双向光片照明显微镜

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

▲图 | 太赫兹扫描隧道显微镜系统（来源：资料图）太赫兹，是介于远红外和微波之间的电磁波，具有光子能量低、穿透性好等特点，在高速无线通信、光谱学、无损伤成像检测和学科交叉等领域具备广泛应用前景，被誉为“改变未来世界的十大技术”之一。简单来看，太赫兹扫描隧道显微镜系统就是一个超快摄影机，只不过它要观察和拍摄的对象是分子和原子世界，并且拍摄的帧率在亚皮秒量级。对于非线性太赫兹科学来说，控制太赫兹脉冲的“载波包络相位”，即激光脉冲的载波与包络之间的关系至关重要，特别是用于超快太赫兹扫描隧道显微镜时。太赫兹载波包络相位移相器的设计和实现，在利用太赫兹脉冲控制分子定向、高次谐波生成、阈上电离、太赫兹波前整形等领域，均具备潜在应用价值。（来源：Advanced Optical Materials）1. 为调控太赫兹的载波包络相位提供新方案据介绍，王天武在中科院空天信息研究院（广州园区）-广东大湾区空天信息研究院担任主任和研究员等职务，研究方向为太赫兹技术。目前，其主要负责大湾区研究院的太赫兹科研队伍建设。该研究要解决的问题在于，常规探测手段只能得到静态的原子形貌图像，无法观察物质受到激发，例如经过激光辐照后的动态弛豫过程图像，即无法观察到激子的形成、俄歇复合、载流子谷间散射等过程，而这些机理的研究，对于凝聚态物理学包括产业化应用都非常重要。原因在于，这些动力学过程发生的时间尺度，往往都在皮秒量级，即万亿分之一秒的时间，任何普通调控手段均无法达到这一时间量级。利用飞秒脉冲激光技术，能显著提高扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope，STM）这一扫描探针显微术工具的时间分辨率。但是，目前仍受到多种因素的限制，比如样品和针尖制备困难、针尖的电容耦合效应、脉冲光引起的热膨胀效应等。太赫兹的脉冲宽度位于亚皮秒尺度，其电场分量可被看作一个在很宽范围内、连续可调的交流电流源。因此，将太赫兹电场脉冲与 STM 结合，利用其瞬态电场，即可作用于扫描针尖和样品之间的空隙，从而产生隧穿电流进行扫描成像，能同时实现原子级空间分辨率和亚皮秒时间分辨率。如前所述，太赫兹扫描隧道显微镜系统好比一个超快摄影机。但是，太赫兹电场脉冲和 STM 的实际结合过程，却并非那么简单，中间要攻克诸多难题。其中一个最基础的重要难题，在于太赫兹源的相位调控技术。太赫兹扫描隧道显微镜系统是利用太赫兹激发针尖尖端和样品之间的空隙，来产生隧穿电流并进行采样。不同相位太赫兹源的电场方向不一样，这样一来所激发的隧穿电流的方向亦不相同。根据不同样品施加不同相位的太赫兹源，可以更好地匹配样品，进而发挥系统性能优势，借此得到高质量光谱。因此，通过简单高效的途径，就能控制太赫兹脉冲的载波包络相位，借此实现对于隧道结中近场太赫兹时间波形的主动控制，同时这也是发展超快原子级分辨技术的必备阶段。通常，超短脉冲的载波包络相位，必须通过反馈技术来稳定。除少数例子外，比如用双色场激光等离子体产生的太赫兹辐射源，大多数商业化设备产生的太赫兹脉冲的载波包络相位都是锁定的，例如人们常用的光整流技术生成的太赫兹脉冲。多个太赫兹偏振元件组成的复杂装置，可用于控制太赫兹脉冲的载波包络相位。然而，鉴于菲涅耳反射带来的损耗，致使其插入损耗很大，故无法被广泛应用。另外，在太赫兹波段，大部分天然材料的色散响应较弱、双折射系数较小，很难被设计成相应的载波包络相位控制器件，因此无法用于具有宽频率成分的太赫兹脉冲。与天然材料相比，超材料是一种由亚波长结构衍生而来的、具有特殊光学特性的人工材料，其对电磁波的色散响应和双折射系数，均可进行人为定制。虽然超材料技术发展迅猛。但是，由于近单周期太赫兹脉冲的宽带特性，利用超材料对太赫兹脉冲的载波包络相位进行控制，仍是一件难事。为解决这一难题，王天武用超材料制备出一款芯片——即柔性太赫兹载波包络移相器，专门用于控制太赫兹脉冲的载波包络相位。该芯片由不同结构的超材料阵列组成，可在亚波长厚度和不改变太赫兹电场极化的情况下，实现对太赫兹载波包络相位的消色差可控相移，其对太赫兹脉冲的载波包络相位的相移调制深度高达 2π。相比传统的太赫兹载波包络相位移相器，该移相器具有超薄、柔性、低插损、易于安装和操作等优点，有望成为太赫兹扫描隧道显微镜系统的核心部件。近日，相关论文以《基于超材料的柔性太赫兹载波环移相器》（Flexible THz Carrier-Envelope Phase Shifter Based on Metamaterials）为题发表在 Advanced Optical Materials 上，李彤和全保刚分别担任第一和第二作者，王天武和空天信息创新研究院方广有研究员担任共同通讯作者。▲图 | 相关论文（来源：Advanced Optical Materials）审稿人认为：“此研究非常有趣、简明扼要，研究团队完成了一套完备的工作体系。该芯片的设计和实现，为调控太赫兹的载波包络相位提供了新的解决方案。”2. 建立国际领先的太赫兹科学实验平台据介绍，王天武所在的研究院，围绕制约人类利用太赫兹频谱资源的主要科学问题和技术瓶颈，致力于形成一批引领国际的原创性理论方法和太赫兹核心器件技术，以建立国际领先的太赫兹科学实验平台。他说：“太赫兹扫描隧道显微镜是我们院的一大特色，该设备摒弃了此前施加电压的方式，以太赫兹为激发源，去激发探针尖端和样品之间的间隙，从而产生隧穿电流并进行成像。相关技术在国内属于首创，在国际上也处于领先水平。”在诸多要克服的困难中，太赫兹载波包络相位的调制便是其中之一。入射太赫兹的相位大小对激发的隧穿电流的幅值、相位等信息影响甚大，是提高设备时间和空间分辨率必须要解决的重要问题之一。由于设备腔体比较长，并且腔体内部为高真空环境，与外界空气是隔绝的。传统的太赫兹相位改变方式比较难以实现，因此需要研发新型的相位调制器件。而该课题立项的初衷，正是希望找到一种结构简单、但是对太赫兹载波包络相位调制效率高的方法和装置，以便更好地服务于太赫兹扫描隧道显微镜系统。在文献调研的初始阶段，该团队商定使用超材料来制作太赫兹相位调制器。具体来说，其利用特定的金属分裂环谐振器的几何相位、以及共振相位，来控制太赫兹脉冲的载波包络相位值。之所以选择金属分裂环谐振器作为基本相控单元，是因为在一定条件下，它对太赫兹具有宽谱响应。当任意方向的线偏振波与谐振器耦合时，入射电场分量可映射到平行于谐振器对称轴和垂直于谐振器对称轴，借此可以激发谐振器的对称本征模和反对称本征模。此时，通过改变金属分裂环谐振器的几何相位和共振相位，散射场的某一偏振分量的电场相位会相应延迟，大小可以轻松覆盖 0-2π。但是，由于存在电偶极子的双向辐射，导致金属分裂环谐振器存在明显的反射和偏振损耗。为此，课题组引入了一对正交的定向光栅，利用多光束干涉的方式解决了谐振器插入损耗大的问题。随之而来的另一难题是，由于正交光栅的存在，导致入射波和透射波之间的电场偏振始终是垂直的，在太赫兹扫描隧道显微镜系统的工作中，这是不被允许的。好在样品均是由互易材料制成的，于是这一问题很快迎刃而解。随后，该团队采用常规紫外光刻、电子束沉积以及聚酰亚胺薄膜上的剥离技术，制备出相关样品，并利用太赫兹时域光谱系统，对所制备的样品性能进行表征。当入射的太赫兹脉冲，依次被样品中不同的微结构阵列调制时，研究人员通过太赫兹时域光谱测量，清晰观察到了太赫兹脉冲的时间波形的变化，且与仿真结果十分吻合。此外，课题组还在广角入射和大样品形变时，验证了该样品的鲁棒性。总而言之，该成果为宽带太赫兹载波包络相位的控制，提供了一种新型解决方案，并在不改变太赫兹电场极化的情况下，利用“超材料”在亚波长厚度的尺度上，实现了针对宽带太赫兹载波包络相位的消色差可控相移。关于这一部分成果的相关论文，也已发表在《先进光学材料》期刊。（来源：Advanced Optical Materials）据介绍，此次芯片能把太赫兹的相位最高移动至 2π 大小，并且具有大的光入射角度和良好的柔韧性等优点，在太赫兹扫描隧道显微镜系统，以及其他相关领域有较高的应用价值。但是，该芯片目前仍存在一个缺点，即无法做到太赫兹载波包络相位的连续调制。这是由于，采用的金属分裂环谐振器是单次加工制成的，所能调制的几何相位和共振相位已经确定，无法再被人为改变。因此，使用过程中只能通过加工特定结构的芯片，来实现所需相位的调制。未来，该团队打算将当下比较热门的二维材料、相变材料、液晶材料等材料集成到芯片中，这些材料的优势在于光学性能可被人为改变。同时，其还将综合电、光、热等手段，实现金属分裂环谐振器几何和共振相位的主动控制，从而实现对太赫兹脉冲的连续载波包络相位调制。此外，课题组也会继续优化微加工工艺和原料制备流程，进一步提升芯片的综合性能指标，比如器件的低插入损耗、高工作带宽等，同时也将降低制造成本，以便后续的产业化推广。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 2019年12月9日，布鲁克宣布推出Luxendo TruLive3D成像仪-光片成像系统。新系统具有双面照明和高效的光收集功能，可在其原始3D环境中快速成像各种生物样品。TruLive3D成像仪利用单平面照明显微镜（SPIM）的一般优势，以最小的曝光量，共聚焦分辨率和3D出色的对比度实现快速3D成像。扩展的样品室可进行多样品实验，集成的环境室可确保即使是最精细的样品（如干细胞，人类原代细胞和类器官）的长期实时观察。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " “我们的主要乳腺癌小鼠模型使我们能够特异性地诱导和控制3D类器官中癌症的发生和发展，”德国海德堡欧洲分子生物学实验室（EMBL）小组负责人Martin Jechlinger博士说，他是第一位进行TruLive3D成像仪测试的研究人员。“过去，我们一直成功地使用了光片成像技术，新的Luxendo系统使我们能够在每个成像过程中将实验规模扩展到数百个类器官，这标志着我们的研究有了巨大的飞跃。” /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 关于Luxendo TruLive3D成像仪 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " Luxendo TruLive3D成像仪系统保持了InVi SPIM的易用性和稳定性，并进行了优化，可对活体标本进行快速3D多样品成像。光学概念具有双面照明和从下方进行的单镜头检测，可实现快速采集，高分辨率成像和最小的阴影效果，而宽视场成像选件有助于样品定位。大型样品室（长度为75毫米）可容纳多达100个样品进入样品室槽，是小胚胎（例如斑马鱼，果蝇和小鼠）或3D椭球体的多位置成像的理想选择。例如，延时胚胎成像实验可以从TruLive3D Imager的设计和性能中受益匪浅。 span style=" text-indent: 2em " & nbsp /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 为方便倒置光片显微镜（InVi SPIM和TruLive3D Imager）的样品安装，Luxendo的新TruLive3D Dish系列针对细胞，3D细胞培养系统，类动物和小动物的光片成像进行了优化。无菌双孔培养皿随时可以使用和定制，并且可以像标准培养皿一样培养样品或将其放入容器中。新的盘子也无缝地集成到TruLive3D Imager的大隔间中，该隔间最多可容纳三个盘子，以最大化产量。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 250px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201912/uepic/d6cdc6ff-6a30-435a-b04f-df30c7b6aa40.jpg" title=" Luxendo TruLive3D Imager.jpg" alt=" Luxendo TruLive3D Imager.jpg" width=" 400" height=" 250" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " Luxendo TruLive3D Imager /p

