活动的基本单元有着复杂精密的组装结构，对分子观察得越清晰，对生命奥秘了解得越深刻。”多年来，纪伟全身心扑到了对显微镜“微”之极限的追求中。进一步突破光学显微镜分辨率与电镜相比，光学显微镜的最大优势是透视能力，如果能精细获取细胞内的三维结构，便能进一步探究其生理病理机制。这不仅可以满足基础科研的需要，也有助于推动临床医学的进步。为了突破光学显微成像极限、实现高端科研仪器自主可控，十几年来，纪伟一直致力于单分子定位成像仪器技术研究。在早期复制出获得诺奖的、分辨率为20纳米的单分子定位显微镜，填补了国内空白后，纪伟发现这个分辨率仍不能满足生命科学研究的需要。“分辨率还能不能进一步提高？”纪伟常常问自己。在中国科学院院士、生物物理所研究员徐涛的指导下，纪伟带领团队向具有更高分辨率的显微镜技术发起挑战。在两年多的攻关过程中，纪伟等人面临的最大难题是单个荧光分子发光时间短，无法满足相机高速成像的要求。团队经过反复讨论与实践，又借鉴爆炸物理实验中的高速摄影策略，最终创造性设计出基于谐振振镜的干涉条纹快速切换成像光路。“这相当于给显微镜装上北斗导航精确定位系统，用几个干涉条纹像‘卫星’一样交叉定位荧光分子，得到高精度的细胞地图。”纪伟说。2019年，这一干涉单分子定位显微镜的研究成果登上《自然-方法》，将基于宽场显微镜的XY方向成像分辨率提升至5纳米以内。后来，他们又将Z方向分辨率也提升至5纳米以内。“在提高分辨率方面，我们做到了事无巨细、极致追求。”纪伟说，团队经过多年努力，终于做到了国际领先，并围绕这些技术申请多项专利，取得了自主知识产权。既是“工程师”又是“研究员”在追求光学显微镜极致分辨率的同时，纪伟带领科研团队双线并行，又在冷冻电镜原位成像方面取得突破。利用冷冻电镜在“原位”观察分子是近几年新兴的发展领域。这就像人类想了解野生动物，在自然中观察远比在动物园中观察更真实、更准确，但前者实现起来往往更加困难。为了实现原位观察，人们发展了冷冻电子断层成像技术，但其电子束只能透过约200纳米的生物样品成像，因此需要对细胞进行减薄处理。这相当于给冷冻电镜配一把锋利的“刀”，用这把“刀”可以从细胞中切出一张薄片，进而实现研究和观察。可是，这把“刀”如何能保证精准切出含有目标分子的薄片呢？经过多年实验研发，纪伟团队为这把“刀”装上了“导航系统”，研发出冷冻荧光导航减薄技术。“茫茫人海中，想找到一个特定的人很难，但如果这个人在夜晚举着火把，我们就能一下子找到他。同样，在细胞内部，想找到特定的分子并进行切片很难，但如果让它发出荧光，我们就能轻松定位，实现精准切片。”纪伟解释说。这项成果又让纪伟多了一项“代表作”。博士毕业至今，他见证着我国高端科研仪器研发从跟跑到并跑，再到部分领跑的过程，更是其中的重要参与者。在此过程中的2020年，是纪伟“打破常规”的一年。从那年起，纪伟的头衔从正高级工程师换成了研究员、课题组长，这意味着，他不仅能够作为研究所科研平台人员为基础科研提供支撑作用，也可以成立课题组，带领团队进行高端科研仪器的自主研发和自由探索。如今，纪伟带领团队正在对已有的显微镜系统进行工程化设计，努力将其打造成稳定易用的产品。前不久结束的香山科学会议让纪伟很是感慨：“与会专家都觉得高端科研仪器的研发到了一个关键节点，今后需要我们一起努力，使产业生态和产业链越来越完善，真正使我国实现科研仪器技术的自主可控。”

项目名称：静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术完成单位：中国科学院上海技术物理研究所完 成 人：丁 雷 等奖励等级：技术发明奖一等奖天气变化影响着人们穿衣、出行，乃至生活的方方面面，对气象开展准确监测是世界科学家们孜孜以求的目标。地球静止轨道气象卫星，相对地球静止不动，可以全天候获取我国所在区域的连续动态观测数据，犹如坚守岗位的“哨兵”。因此，发展静止轨道先进大气探测载荷技术是世界各国科技竞争制高点之一。由中国科学院上海技术物理研究所历经20年研究的静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术在国际上率先取得突破，该所研制的干涉式大气垂直探测仪（GIIRS）装载于我国第二代地球静止轨道气象卫星——风云四号卫星上，在国际上首次实现了静止轨道大气温度、湿度垂直三维探测，有效提高了长期数值预报精度，对我国和“一带一路”沿线国家和地区的天气预报和灾害预警具有重要意义。在35800公里外为地球大气做“CT”，是我国气象预报当之无愧的“独门秘笈”之一。2018年台风玛利亚内部温湿度信息探测01群雄逐鹿 拔得头筹大气在空间分布上是三维的，其温度、湿度和压强会随时间而变化，大气的运动和变化便是天气现象的本质。摸清大气垂直运动的“脉搏”，就能及时预报天气的发生与发展。如果能获取一幅动态大气三维“全息”影像，就能表征天气现象动态演变过程，为数值预报提供强有力的“诊断”依据，及时出具应急响应的“处方”。然而，在35800公里的地球静止轨道监测如同针尖大小地面上空大气层的变化，谈何容易，可谓差之毫厘、谬以千里！在国际上，静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术的研究起源于20世纪90年代，美国、欧洲和中国先后开展了本项技术研究。由于技术难度大、不成熟等问题，原计划在美国GOES系列、欧洲MTG-S项目上实施的载荷至今尚未在轨实现。而本获奖项目科研团队研制出的两台GIIRS仪器已经在2016年和2021年先后进入静止轨道工作，连续为全球提供高时效大气三维探测数据超过5年，我国已成为全球的唯一数据源。“GIIRS实现了好几个‘世界首次’，在预报服务中发挥了很好的作用！”中国气象局数值预报中心模式研发室副主任、风云四号卫星数值预报应用攻关团队首席专家韩威，给出如上评价。02自主创新 攻坚克难静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术究竟包含了哪些“法宝”和“绝招”，解决了哪些关键核心技术难题呢？看得细——大气目标精细光谱探测。实现大气温度和湿度参数的三维垂直结构观测需解析不同高度大气的红外吸收光谱，要求光谱分辨率达到0.625波数，在35800千米距离上进行大气光谱探测，需要建立新的精细光谱测量技术体制。看得准——低能量的高探测灵敏度。由于对地观测距离超过35800公里，到达轨道上的地球辐射能量值仅为低轨道的数千分之一；同时探测大气要求的高光谱分辨率，使得目标的辐射能量减小1.5个数量级以上，研制出更加灵敏的“视网膜”，即高性能新型红外探测器来提高探测转换效率、降低测量噪声。看得远——载荷极高指向观测稳定性。针对远距离观测，提出了二维扫描镜扩大仪器的视场，离轴主望远光学系统收集大气能量、动镜式傅立叶干涉仪进行探测、通过机械制冷机冷却面阵探测器和辐射制冷器冷却后光路、高性能探测器进行光电转换的高光谱载荷总体技术方案，并研制了集成化的载荷系统，系统解决了地球静止轨道进行高光谱、高灵敏度、高稳定大气三维探测的三大技术难题。看得清——复杂空间环境下高稳定探测。由于地球自转与公转带来的载荷温度变化超过210℃与载荷光学系统温度稳定度要求小于0.2℃的矛盾，突破多温区的高稳定度控制技术，达到“身处水深火热，内心平静如水”的状态。03气象灾害 尽收眼底静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术在台风等灾害天气预报和建党100周年活动等重大气象服务中发挥了重要作用。据相关统计显示，预报台风登陆地点的路径误差每减少1公里可避免直接经济损失约1亿元人民币，仅在2019年，GIIRS对台风“利奇马”的24小时路径预报误差从75公里降到50公里，直接减损效益估计超20亿元。此外，GIIRS在GRAPES数值预报中的成功应用，促进了全球静止卫星高光谱观测系统发展。在2019年美国召开的联合卫星大会上，美国天气局（NWS）局长指出：静止轨道高光谱探测将是下一步最大的进步；美国国家环境卫星信息资料中心NESDIS主任评价该载荷技术：促进了全球静止轨道卫星大气高光谱探测系统发展和卫星观测同化应用。在学术贡献上，国际和国内气象应用专家还利用GIIRS高频次、高光谱数据，针对NH3、四维风场等探测要素开展研究。面向国家战略亟需，中国科学院上海技术物理研究所创建了静止轨道大气三维探测全新技术体制，发明了具有完全自主知识产权的高光谱载荷技术，国际上率先实现了高频次的地球静止轨道大气三维结构精细探测，推动了风云四号卫星处于国际领先地位，获得了重大的应用价值和社会效益，得到各方的高度评价。站在时代的潮头回望历史，我们的科研人员心中仍谨记着周恩来总理1969年1月29日的重要指示：应该搞我们自己的气象卫星。五十多年来，风云系列气象卫星走出了从无到有、从小到大、从弱到强的成功之路。回首风雨，展望未来，上海技术物理研究所科研团队将接续奋进，紧密围绕气象领域和我国大气探测的战略要求，瞄准国际竞争制高点，为我国大气探测技术实现升级换代和逐步超越国际水平作出更多新的贡献！