激光共聚焦荧光显微镜 活体荧光物质检查激光共聚焦显微镜，简称CLSM（Confocal Laser Scanning Microscopy），是一种利用激光共振效应进行成像的显微镜。它通过使用激光束扫描样品的不同层面，将所得到的图像合成成一幅清晰的三维图像。与传统显微镜相比，激光共聚焦显微镜具有更高的分辨率和更强的穿透能力，可以观察到更加细微的结构和更深层次的物质。在活体荧光物质的检查中，激光共聚焦显微镜发挥了重要的作用。通过标记活体细胞或组织的特定结构或分子，激光共聚焦显微镜可以实时观察到这些结构或分子的活动和分布情况。在生物医学领域，它可以用于观察细胞的生长、分裂和死亡过程，研究细胞信号传导和分子交互作用等。在药物研发中，它可以用于观察药物在活体细胞或组织中的分布情况，评估药物的疗效和毒性。此外，在神经科学领域，激光共聚焦显微镜可以用于观察神经元的活动和连接，揭示大脑的工作机制。NCF950激光共聚焦显微镜较宽场荧光显微镜的优点：&bull 能够通过荧光标本连续生产薄（0.5至1.5微米）的光学切片，厚度范围可达50微米或更大。（主要优点）&bull 控制景深的能力。&bull 能够从样品中分离和收集焦平面，从而消除荧光样品通常看到的焦外“雾霾”，非共焦荧光显微镜下无法检测到。（最重要的特点）&bull 从厚试样收集连续光学切片的能力。&bull 通过三维物体收集一系列图像，用于二维或三维重建。&bull 收集双重和三重标签，精确的共定位。&bull 用于对在不透明的图案化基底上生长的荧光标记细胞之间的相互作用进行成像。&bull 有能力补偿自发荧光。耐可视共聚焦成像效果图 尼康共聚焦成成像效果图NCF950激光共聚焦显微镜应用，共聚焦显微镜在以下研究领域中应用较为广泛：1、细胞生物学：细胞结构、细胞骨架、细胞膜结构、流动性、受体、细胞器结构和分布变化、细胞凋亡；2、生物化学：酶、核酸、FISH、受体分析3、药理学：药物对细胞的作用及其动力学；4、生理学：膜受体、离子通道、离子含量、分布、动态；5、遗传学和组胚学：细胞生长、分化、成熟变化、细胞的三维结构、染色体分析、基因表达、基因诊断；6、神经生物学：神经细胞结构、神经递质的成分、运输和传递；7、微生物学和寄生虫学：细菌、寄生虫形态结构；8、病理学及病理学临床应用：活检标本的快速诊断、肿瘤诊断、自身免疫性疾病的诊断；9、生物学、免疫学、环境医学和营养学。NCF950激光共聚焦显微镜配置NCF950激光共聚焦配置表激光器激光405 nm、488 nm、561 nm、640 nm探测器波长：400-750nm，探测器：3个独立的荧光检测通道；1个DIC透射光检测通道扫描头最大像素大小：4096 x 4096 扫描速度：2 fps（512 x 512像素，双向），18 fps（512 x 32像素，双向），图像旋转: 360°扫描模式X-T, Y-T, X-Y, X-Y-Z, X-Y-Z-T针孔无级变速六边形电动针孔；调节范围：0-1.5毫米共焦视场φ18mm内接正方形图像位深12bits配套显微镜NIB950全电动倒置显微镜光学系统NIS60无限远光学系统（F200)目镜(视野)10×(25)，EP17.5mm，视度可调-5～+5，接口Φ30观察镜筒铰链式三目观察镜筒，45度倾斜，瞳距47-78mm，目镜接口Φ30，固定视度；1）目/摄切换：（100/0,50/50,0/100)；2）目视/关闭目视/可调焦勃氏镜NIS60物镜10×复消色差物镜，NA=0.45 WD=4.0 盖玻片=0.1720×复消色差物镜，NA=0.75 WD=1.1 盖玻片=0.1760×半复消色差物镜，NA=1.40 WD=0.14 盖玻片=0.17 油镜100×复消色差物镜，NA=1.45 WD=0.13 盖玻片=0.17 油镜物镜转换器电动六孔转换器（扩展插槽），M25×0.75聚光镜6孔位电动控制：NA0.55，WD26；相衬(10/20,40,60选配）DIC（10X，20X/40X）选配.空孔照明系统透射柯拉照明，10W LED照明；落射照明：宽场光纤照明6孔位电动荧光转盘（B，G，U标配）；电动荧光光闸；中间倍率切换手动1X，1.5X、共焦切换机身端口分光比：左侧:目视=100：0；右侧:目视=100：0；平台电动控制：行程范围130 mm x100 mm （台面325 mm x 144 mm ）最大速度：25mm/s；分辨率：0.1μm - 重复精度：3μm。机械可调样品夹板调焦系统同轴粗微动升降机构，行程：焦点上7下2；粗调2mm/圈，微调0.002mm/圈；可手动和电动控制，电动控制时，最小步进0.01um；DIC插板10X，20X，40X插板；可放置于转换器插槽；选配控制摇杆，控制盒，USB连接线软件软件：NOMIS Advanced C图像显示/图像处理/分析2D/3D/4D图像分析，经时变化分析，三维图像获得及正交显示，图像拼接，多通道彩色共聚焦图像

一、概述搭配优异的复眼照明系统，EX21 在任何放大倍率下都可以得到光照均匀，清晰明 亮的图像 ；用户友好型设计，操作简单、便捷，即使是学生也可以轻松掌握。二、性能及例图1、出色的光学性能，带来优异的光学体验专业高眼点大视野平场目镜，有效校正视场边缘的畸变与色环。牢固的结构设计，能够有效 防止学生拆卸目镜，避免学生使用后出现镜片反装、破损及污点现象。2、复眼照明，点亮理想光路创新采用复眼照明系统，提高反差率，切实提升标本面的 照明均匀性，整个视场亮度均一，任何放大倍率下，即使在视野 边缘也可实现均匀明亮的背景亮度。光照柔和、不刺眼，不仅成 像效果更理想，还能降低疲劳感，提升观察体验。3、友好的用户体验，增加使用的舒适度为了带给你更好的操作体验，EX21 机身采用光滑曲线设计，消除了所有锋利的边缘；机身镂空， 增加提手位置，便于搬运 ；“ 钟”型外观设计，稳重大气，紧凑美观，充电适配器内置，节约 实验室空间。4、多种配件可选。满足多种观察需求明场观察 复眼照明系统配以专业平场消色差物镜， 成像明亮，可用于观察细胞结构、分析植 物切片。相衬观察 适用于观察具有高透明度的样品，如生物 标本中的细胞、细菌等微小、透明物体。简易偏光 能对动、植物细胞、体液结晶等具有双折 射特性的物质进行判定。暗场观察 无需更换专用的暗场聚光镜，只要将暗场 附件插入聚光镜，并切换光阑，即可实现 暗场照明。创新点：相较于上一代机器，本带机器从整体上提升了一个档次，整体采用无限远光路，可兼容更多的光学附件，观察方法更全面，同时，对镜头的色差等镜头进行了多次校正，提升了光学质量，提升了整体分辨率。同时采用一体化设计，方便外出用户使用，提升了便捷性，同时观察头可选配带有2000万像素摄像头，且可通过WIFI输出信号，是教学平台的首选仪器。 舜宇EX21生物显微镜

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

瑞士Viventis公司推出的高通量活细胞高分辨光片显微镜LS系列，是一款全新的光片成像平台，该设备适用于活性光敏感样品（如卵子、胚胎、类器官等）的长期成像，具有低光毒性、高分辨率等特点。高通量活细胞高分辨光片显微镜是近些年来研发的创新技术，它的照明光是与一张与成像面平行的薄薄的光片，只有焦平面的样品被照亮，而光片上下的样品不受影响。该成像系统在细胞与组织层面的实时成像对于深入理解生物学行为至关重要。尤其适合于对直径达300 μm的光敏样品（如卵母细胞，胚胎和类器官）进行长期实时高时空分辨率和低光毒性的观察与成像。Viventis提供细胞发育过程的环境并进行实时成像Viventis的主要特点——双侧照明光片显微镜双侧照明均可以通过软件进项控制，仅需要点击鼠标就可以控制光束的平移和旋转。光片厚度仅为1.5~6 μm，且厚度可调、位置可自动校准，以适应更多的样本尺寸。配合上高NA物镜，可以实现更好的穿深，更少的伪影。另外，系统配置可见激发激光器，让用户通过检测物镜，对自定义样品中感兴趣的区域进行快速定位成像操作。高通量，多样品同时成像Viventis光片显微镜可以快速对多个样品进行同时成像而无需更换样品，支持绝大多数胚胎样品并可并排摆放，方便添加培养基、加药等操作。Viventis的样本槽大于50 mm，对于并排的样本系统也可以连续采集成像。对于细胞球、类器官等本身较易漂浮的样本，Viventis也提供了较好的解决方案，采用人工基底膜/水凝胶嵌入式等方案，实现上述样本的稳定成像。软件界面简洁 易于上手Viventis系统对于光片成像的初学者来说操作简单，多种模式一键切换，软件界面简洁，可以帮助您快速的建立自己的光片成像之旅，打开lightsheet大门，助力科研之路。典型文章：[1] Science. Mechanism of spindle pole organization and instability in human oocytes.2022[2] Nature. Left–right symmetry of zebrafish embryos requires somite surface tension.2022[3] Nature cell biology. Cell fate coordinates mechano-osmotic forces in intestinal crypt formation. 2021[4] Cell Stem Cell. Capturing Cardiogenesis in Gastruloids. 2021[5] Science. Hydraulic fracturing and active coarsening position the lumen of the mouse blastocyst. 2019[6] Nature. Self-organization and symmetry breaking in intestinal organoid development. 2019典型国外用户：国内用户：相关产品1、高通量活细胞高分辨光片显微镜