设计是联系客户与岛津的纽带。设计着眼于获得使用者的认同并带给他们更多的满足感。设计能够传递开发者的思想和企业理念，是加深客户与企业联系的重要一环。我们将继续不断地设计、创新。 AIM-9000红外显微镜能够将红外光投射到肉眼难以观察到的显微区域，这样利用傅里叶变换红外（FTIR）分光光度计便可以进行现场测量。每一类有机物都有其独有的特征，就像指纹。通过在数据库中交叉核对与该指纹唯一对应的谱图信息，可以对有机物进行定性分析和结构确认。其具体应用包括分析药品表面上污渍的成分、电路板上金属部件腐蚀的原因，以及因附着异物而导致断路的位置等。 支持各种水平用户的分析系统 能够轻松简便地识别污染物 该系统可在以下三个阶段从不同角度为分析人员提供支持：（1）观察、（2）测量、（3）分析。在（1）观察阶段，仪器右侧有较大的工作空间，这样操作人员可以在计算机前完成所有必要的操作。在（2）测量阶段，只需将样品放置在样品台上，便可以利用计算机软件进行操作，而不必交替操作仪器上的按钮和计算机软件。在（3）分析阶段中，只需执行几个简单步骤即可完成复杂的分析过程。例如，自动显示相关功能。 外观设计给人一种高端、精密之感 外观设计给人一种高端、精密之感，与当前系统使用的仪器搭配更加和谐。此外，其操作区内可安全放置样品并且需要维护的部分大多位于可操作区，因此其可用性较高。 直观、高效、无缝操作 使用计算机软件进行测量和分析涉及许多步骤，因而复杂性倾向于不断增加。此设备中的按钮依照工作流程中的步骤按顺序布置并且可以自动显示与当前执行的功能相关的操作按钮类以及向导信息，因此其整体布局和操作过程更加直观。此外，其图形内容简单易懂，因而分析人员可以将注意力集中在他们最关注的显微图像和分析结果上。 用户参与开发设计 基于“自动识别污染物的时代终将到来”的理念，我们反复观察并与用户深入交流。由此，我们了解到了分析人员在工作流程中的潜在需求，随后将需求转化为理想的工作流程，并将其应用于各类设计之中。虽然我们并不是分析仪器的使用者，但我们通过不断观察并与用户深入交流充分了解其实际需求，由此制定出更为实用的设计方案。 荣获奖项 2018年德国红点设计大奖2017年日本优良设计大奖

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

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

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

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

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

欧盟新颁布的《饮用水中微塑料检测指令》（EU）2024/1441，确立了一套饮用水中微塑料浓度检测的标准流程。该指令规定，检测应采用至少4倍放大率的光学显微成像设备，以及能够分析20μm或更小尺寸微塑料的红外或拉曼光谱技术。岛津提供的高清体视显微镜和系列红外光谱产品，以其卓越的光谱分析能力，为微塑料的精准检测提供了有力工具。本文将详细介绍岛津光学显微镜和红外显微镜产品如何有效助力微塑料的检测工作，确保饮用水安全，促进环境保护和人类健康。广义的微塑料的定义▷ 微塑料颗粒：尺寸 ≤ 5 mm且长宽比 ≤ 3的微塑料； ▷ 微塑料纤维：长度 ≤ 15 mm且长宽比 ＞3的微塑料。1岛津高清体视显微镜，助力微塑料形貌分析岛津体视显微镜凭借其宽广的视野和高达50倍的放大能力，可轻松对微塑料进行定位和拍照，便于观察微塑料目标物的形貌特征（形状/颜色）；同时配备了专用图像分析软件，可以对微塑料进行尺寸测量。此外，通过将所获取的高清光学图像与Image J软件结合，可对微塑料的数量进行统计计算，确定微塑料的丰度。2红外光谱仪产品，助力大尺寸微塑料的定性鉴别宏观尺度大尺寸微塑料的快速鉴别红外光谱仪✔ 不同于适合较小尺寸微塑料检测的红外显微镜，红外光谱仪适合测定宏观尺度大样品（＞300 μm）。✔ 红外主机结合ATR附件，只需将微塑料压在ATR晶体上，即可轻松执行塑料成分分析。3高灵敏度的AIMsight红外显微镜，提升小尺寸微塑料分析体验10 μm聚苯乙烯微球的透射测量显微红外✔ 优异的信噪比以及专门为极小微区的测量进行了优化，显著改善微小样品分析体验。✔ 只需次数很少的扫描，即可得到微小样品的低噪声、高质量光谱图。滤膜上微塑料的分析显微红外✔ 通过显微光谱mapping成像，可对整张滤膜或滤膜的指定区域进行可视化的定性和半定量表征。✔ 塑料老化红外谱库提升了微塑料分析（光热老化塑料定性分析）的定性准确度。✔ 可以通过标配的大视野相机或15倍红外/可见物镜获取的图像来测量样品中目标物体的长度。4集成新一代分析智能技术，助力精准高效的微塑料鉴别内置方法参数的向导式IR Pilot软件✔ 包含用于塑料分析的一般性红外方法参数，分析人员能够轻松对目标样品进行快速测量、分析及打印报告。即使不熟悉FTIR分析也能够立刻上手。向导式IR Pilot软件智能光谱顾问，助力获取更高质量的数据✔ 通过将实测光谱与光谱示例进行比较，轻松判断所获取光谱的质量。✔ 提供有关扫描参数、适合附件和数据后处理的相关改进建议。5特色塑料老化红外谱库，助力老化塑料定性分析分析塑料时会利用红外谱库中的标准谱图对材质进行定性。然而，在自然环境中，塑料因紫外线照射、受热和生物作用等因素的影响，会经历分子裂解和交联，导致材料老化和降解。这一过程中，塑料的官能团可能发生改变，使得其红外光谱可能与标准品光谱的形状有所不同，因此难以顺利进行高准确度的定性鉴别。岛津特色塑料老化红外谱库由两部分组成：塑料紫外光照老化谱库和塑料热解老化谱库。该谱库收录了常见塑料在紫外光照和热氧化条件下的降解（老化）光谱数据，可显著提高微塑料分析（光/热老化塑料定性分析）的定性准确度，也便于快速表征和检测塑料老化降解程度。塑料光老化降解的切面剖析显微红外✔ 微塑料在紫外光照下会发生降解，难以使用红外谱库中的标准谱图进行定性分析。✔ 岛津特色塑料老化红外谱库，涵盖了十几种常见塑料在不同紫外光照时间或不同温度、时间后的红外光谱图，能直接识别塑料的热解/光解产物。自1875年成立以来，岛津秉承“以科学技术向社会做贡献”的理念，致力于实现“为了人类和地球的健康”的愿景。我们期待与您携手利用先进的分析技术共同守护水质安全，共创绿色未来！本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