p 　　对于刚刚过去的2017年，先进显微技术领域实现了诸多发展，这些技术包括共聚焦、多光子、光片荧光和其他超分辨率技术等。该领域市场营业额的持续增长得益于创新技术的不断推出以及相关企业新伙伴关系的建立。根据SDI近期报告内容，列举部分近来先进显微领域相关主流企业的技术进展及业务开展情况。 /p p style=" text-align: center" img style=" width: 456px height: 300px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/39d5f273-556a-4f5e-8943-7ee8ba79f3b9.jpg" title=" 1.jpg" height=" 300" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 456" / /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 创新技术篇 /strong /span /p p 　　 strong 布鲁克公司(Bruker)收购Luxendo公司扩大对光学显微镜的投资 /strong ——2017年5月份，布鲁克公司收购了从欧洲分子生物学实验室(EMBL)中拆分出来的Luxendo公司，该公司开发出了一种基于片光源荧光的低光敏活性系统——单平面照度显微镜(SPIM)。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/6c2ce3c4-e09d-4be8-af10-7060acfa67ed.jpg" title=" 0.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 低光敏活性技术 /strong /p p 　　SPIM技术配备了两个sCMOS相机，均基于反向光学设置，能够在多达八种不同的波长下定制激光照明。与普通激光扫描共焦显微镜相比，该方法的优点在于大大减少了采样时间和光敏活性，从而减少对活体标本的破坏性的副作用。SPIM显微镜将扩大布鲁克公司现有的扫频共焦显微镜、超分辨率显微镜和多光子荧光显微镜等产品的投资，表明布鲁克将对显微镜产品进行更新换代，对面向活细胞成像和超分辨率显微镜等应用的新型光学技术领域拓展。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/7b3d8b1a-0cf4-4563-904d-373d44f751d4.jpg" title=" 2.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　 strong 　Cytation& #8482 1细胞成像多功能检测系统 /strong /p p 　　 strong 美国伯腾仪器(BioTek Instruments)推出细胞成像多功能检测系统 /strong ——Cytation& #8482 1细胞成像多功能检测系统结合了荧光和高对比度的明场成像，与常规数字显微成像设备相比无需复杂操作，易于维护，是大多数科研实验室预算范围内可以配备的成像检测系统。这种专利技术的设计，可为细胞学研究分析同时提供给大量的细胞表型分析数据以及基于孔板的定量数据。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/2526a30c-da74-476d-b57c-9fcbc6f59c9e.jpg" title=" 3.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　 strong 　微球透镜超分辨成像系统 /strong /p p 　　 strong Nanopsis公司推出了超分辨率微球放大镜(SMAL)光学纳米镜 /strong ——SMAL可以作为超分辨率显微镜的低成本替代品，SMAL可将白光光学显微镜的覆盖范围扩大到光的衍射极限(200nm)，并达到超分辨率。其微球面透镜专利使白光毫微秒示波器能够解决50nm尺寸的横向特征。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/e6bc2d12-9442-44de-935b-0f0963b5a045.jpg" title=" 4.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 生物显微镜物镜CFI90 20XC Glyc /strong /p p 　　 strong 尼康推出生物显微镜物镜CFI90 20XC Glyc /strong ——CFI90 20XC Glyc可支持全脑成像的观察长度：从90mm(大视场)到8.2mm(超长工作距离)。不仅在高分辨率下提供了深度成像功能，而且其大视野也提高了大型组织样品的成像质量。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/noimg/faeb6d1d-bc3a-4573-bc1e-61ea5e3d1f40.jpg" title=" 5.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 牛津仪器推出高速共聚焦成像平台Dragonfly /strong /p p 　　 strong 牛津仪器推出高速共聚焦成像平台Dragonfly /strong ——Dragonfly采集速度比普通点扫描共聚焦技术快20倍，并且可以在双波长下操作。 (据SDI报告中的数据，37%的研究人员在科研过程中使用2个激光/波长。) /p p style=" text-align: center" img style=" width: 582px height: 300px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201802/insimg/30b40c50-e465-4b5a-8eea-c344238c265b.jpg" title=" 6.jpg" height=" 300" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 582" / /p p style=" text-align: center " 　　 strong 徕卡LeicaDM6 M LIBS /strong /p p 　　 strong 徕卡推出的DM6 LIBS显微镜 /strong ——该产品将目视检验和定性化学检验组合在一个工作步骤中，与使用传统 SEM/EDS 检验相比，测定微观结构成分的时间可节省 90%。集成激光光谱功能可在一秒钟内针对显微镜中看到的材料结构提供准确的化学元素图谱。无需进行样品制备和转移。 /p p 　　 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " strong 企业合作篇 /strong /span /p p 　　为保证其显微镜业务竞争优势，赛默飞采取了不同的策略。由于2016年收购了FEI，该公司显微镜业务得到迅速发展。分析仪器的收入在2017年第二季度增长46.8%，在第三季度增长32.5%。因此，除了在生命科学仪器领域继续保持强大影响力之外，赛默飞已俨然成为世界十大分析仪器公司之一。另外，去年年底，赛默飞宣布收购台式电镜公司Phenom-World。2017年的最后几个月，形成了战略合作伙伴关系，以推进多项相关研发技术。 /p p 　　DataDirect Networks宣布与Gatan合作，实现双方在数据存储平台和高性能相机方面的强强专业技术结合。 /p p 　　作为世界上最大的显微镜供应商之一，徕卡与加拿大的CHU Sainte-Justine研究中心已合作，并在蒙特利尔建立显微镜工厂。 /p p 　　此外，徕卡、赛默飞和蔡司三家公司将共同为欧洲分子生物学实验室(EMBL)提供相当于1000万欧元的资金，该实验室成像技术中心计划于2021年开放。该中心将致力于先进显微镜，包括相关的光学和电子显微镜，并同时向EMBL和访问科学家开放。 /p p 　　除了EMBL技术中心之外，蔡司还在10月份与Xnovo签署了独家战略合作协议。合作旨在建立并扩展一个从多晶样品中无损获取3D晶体信息的模块系统。 /p p 　　随着先进显微市场的不断发展，科研工作者在品牌和技术方面将拥有比以往更多的选择。然而，一些实力企业仍占据整体市场大部分份额。据SDI报告显示，徕卡和蔡司是先进显微镜领域的主要市场占有者，两者全球整体市场份额超过50%。 /p p 　　正如报告所描述的，显微镜市场仍然是一个技术不断发展的领域。对于显微镜生产商，无论是市场领导者，还是希望拓展更大的市场领域，只要找到市场的增长点所在，发掘如何通过新产品、新技术满足科研工作者未满足的需求，终将有所收获。 /p

光学显微镜是科学研究之基石，广泛用于生命科学和医学领域。同时，高端科学仪器的国产化也已成为国家战略的重中之重。明准医疗推出完全自主创新的新一代光片显微镜——Pano One系统。Pano One系统Pano One系统实现部件100%国产化，成像设备具备倒置成像、全自动折射率匹配系统，支持跨尺度高分辨率成像，以等向性分辨率、低光损伤、高成像对比度等特点，为生物学研究提供新观察窗口。应用场景技术发展光片显微镜（Light Sheet Microscopy），又称SPIM[1]，通过“光刀”照亮样本平面，垂直成像，移动样本或光片进行不同层面成像，是目前唯一集低光损伤、高对比度、大视野、深度采样、快速三维成像于一体的高端显微成像仪器。光片技术优秀的光学断层能力光片技术不断迭代，性能大幅提升第1代技术使用单角度高斯光束，仅在束腰附近区域实现良好光学断层效果。高分辨率需更薄的光片和更高数值孔径（NA）的检测物镜，导致视场（FOV）严重受限。之后的所有技术迭代都是为了在更大的视野范围内获得更长且更薄的光片。第2代技术采用多角度高斯光束，可获得更均匀的照明，但是依赖后期解卷积等图像处理算法，易产生重建伪影。第3代技术如贝塞尔光片、晶格光片等特殊光片，因光学旁瓣效应随着光片长度增加而加剧，因此实际成像性能提升低于理论预期。第3.5代技术在2015年被提出，通过利用轴向扫描（ASLM）技术，在不牺牲成像速度的前提下，实现了大视场下亚微米级等向性的三维分辨率，通过纯光学手段达到业界领先的分辨能力。产品优势空间等向性高分辨成像传统光片和轴向扫描光片技术对比[6]基因表达、蛋白间相互作用、空间分布及功能等研究对光学分辨率的要求极高，传统光片技术大都忽视了三维分辨率等向性的问题，糟糕的轴向分辨率严重影响了人们对空间结构的分析和定量。Pano One系统继承了轴向扫描光片技术的优点，轴向分辨率比传统光片技术提高了6倍，是目前衍射极限光片显微镜中报告的最高轴向分辨率。其出色的光学断层和高质量的原始数据，不需要解卷积等复杂计算，便可对突触棘、神经元等复杂结构进行清楚地解析，甚至可以用未处理的数据以3D形式追踪神经环路，同时也极大促进了稀疏标志物的精确定量和共定位研究。折射率匹配，泛介质生物大、厚样本成像现有的多种透明化技术旨在解决光在组织中传播受限的问题，其机制各有优缺点，并且都需要独特的浸入式介质，其折射率范围通常在1.33到1.56之间。样本、介质以及光学系统三者的折射率差异会导致分辨率的降低和像差伪影的产生。折射率不匹配（左）和匹配后（右）成像效果对比Pano One系统针对生物大样本的多样性，制定了折射率的全覆盖（RI=1.33-1.58）设计，优秀的光学设计，最大程度的降低了样本折射率不匹配带来的像差问题，兼容各种透明化方法：1、疏水性溶剂方案 (BABB, PEGASOS, iDISCO等) 2、亲水性溶液方案 (Scale, Ce3D, CUBIC等) 3、水凝胶方案 (CLARITY, SHIELD, PACT等)。倒置成像，多种样本加载方式Pano One系统运用了先进的开顶式（open-top）倒置成像设计，相较于传统光片的复杂安装方式，为用户操作提供了更大的空间。多种样本加载固定方式可以满足不同形状、尺寸和硬度的稳定成像需求。高速采集，低光毒性成像斑马鱼胚胎发育大尺度成像Pano One系统为满足胚胎学、发育生物学以及植物学等研究方向长时间的活体观测需求，在不牺牲分辨率的前提下，大幅提高了成像速度，最低程度的降低光毒性对样本的损伤。关于明准深圳明准医疗科技有限公司（Shenzhen Intoto-biotech Technology Co., Ltd.）是一家专注于高端显微成像仪器研发和科研服务的高科技企业。公司亮点国产智造，性能领先国内光片显微镜厂商的光学核心元件多源自国际巨头，受限于专利壁垒和商务条款，成本与供应周期受限。明准医疗的Pano One系统，实现部件100%国产化，推动全国产化进程，硬件实力已超全球领先水平，在供应链稳固和成本优化基础上，其依托本地化优势，构建标准化产品体系和全方位服务体系，推动光片显微镜技术普及与产业化，引领行业新发展。核心专利，自主产权拥有自主知识产权的核心专利体系，涵盖光片底层技术、工程化实现和应用开发。多元应用明准医疗在科学仪器市场将推出国际领先的等向性、超高分辨率产品；在临床病理市场，通过核心技术大幅提升病理诊断的精准性和效率；在药物筛选市场，将推出全球领先的定制化孔板成像仪器，在药筛中实现类器官等样本高内涵高通量三维长时间观测。助力以旧换新，推进技术升级明准医疗响应国务院《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》。其致力于光片荧光显微镜三维成像技术的研发和应用，期望为中国科学仪器行业带来高性能光学成像产品，推动科技攻关和三维成像技术迭代升级。

光学显微镜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，为了满足蓬勃发展的生命科学领域不断产生的新的需求，光学显微镜在成像速度、成像深度、克服光毒性等许多方面也不断发展出新的技术。仪器信息网特别关注高端光学显微镜的技术发展和在生命科学领域的应用进展，并广泛向国内外高端光学显微镜企业约稿（投稿邮箱：lizk@instrument.com.cn），帮助广大用户了解相关技术与应用进展。本篇为牛津仪器ANDOR供稿，这家从实验室成功转化的企业已取得系列亮眼成绩，如2000年推出EMCCD相机，在生命科学等领域被广泛应用；2009年，联合推出sCMOS相机，被广泛应用于生命科学、材料科学、物理科学、工业等领域；2015年，ANDOR推出高速共聚焦显微成像系统Dragonfly，并在市场上取得巨大的成功；近日，ANDOR又推出了BC43台式共聚焦显微镜新产品，操作简便可帮助用户提高工作效率。跟随本文，全面了解这家成立32年的公司，其“一步一个脚印”的发展历程、他们对当前光学显微镜技术和应用现状的解读以及技术未来发展趋势的展望。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。1989年的一个下午，爱尔兰岛东北部的贝尔法斯特女王大学物理系的Donal Denvir发现当时任何一款相机都无法满足实验检测的需求，他下定决心开始研制一台全真空密封的相机来支持自己的研究应用。新研制的相机经过Andor创始团队不断精心改进，成功应用于各种成像与光谱研究。Andor对显微镜技术的重大贡献是2002年推出了第一台EMCCD（电子倍增电荷耦合器件）相机iXon，这种超灵敏的相机带来了新的契机，能够检测在显微镜下观察的样品中的单分子荧光信号。2005年，ANDOR推出的Revolution活细胞成像系统，iXon与转盘技术的强大组合，大大改善了转盘共聚焦在高对比度活细胞显微成像中的效用，以及对活体样品进行三维成像的能力，赢得了行业用户的广泛关注。2012年，ANDOR将EMCCD现有帧率提升3倍，显著提高了产品性能，并帮助研究人员更多地了解生物样本的快速动态事件。2009年，ANDOR推出sCMOS相机Neo， 此后sCMOS成为使用最广泛的科学相机技术，并且广泛应用于显微镜领域。sCMOS提供了比之前更高的分辨率和更快的帧速率，因此促进了对细胞，特别是细胞内动态和细节的更深入了解。 这种sCMOS技术与EMCCD技术相辅相成，同一台显微镜下可以兼顾灵敏度或者分辨率和速度。同年，ANDOR在显微系列产品组合中增加了两个光刺激模块Mosaic和MicroPoint。Mosaic基于DMD方法，可以在亚细胞或更高分辨率下实现多个照明区域的精确定义。这个工具被用来对显微镜下观察的样品进行光活化、转换或漂白。 这些方法是进行亚细胞实验和了解蛋白质、亚细胞分隔和细胞器的时空行为的有力方法，或者在更大的范围内跟踪大群体中的单个细胞。 该技术发明之前，显微镜只是一种被动观察的工具，但现在可以在显微镜下主动研究细胞和系统生物学。 最近有研究显示，Mosaic与光遗传学相结合，可以成为一种特别有用的工具，这种方法可以促进信号和其他通路的特定光控制。 MicroPoint具有类似的优势，但可用于：(a) 炎症、伤口和愈合与发育的消融研究；(b) DNA损伤，创造DNA断裂的模型，这是细胞可能成为癌症的早期触发因素。这个模型被用来理解DNA修复如何在治疗中发挥作用。2010年，ANDOR收购了Bitplane，将高端三维图像可视化和分析软件Imaris纳入显微产品组合。 Imaris提供广泛的工具来分析一些研究领域的三维图像数据，包括细胞和发育生物学、神经科学、癌症研究和组织分析。2016年，ANDOR推出 Dragonfly，这是为研究人员提供的完整的显微成像解决方案。荣获行业大奖的Dragonfly 500通过转盘设计的改进（详见下文），并结合（a）TIRF（全内反射荧光显微镜），这是一种专门用于细胞膜成像的强大技术（如受体周转和囊泡对接）；（b）基于激光的宽视场显微镜，用于微弱光的荧光成像；（c）用于超分辨率成像的光学器件（包含3D成像）。 Dragonfly使研究人员有能力在一台显微镜上对细胞进行比以往更详细的研究。Dragonfly在以下几个方面对现有的转盘技术进行了重大改进：（1）引入Borealis专利照明技术，在基于微透镜的转盘共聚焦显微镜中提供交叉视野照明。这使研究人员在更准确的图像分析、更高质量的大面积和样品拼接的蒙太奇成像中受益。（2）更好的信噪比，实现更高的对比度成像：使用价格较低的低功率激光器，或为dSTORM和DNA-PAINT超分辨率成像或基于图像的单细胞原位转录组学等技术提供更多功率。（3）更稳定的照明源，维护费用低。• 实时样品体积渲染，用户能够快速了解他们的实验进展，并对修改方案做出早期决定和结论。• 更低的仪器本底噪音使研究者能检测到更弱的荧光信号，观察到更细致的生物学现象。• 独特的转盘设计，在保持高速采集速度的同时，可以对样品进行更深入的成像（从数百微米到毫米尺度）。这也意味着转盘技术可以对大型固定样品进行成像，因此为组织成像以及斑马鱼和果蝇等大型模式生物的成像提供了一个高产的解决方案。2017年，ANDOR推出了SRRF-Stream+ ，这是一种超分辨率技术，可以轻松地添加到现有的相机中，或与Dragonfly等显微成像解决方案一起使用。这项技术打破了光学显微镜系统的自然分辨率限制，从200纳米下降到50纳米。现在，研究人员可以观察到他们以前看不到的结构，可以从图像中了解更多信息。 此外，SRRF-Stream+ 无需专门的光学设备或方法来执行，并且可以与几种不同的成像技术一起使用，因此，它可以为更多研究团体所用。2021年，岁末当下，ANDOR推出了BC43台式共聚焦显微镜。一个完整的转盘共聚焦解决方案被整合在如此一个不透光的小设备里。BC43操作非常直观和简单，即便是显微镜新手也能轻松掌握。BC43可以放在普通的实验台上，成为高效实验室工作流程的一部分。简单的操作流程和较少的维护需求使这款设备能够给用户带来非常高的工作效率。此外，BC43内含Dragonfly中的Borealis照明和一些新技术包括内置的一个新激光引擎以实现更小的占地面积。仪器信息网：当前贵公司主推的产品和技术有哪些。贵公司在高端光学显微镜方面有哪些独具优势的技术？我们公司目前推广和之前描述的显微成像产品是• 用于显微镜的灵敏科学相机EMCCD 和 sCMOS• Dragonfly系统• BC43台式转盘共聚焦显微镜• 激光耦合器• 用于显微镜的光刺激设备Mosaic和MicroPoint• 显微镜用的光谱仪和显微制冷机• 三维可视化分析软件Imaris• 超分辨技术SRRF-Stream+ （技术优势参考上述内容）仪器信息网：贵公司高端光学显微镜在生命科学研究中有哪些应用？目前Andor的转盘共聚焦显微镜灵敏度高、成像速度快、分辨率好，可进行3D+动态立体信息探索，在细胞生物学、发育生物学、肿瘤生物学、疾病与免疫学、微生物学、神经生物学、生物物理学等不同领域均表现卓越。细胞生物学家们借助Dragonfly探究细胞内精细的亚细胞结构如线粒体成像、细胞膜动态、细胞周期与分裂、微管动力学、胞内运输、囊泡运动。