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

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

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

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

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

您知道吗？日常生活中，洗面奶中的微小塑料颗粒检测；海洋环境中，微塑料种类检测；刑侦案件中，微量物证成分检测；药物生产中，杂质异物成分检测等等，都离不开红外显微镜。红外显微镜是指傅立叶变换红外光谱仪和显微镜联用系统，该技术灵敏度高，可以实现微区、微量样品分析，对于常规无法检测的μm级别样品，也可方便快捷地进行检测。 岛津公司全新推出《岛津AIM-9000红外显微镜应用数据集册》，一起来看看吧！ 岛津AIM-9000红外显微镜特点高灵敏度：拥有30000:1信噪比指标。全自动红外显微分析系统：观察、定义测量位置、测量、鉴别结果自动执行。装载：装载样品非常简单，轻轻一按“取出样品”按钮，自动降低样品台。观察：大视野相机和显微镜相机实现从目视尺寸（10x13mm）到显微异物尺寸（30x40μm）的连续放大。分析：异物自动分析程序，自动确认异物成分。丰富的附件：可以选配多种附件。 岛津AIM-9000红外显微镜应用数据集册特色案例抢先看 案例一 (环境) 海洋生物体中微塑料成分检测海洋微塑料一旦被海鸟、鱼类等生物摄入，是无法被消化的，极易导致海洋生物死亡。英国的纽卡斯尔大学和荷兰的瓦赫宁根海洋研究所从海洋生物北极鳕鱼的胃内分离出了微米级别的微塑料，使用岛津AIM-9000对北极鳕鱼胃内分离出的微塑料进行分析。 测试发现北极鳕鱼中采集的微塑料主要成分是PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯），含有添加剂KAOLIN（硅酸铝）。 案例二 (医药) 注射剂中异物成分定性分析注射剂生产工艺或生产环境等原因，一些灌装药液产品中可能含有玻璃碎屑、纤维、橡胶、毛发、烟雾、白点等异物，对病人身体造成极大的危害。过滤某品牌注射液，在光学显微镜下挑出异物（红色框内），然后使用岛津AIM-9000对异物进行成分测试。 谱图分析结果结合显微镜下异物图片状态可知，该异物可能是毛发。 案例三 (公安司法) 车祸现场油漆碎片分析汽车车身油漆由底漆层、中涂层、面漆层、清漆层等组成，不同厂家和车型对应不同的车身油漆。因此汽车油漆隐含着汽车车型的重要信息，是道路交通事故逃逸案中重要的物证信息之一。了解汽车油漆的光谱特征，对于进行同一性认定，缩小嫌疑车辆范围，查找逃逸车辆有重要指导意义。油漆图片及红外谱图 谱图分析结果嫌疑车油漆样本与事故现场油漆碎片红外谱图差异性比较明显，排除该车是肇事车的可能。 案例四 (电子电气) 镜头上异物成分定性分析在电子电气行业，生产工艺流程复杂，过程中使用的物料众多，操作流水线上的稍微疏漏，都会导致产品中出现不明异物。这不仅影响产品外观，影响产品质量，甚至会导致生产停滞，给企业带来不可估量的经济损失。由于异物样品较小，显微红外法在微小异物分析中的显著优势得以体现。 谱图分析结果结合显微镜下异物图片状态推断，该异物可能是皮屑。 数据集册内容 （一）工业制造1.红外显微镜法在电子产品异物分析中的应用2.岛津红外显微镜对印刷电路板进行缺陷分析3.红外显微镜在焊锡电路板助焊剂残留分析中的应用4.红外显微镜ATR法对锂离子电池用隔离膜进行定性分析5.红外显微镜Mapping功能研究物质组分分布的均匀性6.红外显微镜系统Mapping功能测试锂电池用铝箔表面的油污7.红外显微镜法测定玻璃板上聚亚胺薄膜的环化率8.岛津EDX和红外显微镜AIM测试人工晶体上的异物9.岛津红外显微镜AIM-9000和EDX-8100联用鉴定树脂材料中的异物 （二）医药1.岛津红外显微镜定性分析医药包材的多层膜2.岛津红外显微镜可视观察的同步测定对多层薄膜进行分析3.岛津红外显微镜AIM-9000对药物片剂表面的异物进行分析4.岛津红外显微镜对注射液中异物进行成分分析 （三）环境1.岛津红外显微镜快速鉴定长江水中的微塑料成分2.使用岛津红外显微镜AIM-9000分析从海洋生物中采集的微塑料3.岛津红外显微镜检测磨砂洗面奶中的微小塑料颗粒4.岛津红外显微镜检测食盐中的微小塑料颗粒 （四）公安司法1.岛津显微光谱法分析车辆碰撞现场微量油漆物证2.岛津AIM-9000红外显微镜系统在打印字迹鉴别中应用3.岛津红外显微镜对口红物证样品进行成分对比分析4.使用红外显微镜AIM-9000进行毛发截面分析 （五）食品安全1.岛津AIM-9000和EDX对食品工序中异物进行定性分析2.岛津红外显微镜AIM和EDX测试水管异物 撰稿人：王娟娟 *本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

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

奥林巴斯公司（代表董事兼总裁：竹內康雄）宣布在全球范围内推出 DSX1000 数码显微镜，它极大地改善了用户的检验工作流程，能够通过简易的操作实现对各种样品的分析。这款新产品由奥林巴斯科学事业于2019年6月3日面向全球发布。 DSX 系列数码显微镜将我们卓越的光学技术与先进的数字技术融为一体。DSX1000 数码显微镜用于观察和测量各种样品，包括电子元件和金属材料。此显微镜使用简单，只要放上样品，就可以轻松地完成 3D 观察、测量、报告自动生成等一系列操作。 您只需要一台 DSX1000 显微镜就可满足各种观察和分析需要，改善检验的工作流程。镜头数量增加至 15 个，涵盖20-7,000X的放大倍率。用户还可以利用该显微镜的六种观察方法，对各种样品进行观察与测量。比如突出显示样品表面的不规则和轮廓形貌。显微镜头部和载物台可以分别进行± 90°的自由角度调节，从而满足对各种复杂外形样品的任意角度观察。另外，新开发的算法可以实现更快的 3D 图像采集，与奥林巴斯传统数码显微镜相比，速度快了近十倍。最后，我们将根据每位用户的工作环境校准显微镜，以帮助用户实现精确、高效的观察和测量。新 品 首 发NEW ARRIVAL主要特点放大倍率范围 20–7,000X，可旋转式载物台。可迅速切换物镜和六种观察方式。远心光学系统保证了在整个放大范围内的测量准确度。放大倍率范围 20–7,000X，可旋转式载物台DSX1000 数码显微镜新增了 5 个物镜，物镜总数达到 15 个。20-7,000X 的放大倍率范围实现了精确观察，而长工作距离物镜则实现了对不规则样品的观察，例如电路板和机加工零件。显微镜头部和载物台都可以旋转± 90°，更易于观察和分析薄样品，如晶圆，或大型样品，如汽车部件。 可调节的头部和载物台显微镜头部和载物台可以分别旋转± 90°使用高分辨率长工作距离的物镜长工作距离使用户能够观察不规则形状的电子基板。 20–7,000X 放大倍率下的晶圆图像对比可迅速切换物镜和六种观察方式显微镜的电动变焦光路结合了先进的观察功能，可实现六种观察方法和对比度增强功能：明场、暗场、MIX、偏光、简易偏振和微分干涉。偏光观察和对比度增强功能可以突出样品表面的不规则和轮廓形貌。例如，此功能可用于在观察晶圆表面较大的不规则形状与细微破损和划痕之间快速切换。从而用户可以观察到使用其他方法难以检测到的对象。太阳能电池图像对比（左图：明场观察，右图：偏光观察）单侧光线照射突出了表面的不规则形状。该项技术适用于观察不规则形状、扭曲的样品和槽口。集成电路 (IC) 芯片图像对比（左图：常规；右图：带对比度增强功能）色彩清晰明亮的图像替代了明暗图像。远心光学系统保证了在整个放大范围内的测量精确性。*汽车制造商、精密设备和其他产品制造商必须精确测量和分析产品的规格，以证明产品的安全性。DSX1000 数码显微镜使用远心光学系统，在整个放大范围内图像失真极低，实现了有保证的准确度和重复性的高精度测量。为了确保准确度，在完成 DSX1000 显微镜的安装后，奥林巴斯的技术人员将根据客户使用环境对每台显微镜进行校准。 奥林巴斯将于 2019 年 10 月 12 日迎来百年华诞。