同时，作为研究发育和厚组织的利器，Dragonfly可以观测受精卵及早期胚胎发育、肢体形成、模式生物如（果蝇、线虫、斑马鱼）的完整生物体成像、类器官发育分化、血管及血流变化；在神经生物学和植物学等方向，借助高速特点可以进行单分子和钙成像，对于透明脑、体外培养的活组织及切片，三维成像和活体培养极为关键；肿瘤或疾病免疫方向的固定的大组织切片、石蜡切片、透明化组织、病原宿主的互作、受体循环与定位等；以及蛋白互作、单分子运动、内吞外排、膨胀显微镜、空间转录组多维成像等。仪器信息网：从整个行业的角度，对于目前的高端光学显微技术，您比较看好哪些？还有哪些问题亟待解决？未来光学显微镜的技术发展趋势如何？我们相信，任何有利于更快、更深、高对比度成像的技术都是可以看到需求继续增长的关键领域。 因此，共聚焦和光片显微镜将继续成为受欢迎的显微技术基石。我们将看到越来越多的研究会引入光操纵，从而更好地了解细胞内信号通路，以及细胞群体间（如神经细胞）如何相互沟通。Andor有几十年丰富的基础生物学研究，现在正是将这些知识转化为未来临床和社会经济相关问题解决方案的基础，包括植物生物学和动物生物学。这需要进行重大调整，将细胞层面的基础研究纳入多细胞、器官和整个生物体的范畴。未来显微镜在光学能力和提高生产力方面都需要扩大规模。为了支持对样品进行更深入的成像，特别是自从透明化组织的技术出现后，存在着补偿由于折射率不匹配而产生的光学畸变的挑战，以及其他来自样品的光学限制。这方面的潜在解决方案之一是使用自适应光学技术。目前有一些想法已经发表，但还有很多东西需要开发，并使之成为一个光学上高效和紧凑的解决方案，以获得良好的商业解决方案。此外，显微镜需要从 "专家 "技术转变为科学界更广泛、普适的技术。它可以为特定主题（如癌症）完整研究的一部分提供强大的支持。我们看到，对于越来越多的研究人员而言显微镜的使用是其工作流程和发表论文的关键环节。基于对此理解，我们历时达五年之久设计了一键成像的台式共聚焦BC43，将3D+成像融入到普通实验室的日常工作，减除了复杂操作和仪器放置的种种烦扰和顾虑。我们认为应该对图像采集和分析协同结合有所期待，分析可以用来帮助复杂的显微实验的自动化，使显微镜操作步骤实时适应正在研究的样品中发生的情况。通过Dragonfly及BC43结合Fusion和Imaris可以实现从样品图像采集到分析的无缝衔接，这种捕捉-分析相结合的工作流程将促进易用性，使更多的研究人员能够运用高级的显微成像方法。未来如果对一些典型的生物医药应用案例的参数进行提取优化，结合人机交互和机器学习的先进算法，帮助研究者进行实时获取批量数据特征，在观测过程中及时优化调整。疫情以来，越来越多的研究工作者采用线上办公形式，此外，设备过度占用日常科研本就繁忙用户或管理员的时间，亟需各种长时程高频使用的设备包括显微成像及分析趋向于在线自动化远程监测、控制。智能化的人机交互及不同端口多界面控制、物联网设备的稳定运转及报告反馈的联网尤为重要。利用AR、VR及远程全息投影等方式，也可针对设备使用、培训、考核进行更多方案的优化。Dragonfly作为某些平台中心和课题组的成像利器，常年全日无休稳定运转，也给了我们信心未来可以在无人值守及远程控制上进一步探索。如今，随着采集大量图像数据能力的提高，所有研究机构和公司，都面临的一个至关重要的问题：采集的数据在进行转移、存储和分析方面均存在瓶颈，耗费过多的金钱、时间、人力成本。此外，确保分析软件包能加载导入数据并进行有效地分析是一个需要持续关注的问题，需要开发团队对大数据有深层的理解并不懈改善算法和架构。对于大数据分析而言，存储和算力的高要求，不断优化系统配置可能难以覆盖爆炸式的增长，业内伙伴和用户的共同努力，有望能建立云端强大的数据转移、存储、分析体系，以分配更适合终端需求的相应资源，安全、高效、灵活的解决不同需求。在此过程中，如何更好的促进共享、保护隐私值得关注和讨论。仪器信息网：从整个行业的角度，您如何评价目前高端光学显微镜的应用情况？应用过程中还有哪些亟待解决的问题？未来光学显微镜应用将会如何发展？基于对学术设计及对概念验证的大力投入，高端光学显微技术目前发展迅速，挑战在于如何将其精炼成易于商业化的、强大易用的解决方案，从而有助于探索一系列的科学问题和不同应用。这些解决方案的范围包括现有技术的持续进步，如用于体外实验用到的共聚焦和光片，也有越来越多的人需要使用当下这些技术和其他尚未建立的光学技术，以进一步提升对体内或在体实验模型的成像，后者是药物发现和其他疾病治疗转化医学领域的重要环节，需要实验设计和成像设备选型上在NIRⅠ、Ⅱ区的标记、照明、检测上有更多适配。应用方面，先进的科学研究机构、CRO公司和医学院基于平台和服务商的稳定支持，能够基于现有技术对系统进行改造，可以支撑更复杂的需求，如微流控装置或一些电磁场刺激及重力场变化。未来我们相信，更多涉及人类幸福健康的行业团队包括生命科学、医学、化学、材料学、半导体、农业、太空科学将利用光镜发现、验证自己的理论，并结合先进的技术如精细力学控制、3D打印等对目标物进行观测、改造。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？国产光学显微镜在中低端显微镜市场占领份额较多，如江西凤凰、麦克奥迪、永新光学等品牌，或作为高端品牌的元器件代工厂，厚积薄发，未来一定为国内光镜行业的发展奠定基础。目前主流的高端光镜主要依赖进口，欧美日品牌进入市场较早，占市场主导，国内高端显微镜目前在蓬勃发展，很多高等研究机构如清北、中科院生物物理所、苏州医工所、西安交大等和初创企业（多集中在粤港澳和江浙地区）都在进行研究及转化的突破创新，组建的成像系统多处于实验室技术打磨阶段或迈入市场不久，fMOST、LBS、 HiS-SIM已经开始被市场逐步接受，但其零部件还是进口为主，国产替代之路尚需长期努力和紧密合作。Andor也期望和国内外业内伙伴有更多合作，不论是元器件模块、显微成像系统、数据分析软件都可以多方协作，作为整体解决方案应对市场需求。对于商业化的显微镜而言，稳定、易用的高性能体验及使用场景的匹配是整个行业要不断精益求精的重要方向，自然会有市场越来越多的认可。仪器信息网：您认为，未来几年高端光学显微镜的热点市场需求有哪些？在未来几年，我们认为对高端光学显微镜的最热需求将集中在多维活细胞高速动态成像、超分辨成像、类器官研究、大型组织成像（透明化组织、活体组织体外培养）、单细胞原位空间转录组学领域、动物活体深层成像。基于应用的定制化显微成像系统开发将为学术研究、产业、商业提供绝佳的资源并富有成效进行循环利用。这些需求基于多维时空动态成像，联合先进的流式分析分选、高内涵、质谱成像和单细胞及转录组测序技术对物质代谢、基因和蛋白等的时空表达变化图谱进行同步解析，能够给研究工作带来前所未有的海量信息，透过更多跨领域合作和大数据共享分析，打破认知边界和信息壁垒，服务生命健康。不论是高端光学显微成像或其他高精度检测设备都需要合适的高速高灵敏度的CCD/sCMOS检测器，牛津仪器Andor作为科学相机厂家，已经在生命科学、物理科学的深耕多年，未来一定能够帮助更多的客户及合作伙伴们在光学显微及其他先进成像应用提供高质量的产品和全方位的服务。

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

显微镜是生物实验室中必备的设备，但显微镜的类型和配置众多，需求和配置如何相互对应？又该如何去选择适合自己实验室的显微镜？让我们跟随深蓝云一起，看看显微拍摄的设备需求吧。问题1:我经常需要观察细胞，应该用什么样的显微镜？回答：细胞种类众多，但是大多数活细胞观察时都是未染色细胞。未染色的细胞为透明状态，普通明场显微镜观察不到，这种情况下，需要使用相差的观察方式。相差模式将光波通过细胞折射率和厚度不同的各部细微结构产生的相位变化变为振幅差来观察活细胞和未染色的标本。问题2：我们课题组即需要对病理切片进行观察，也需要对培养的细胞进行观察，这两种方式需要什么样的设备？回答：切片类型的样本建议采用正置观察方式，即物镜位于载物台上部，而细胞一般放置于培养瓶、培养皿中，所需要的空间更大，更适合使用倒置观察方式。因此对常规显微镜就需要一台正置显微镜、一台倒置显微镜。不过ECHO正倒置一体显微镜，既可以正置也可以倒置，一台就可以满足两种需求啦。问题3：既需要明场拍摄也需要荧光拍摄需要怎么选？回答：▲荧光产生原理图▲ 荧光光路示意图单色相机拥有更高的灵敏度以及光通量，而彩色相机拥有更好的对比度和色彩还原能力。荧光观察时需要用特定波长的激发光激发材料产生荧光，并通过滤色片最终得到特定波长的荧光，而这种荧光一般较弱，观察时需要高灵敏度的相机，因此配置采用单色相机。单色相机无法识别真实颜色，不适合进行明场拍摄，因为明场拍摄需要更好的对比度，彩色相机才可以满足此需求。如果想获得最好的荧光与明场观察效果，最佳的选择是搭配双相机系统。这里说一下哦，ECHO正倒置一体显微镜突破了常规显微镜的设计，同时配置了双相机系统，自动切换，保证无论明场还是荧光都可以获得最佳的观察效果，同时满足您的多种需求。问题4：市面上荧光显微镜的光源多种多样，我该选择哪种？回答：大多数荧光显微镜的光源波长需求都在可见光范围内，在这个范围内，LED光源要明显优于其他光源，其在不同波长范围可以做到光强一致，且寿命更长，无需预热和冷却，作为冷光源，其可以做到随开随用，且光毒性低，适合大多数实验室配置。问题5：可供选择的荧光通道那么多，我该如何选择荧光通道？回答：对于荧光通道的选择，需要根据用户想要观察的荧光波长来进行确定，如用户后续需要DAPI染色，需要进行GFP蛋白的观察，这些观察都有其对应的荧光波长范围，符合该波长范围的荧光通道就可以选择，如DAPI通道，FITC通道。问题6：物镜该如何选择？荧光观察配置什么物镜？回答：▲ 物镜物镜的分类方式很多，这里先说一个根据色差校正进行的分类，色差校正能力由高到低分别是复消色差显微镜，半复消色差显微镜（萤石物镜），消色差物镜，消色差能力越强，带来的最直观提升是NA值越高，因此分辨率更好。半复消色差物镜的校正范围为400-500，是常见荧光发射光的波段，适合进行荧光观察，因此对于荧光显微镜，一般配置半复消色差物镜。以上是一些关于如何选择和配置显微镜的常见问题，后续我们还会更新一些更加深入的信息。部分图源：来自网络，侵删。

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

James DeRose 博士 Georg Schlaffer徕卡显微系统数码显微系统是显微镜学的流行语之一，此外，还有一些非常有用的常识。徕卡显微系统的产品经理 Georg Schlaffer 常常会被客户和同仁问及有关数码显微系统方面的问题。为了答疑解惑，他与科学作家 Jim DeRose 共同合作，对最重要的几个问题进行了全方位解答。到底什么是数码显微系统？数码显微镜属于带数码相机的光学显微镜，无需配备目镜。电子监控器显示屏会直接显示观察和分析的样品图像。数码显微镜还可以是常规体视或复式显微镜，它们同时配备目镜和相机，能够保存显微镜状态和相机设定值的反馈信息。在本文的接下来部分中，我们提到的“数码显微镜”是指不带目镜的显微镜，例如，Leica DVM6、Leica DMS1000，和 Leica DMS300，而不是配备相机的体视或复式显微镜。左：Leica DVM6 数码显微镜右：镀金焊盘，汽车用电子设备，总放大倍率：120:1。图像由 Leica DVM6 获取。哪些应用领域可以使用数码显微镜？在研发、生产和检测、质量控制和保证，以及失效分析过程中，数码显微镜是分析部件和样品并生成检测报告的理想仪器。左：镀金焊盘，汽车用电子设备，总放大倍率：360:1。图像由 Leica DVM6 获取。右：通过 Leica DVM6 倾斜显示屏予以显示。数码显微镜的优势何在？数码显微镜最显著的优势在于仪器的人机工程学设计。由于监控器会直接显示样品图像，用户可以在保持舒适、放松的直立坐姿的同时，还能即时观察样品，并利用软件分析样品图像，保证用户能以舒适的姿态高效地完成工作。在需要处理高通量样品，或每天需要在显微镜上花费较长时间的情况下，数码显微镜的人机工程学设计就显得意义非凡了。此外，很多数码显微镜还提供允许存储多个用户配置文件的软件。在多人共用一台显微镜时，这项功能非常有用，凭借这项功能，每个用户只需选择自己的显微镜配置文件，几乎无需调节显微镜工作台，即可轻松开始工作。左：纸上印刷图案，总放大倍率：750:1，环形光照明。图像由 Leica DVM6 获取。右：纸上印刷图案，总放大倍率：750:1，起偏镜开启时的同轴照明。图像由 Leica DVM6 获取。数码显微镜有哪些限制条件？相比体视或复式显微镜，数码显微镜存在一个明显的限制条件，即需要电源连接，因为数码显微镜未配备目镜，而样品图像却始终需要显示在监控器上。因此，至少需要一根电源线。通常情况下，数码显微镜还需要连接 PC，或至少需要连接显微镜的显示屏。通过传统的显微镜，用户仍可以选择使用目镜获取样品图像。左：Leica DMS1000 数码显微镜右：金属部件上的一个孔；自动更新每项变焦设置比例，实现快速测量。图像由 Leica DMS1000 获取。通过数码显微镜和目镜分别观察到的样品图像相比，结果如何？原则上，图像是相同的。视场角可能存在差别，这主要取决于我们正在讨论的数码相机和目镜的类型。但是，还有一个重要差别：采用体视显微镜的双筒目镜观察样品，将为您带来数码显微镜的二维图像无法达到的深度。左：表壳，通过环形光照明 (Leica LED3000 RL) 和入射光座捕捉。图像由 Leica DMS1000 获取。右：Leica DMS1000 B 图像：利用透射光座捕捉的秀丽隐杆线虫图像；因不断编码变焦，从而保证快速、简单地测量，即使在不配备电脑的单机模式下亦可实现。数码显微镜操作上比带目镜的显微镜要简单吗？尤其对于无经验的用户而言，利用数码显微镜，他们也能够更简单、更快速地获取样品图像。造成上述差别的主要原因是，熟悉设置和调整传统型显微镜，并透过目镜观察样品，这些操作需要花费较长时间。左：果蝇属筛查。图像由 Leica DMS1000 B 获取。右：利用固定在摇臂机架上的 Leica DMS300 观察印刷电路板样品“编码”的含义是什么？当显微镜硬件可直接与计算机软件进行通信，且能够利用图像数据完成对特定参数值的追踪和保存时，表示显微镜已完成“编码”。这些特定参数将得以被设定，并因此被称之为已编码参数值。正常情况下，触摸相关按钮，即可调用这些已编码参数，令重复工作和报告变得更轻松。必须成为显微系统的专家，才能操作数码显微镜吗？当然不需要。无论是显微系统的新手还是专家，都可以轻松使用数码显微镜。徕卡显微系统提供的数码显微镜，其设计宗旨就是简单易用、开箱即用，最大程度地减少培训时间。它们配备已编码的功能，能够轻松生成分析报告，令重复工作更加高效。数码显微镜需要配备哪些部件？所需配件依据应用领域而定。例如，可以根据所需的放大倍率范围，选择物镜透镜。您还可以在一系列主机和照明系统中进行选择。以下这些问题会帮助您决定需要哪些部件或功能： 是否需要快速获取高质量数字图像？如果需要，您可以选择高分辨率数码相机。 是否需要高通量样品的快速、实时图像显示？如果需要，您可以将相机速度设置为每秒 30 帧或更快。 是否需要从不同角度观察样品？如果需要，倾斜显微镜镜头或转动样品载物台，实现工作过程或物体的动态观测。 是否需要定性或定量分析样品？如果需要，必须认真选择软件功能。 是否需要平衡图像，同时清晰展示明亮和暗色部分？如果需要，您可以选择 HDR（高动态范围）功能，它能够为您精确提供所需的图像类型。了解更多：https://www.leica-microsystems.com/?nlc=20191231-SFDC-008340