透射电子显微镜是使用较为广泛的一类电镜，具有分辨率高、可与其他技术联用的优点。已广泛应用于医学、生物学等各个研究领域，成为组织学、病理学、解剖学以及临床病理诊断的重要工具之一。常规电镜样品制备包括常温化学双固定、常温脱水包埋、常规超薄切片、普通电镜观察几个步骤。样品制备过程历时约一周，超薄切片经醋酸双氧铀和柠檬酸铅染色后，电镜观察。所有操作均按照以下流程进行。一、试剂0.2 mol/ L磷酸盐缓冲液Na 2 HPO 4 2H 2 O 35.61 g 或Na 2 HPO 4 7H 2 O 53.65 g / Na 2 HPO 4 12H 2 O 71.64 gNaH 2 PO 2 H 2 O 27.60 g 或NaH 2 PO 4 2H 2 O 31.21 g加双蒸水（ddH2O）到1000 mL0.1 mol/ L磷酸盐缓冲液（PBS）0.2 mol/ L磷酸盐缓冲液 250 mL加双蒸水到500 mL2 % 低温琼脂低温琼脂 1.0 g加双蒸水到 50 mL加热到沸腾，溶液均匀后备用1 % 戊二醛固定液25 %（m/v）戊二醛水溶液 2 mL0.2 mol/ L磷酸盐缓冲液 25 mL加双蒸水到50 mL1 % 锇酸固定液2 %（m/v）锇酸水溶液 10 mL0.2 mol/ L磷酸盐缓冲液 10 mL包埋剂A液Epon 812 树脂 50 mL十二烷基琥珀酸酐（modecenyl succinic anhydride, DDSA） 80 mL包埋剂B液Epon 812 树脂 50 mL六甲酸酐（methyl nadic anhydride, MNA） 44.5 mL2 ， 4 ， 6 - 三甲氨基甲基苯酚（ 2, 4, 6 - tridimethylamino methyl phenol, DMP-30 ）甲苯胺蓝染液甲苯胺蓝 1 g1 mol/ L NaOH 10 mL加双蒸水到50 mL混匀过滤后使用1 % 醋酸双氧铀染液醋酸双氧铀 0.2 g加双蒸水到10 mL封口膜封口，4℃避光保存1 % 柠檬酸铅染液硝酸铅 0.265 g柠檬酸钠（含2分子结晶水） 0.352 g加双蒸水到10 mL①① 配制铅染液时，要先加水6 mL，超声震荡30 min，使乳白色柠檬酸铅悬液充分混匀。然后滴加1 mol/L NaOH，并不是晃动，直至溶液变清亮。最后定容至10 mL。② 细胞样品处理和藻类及其他游离样品处理流程可相互参照，即细胞样品可以酌情使用琼脂铸模法取材固定，藻类及其他游离样品也可以使用血清预包埋法取材固定，总体视样品密度及其对于温度的耐受等条件而定。封口膜封口，4℃保存仪器修块机 Leica EM TRIM切片机 Leica EM UC6光学显微镜 Nikon 80i 及配套拍照系统DS-L1透射电子显微镜 JEOL-1230Gatan Bioscan Camera 792低电压透射电子显微镜 JEM-1230二、实验流程一、 取材与固定A. 植物样品1. 自来水冲洗表面泥尘后，使用灭菌水清洗2-3次，置于铺有预湿滤纸的培养皿中。2. 使用干净锋利的刀片切取目标材料，所取材料体积不大于3 mm3。切取样品时应注意动作迅速、减小损伤，避免来回切拉；使用的灭菌水及器具应4℃预冷，并在操作中尽量保持低温以降低组织细胞活性。3. 将切下材料放入装有预冷的戊二醛固定液的青霉素小瓶中后抽气，抽几次后轻摇小瓶，并打开瓶盖。重复2-3次，直到样品沉入瓶底。4. 室温静置1h，或摇床轻摇1h。5. PBS清洗3次，10min/次。6. 1%锇酸固定液固定1h。7. PBS清洗3次，10min/次。B. 动物样品1. 4℃预冷生理盐水冲洗组织块，迅速切取组织块，体积不大于3 mm32. 将切取的组织块投入装有预冷戊二醛固定液的青霉素小瓶中，并抽气直至样品沉底。3. 室温静置1h，或摇床轻摇1h。4. PBS清洗3次，10 min/次。5. 1%锇酸固定液固定1 h。6. PBS清洗3次，10 min/次。C. 单层培养细胞或悬浮培养细胞样品②1. 3000 rpm离心5 min，收集细胞样品，尽量多的吸弃培养液上清。2. 加入4℃预冷PBS液，充分吹吸混匀，静置4 min，3000 rpm离心5 min，吸弃上清。① 配制铅染液时，要先加水6 mL，超声震荡30 min，使乳白色柠檬酸铅悬液充分混匀。然后滴加1 mol/L NaOH，并不是晃动，直至溶液变清亮。最后定容至10 mL。② 细胞样品处理和藻类及其他游离样品处理流程可相互参照，即细胞样品可以酌情使用琼脂铸模法取材固定，藻类及其他游离样品也可以使用血清预包埋法取材固定，总体视样品密度及其对于温度的耐受等条件而定。3. 重复步骤2一次。4. 加入预冷的血清或蛋清，充分吹吸混匀，3000 rpm离心10 min，吸弃大部分上清，留少部分，吹吸悬浮沉淀细胞。（或离心后吸弃上清，留少部分上清，不悬浮沉淀细胞，视样品浓度而定）5. 缓慢加入戊二醛固定液，小心放入4℃冰箱，固定过夜。6. 吸弃上清，刀片小心划开离心管壁，用钳子拉开离心管，小心取出已凝成固体的血清包埋块。7. 使用干净的单面刀片或手术刀，将血清包埋块切成2 mm3左右的小块，取3-5个富集细胞样品效果较好的包埋小块继续下面实验。8. PBS清洗3次，10 min/次。9. 1%锇酸固定液固定1 h。10. PBS清洗3次，10 min/次。D. 藻类及其他游离培养样品1. 吸取2%低温琼脂液200μL到0.2mL离心管，并将离线管置于冰上，取10μL枪头迅速插入琼脂中并保持离心管竖直，且枪头竖直靠中的包裹在琼脂中。2. 静置1 min，待琼脂凝固后，小心拔出枪头，形成琼脂空腔，待用。3. 3000 rpm离心5 min，收集样品，尽量多的吸弃培养液上清。4. 加入4℃预冷PBS液，充分吹吸混匀，静置4min，3000 rpm离心5min，吸弃上清。5. 重复步骤2清洗，吸弃大部分上清，留极少部分上清液，吹吸悬浮样品。6. 使用10μL 移液器小心将样品加入已经制备好的琼脂空腔中，使样品充满空腔大部分，添加过程中尽量避免气泡出现。7. 吸取50μL溶化的琼脂，快速滴加到空腔琼脂上封口，冰浴5 min，待琼脂完全凝固。8. 使用单面刀片小心划开离心管壁，用钳子拉开离心管，小心取出已凝成固体的琼脂包埋块，稍作修葺。9. PBS清洗3次，10 min/次。10. 1%锇酸固定液固定1 h。11. PBS清洗3次，10 min/次。二、 脱水1. 按丙酮与灭菌水体积比3：7配制30%脱水剂。吸弃样品管/瓶中的PBS，快速加入现配的脱水剂（脱水换液过程禁止出现样品暴露空气中现象，可不全部吸完，略有剩余，使样品浸润；动作应迅速准确），室温放置或摇床轻摇45 min。加入按30%、50%、70%、90%、100%（v/v）的浓度梯度进行脱水。2. 配制50%脱水剂，快速换液，室温轻摇45 min。3. 配制70%脱水剂，快速换液，室温轻摇45 min。4. 配制90%脱水剂，快速换液，室温轻摇45 min。5. 使用纯丙酮快速换液，室温轻摇30 min③。6. 重复步骤5一次。三、 渗透包埋在此步脱水操作完成后即可开始配制渗透用包埋剂，以免安排不周。样品浸泡在纯丙酮中时间不宜过久，以免造成样品较脆，不利于超薄切片。1. 配制渗透用树脂包埋剂1) 取干净的10 mL注射器，拔去活塞，用封闭针头堵住注射口，放于通风橱中。2) 小心倾倒B液9 mL到注射器中；然后再小心倾倒A液1 mL。3) 插入活塞，堵住注射器后，颠倒摇匀至液体颜色均匀，无丝状液体。4) 小心拔去活塞，通风橱中操作，缓慢滴加14滴DMP-30。5) 插入活塞，堵住注射器后，颠倒摇匀至液体颜色完全均匀，无丝絮状分色，竖直放置待用。2. 按照包埋剂与丙酮体积比3：7配制30%渗透剂，快速吸弃样品管中纯丙酮并加入渗透剂，轻摇渗透3 h。3. 按照包埋剂与丙酮体积比7：3配制70%渗透剂，快速换液，轻摇渗透过夜。4. 重新配制包埋剂，并小心推按注射器，将包埋剂挤到包埋模具中至液面略凸。5. 解剖针挑取样品到纯包埋剂中，渗透3 h。6. 小心挑取样品，滤纸上稍微沾下吸弃部分粘附的包埋剂，轻轻放置到未渗透过样品的包埋孔中，小心将样品按到底，摆放好位置。记录各样品对应包埋块编号。7. 梯度温度聚合包埋1) 37℃烘箱中12 h，期间定时观察样品有无漂移现象，如有，则再次小心摆放样品位置。2) 45℃烘箱中12 h。3) 60℃烘箱中24 h。四、 修块与切片1. 拿到包埋块后检查样品位置是否得当，选取位置好的包埋块优先进行修块、切片。2. 粗修包埋块1) 使用六角扳手将包埋块固定在样品头上，露出长度合适。2) 将样品头固定在修块机上，体视镜观察修块，分四个方向将包埋块头部多余的包埋剂修去，暴露出组织块。3) 使用锋利的单面刀片修去组织块周围毛刺的包埋剂，使其四边光滑清晰。4) 卸下样品头装至切片机上，使用玻璃刀修片，直至样品表面光滑清晰。3. 半薄切片1) 将粘有水槽的玻璃刀装至切片机刀台上，体视镜下小心对刀，不时转动手轮，使样品上下移动，调整刀台左右角度及样品上下角度，直至包埋块整个表面与刀刃的距离相等。2) 转动手轮，使整个样品高于刀刃，点控制面板Start，设置切片区域上边界；转动手轮，使整个样品低于刀刃，点控制面板End，设置切片区域下边界。3) 手动步进刀台靠近样品，至出现彩色干涉光，继续步进刀台，并通过体视镜观察干涉光谱变化，直至干涉光消失。4) 转动手轮，使样品离开刀刃区域，使用滴管将干净的去离子水加到玻璃刀水槽中，体视镜观察直至液面略低于刀刃。5) 调整切片厚度与速度，按控制面板Run/Stop键，开始切片。体视镜观察可见900nm厚度切片反光为亮绿色。6) 待有切片下来形成4-6片的切片带，按Run/Stop键停止切片，体视镜观察下，使用睫毛笔将所需薄片拨离刀刃，并将所需切片聚拢一起。7) 用干净捞片环轻轻沾取切片所在区域，根据水膜表面张力捞取切片，放到干净载玻片上，酒精灯略微加热，使水蒸干，并对着光亮用记号笔标示切片所在位置。4. 半薄切片染色1) 吸取20μL甲苯胺蓝染液，滴加到载玻片放有切片的位置，室温静置30 s 。2) 去离子水冲洗玻片，直至不再有蓝色。吸水纸上沥干，酒精灯略微加热，加速切片上的水分蒸发。3) 显微镜观察切片质量和样品位置。5. 精修包埋块1) 移去装有水槽的玻璃刀，取下装有包埋块的样品头，装至修块机上。2) 根据半薄切片结果，使用新的锋利刀口，小心修理包埋块四边，使其尽可能的光滑、平整。6. 超薄切片1) 将钻石刀装至切片机刀台上，体视镜下小心对刀，不时转动手轮，使样品上下移动，调整刀台左右角度及样品上下角度，直至包埋块整个表面与刀刃的距离相等。2) 转动手轮，使整个样品高于刀刃，点控制面板Start，设置切片区域上边界；转动手轮，使整个样品低于刀刃，点控制面板End，设置切片区域下边界。3) 手动步进刀台靠近样品，至出现彩色干涉光，转动手轮，使样品上下移动，调整刀台左右角度及样品上下角度，直至包埋块整个表面与刀刃的干涉光谱颜色一致；继续步进刀台，并通过体视镜观察干涉光谱变化，直至干涉光消失。4) 转动手轮，使样品离开刀刃区域，使用滴管将干净的去离子水加到玻璃刀水槽中，体视镜观察直至液面略低于刀刃。5) 调整切片厚度与速度，按控制面板Run/Stop键，开始切片。体视镜观察可见70nm厚度切片反光为亮灰色及浅灰色。6) 待有切片下来形成10-20片的切片带，按Run/Stop键停止切片，体视镜观察下，使用睫毛笔将所需薄片拨离刀刃，并将所需切片聚拢一起。7) 用干净捞片环轻轻沾取切片所在区域，根据水膜表面张力捞取切片，轻轻放到干净载膜铜网上，用尖角滤纸靠近铜网边缘缓慢吸干水分。8) 轻轻移去捞片环，将载有切片的铜网放到铺有滤纸的平皿中，晾干待染色观察。五、 染色1. 醋酸双氧铀染色1) 按每片载网20μL染液的量吸取醋酸双氧铀染液，13 200 rpm离心5 min。2) 将放有切片的载网小心放到染色盘上，有切片面靠上，并稍微用镊子按载网边缘，使其与染色盘接触粘附牢固。3) 吸取20μL染液滴加到载网上面，盖上平皿防尘，室温染色30 min。4) 将染色盘整个放到装有去离子水的清洗缸中，轻摇清洗1 min。5) 小心取出染色盘，更换水洗液，轻摇清洗5min。6) 重复清洗2次。2. 柠檬酸铅染色1) 按每片载网20μL染液的量吸取醋酸双氧铀染液，13 200 rpm离心5 min。④2) 在放置染色盘的平皿中放入2片固体NaOH，用以吸收平皿中CO2气体。3) 吸取20μL染液滴加到载网上面，盖上平皿防尘，室温染色8 min。4) 将染色盘整个放到装有去离子水的清洗缸中，轻摇清洗1 min。5) 小心取出染色盘，更换水洗液，轻摇清洗5min。连续染色时，载网不需要从染色盘上拿下，清洗后直接进行铅染即可，但是铅染液要现用现取。6) 重复清洗2次。7) 小心夹取载网，放置到铺有滤纸的干净平皿中，晾干待电镜观察。六、 电镜观察1. 取出样品杆，打开样品夹，小心放入载网，合上样品夹，并转动样品杆，轻敲确保样品夹已准确固定载网。2. 将样品杆插入透射电镜样品室，开始抽气。3. 打开灯丝开关，等待检测电流出现后，打开观察窗开始观察。4. 先在低倍下找到切片，再高倍观察切片，寻找待看目标，仔细对焦。5. 将切片目标区域遇到观察窗中间后，调整灯丝电流密度为3.8 pA/cm2。6. 插入拍照CCD，Start View，微调焦距，Start Acquire 拍照。7. 拍照完毕，按格式需求保存照片到指定文件夹。8. 使用专用写保护闪存盘拷贝数据到公共电脑观察、使用。三、应用领域1、材料领域材料的微观结构对材料的力学、光学、电学等物理化学性质起着决定性作用。透射电子显微镜作为材料表征的重要手段，不仅可以用衍射模式来研究晶体的结 构，还可以在成像模式下得到实空间的高分辨像，即对材料中的原子进行直接成像，直接观察材料的微观结构。

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