2023年6月13日—6月15日，锘海生命科学继北京大学第三医院后又在北京大学医学部完成了新一台LS18平铺光片显微镜的装机培训工作。装机现场：理论培训&操作练习锘海工程师在仪器安装调试完成后，对用户进行详细培训：①LS18理论与操作讲解并进行实操培训。②数据处理与分析讲解。③协助用户拍摄样本及数据处理练习。培训反馈：培训结束后，用户对培训的结果感到满意，对培训期间的工作表示高度认可。锘海LS18平铺光片显微镜简介：锘海LS18光片显微镜是一款具有半自动校准能力的多功能平铺光片显微镜，它能够在同一成像视野大小下，快速平铺多个小而薄的光片（薄度可达1μm）进行分段照明。LS18平铺光片显微镜兼容所有组织透明化方法的样本，可进行多色快速3D成像。并且，结合组织膨胀技术分辨率可达到近70nm。

引言光学显微镜是科学研究之基石，广泛用于生命科学和医学领域。同时，高端科学仪器的国产化已成为国家战略的重中之重。明准医疗响应国家号召，凭借深厚的技术积累和创新能力，成功推出完全自主创新的新一代光片显微镜，标志着我国在光片显微镜国产化领域迈出了坚实的步伐。明准Pano One系统明准医疗依托全球领先的光片显微镜技术团队，结合用户痛点，推出全部件国产化、性能全球领先的Pano One系统。成像设备具备倒置成像、全自动折射率匹配系统，支持跨尺度高分辨率成像，以等向性分辨率、低光损伤、高成像对比度等特点，为生物学研究提供新观察窗口。应用场景技术发展光片技术优秀的光学断层能力光片显微镜（Light Sheet Microscopy），又称SPIM[1]，通过“光刀”照亮样本平面，垂直成像，移动样本或光片进行不同层面成像，是目前唯一集低光损伤、高对比度、大视野、深度采样、快速三维成像于一体的高端显微成像仪器。光片技术不断迭代，性能大幅提升第1代[2]技术使用单角度高斯光束，仅在束腰附近区域实现良好光学断层效果。高分辨率需更薄的光片和更高数值孔径（NA）的检测物镜，导致视场（FOV）严重受限。之后的所有技术迭代都是为了在更大的视野范围内获得更长且更薄的光片。第2代[3]技术采用多角度高斯光束，可获得更均匀的照明，但是依赖后期解卷积等图像处理算法，易产生重建伪影。第3代[4]技术如贝塞尔光片、晶格光片等特殊光片，因光学旁瓣效应随着光片长度增加而加剧，因此实际成像性能提升低于理论预期。第3.5代[5]技术在2015年被提出，通过利用轴向扫描（ASLM）技术，在不牺牲成像速度的前提下，实现了大视场下亚微米级等向性的三维分辨率，通过纯光学手段达到业界领先的分辨能力。产品优势空间等向性高分辨成像传统光片和轴向扫描光片技术对比[6]基因表达、蛋白间相互作用、空间分布及功能等研究对光学分辨率的要求极高，传统光片技术大都忽视了三维分辨率等向性的问题，糟糕的轴向分辨率严重影响了人们对空间结构的分析和定量。明准Pano One系统继承了轴向扫描光片技术的优点，轴向分辨率比传统光片技术提高了6倍，是目前衍射极限光片显微镜中报告的最高轴向分辨率。其出色的光学断层和高质量的原始数据，不需要解卷积等复杂计算，便可对突触棘、神经元等复杂结构进行清楚地解析，甚至可以用未处理的数据以 3D 形式追踪神经环路，同时也极大促进了稀疏标志物的精确定量和共定位研究。折射率匹配，泛介质生物大、厚样本成像现有的多种透明化技术旨在解决光在组织中传播受限的问题，其机制各有优缺点，并且都需要独特的浸入式介质，其折射率范围通常在 1.33 到 1.56 之间。样本、介质以及光学系统三者的折射率差异会导致分辨率的降低和像差伪影的产生。 折射率不匹配（左）和匹配后（右）成像效果对比明准Pano One系统针对生物大样本的多样性，制定了折射率的全覆盖（RI=1.33-1.58）设计，优秀的光学设计，最大程度的降低了样本折射率不匹配带来的像差问题，兼容各种透明化方法：疏水性溶剂方案 (BABB, PEGASOS, iDISCO等) 亲水性溶液方案 (Scale, Ce3D, CUBIC等) 水凝胶方案 (CLARITY, SHIELD, PACT等)。倒置成像，多种样本加载方式明准Pano One系统运用了先进的开顶式（open-top）倒置成像设计，相较于传统光片的复杂安装方式，为用户操作提供了更大的空间。多种样本加载固定方式可以满足不同形状、尺寸和硬度的稳定成像需求。高速采集，低光毒性成像明准Pano One系统为满足胚胎学、发育生物学以及植物学等研究方向长时间的活体观测需求，在不牺牲分辨率的前提下，大幅提高了成像速度，最低程度的降低光毒性对样本的损伤。公司介绍国产智造，性能领先国内光片显微镜厂商的光学核心元件多源自国际巨头，受限于专利壁垒和商务条款，成本与供应周期受限。明准医疗的Pano One系统，实现部件100%国产化，推动全国产化进程，硬件实力已超全球领先水平。在供应链稳固和成本优化基础上，我们依托本地化优势，构建标准化产品体系和全方位服务体系，推动光片显微镜技术普及与产业化，引领行业新发展。核心专利，自主产权明准团队凭借深厚的技术底蕴与卓越的创新能力，在光片底层技术、工程化实现以及应用开发领域均取得了显著成就，成功构建了拥有自主知识产权的核心专利体系。这一系列专利成果不仅彰显了团队的技术实力，更将在源头上为企业及产业的高质量发展提供坚实的保障与强大的赋能支持。多元应用，前景巨大明准医疗在科学仪器市场将推出国际领先的等向性、超高分辨率产品；在临床病理市场，通过核心技术大幅提升病理诊断的精准性和效率；在药物筛选市场，将推出全球领先的定制化孔板成像仪器，在药筛中实现类器官等样本高内涵高通量三维长时间观测。助力以旧换新，推进技术升级3月7日，国务院发布《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》，强调推动设备更新和消费品以旧换新对构建新发展格局和推动高质量发展的重要性，将促进投资和消费。党的二十大报告、中央经济工作会议、中央政治局集体学习等三次会议提出“新质生产力”，包括信息技术、人工智能、新能源、新材料、高端装备、航天和空间等产业领域。到2027年，多领域设备投资规模将较2023年增长25%以上。《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》要求高校和职业院校更新先进教学设备，提升教学科研水平，并聚焦传统产业转型升级难题，开展科技攻关。明准医疗致力于光片荧光显微镜三维成像技术的研发和应用，期望为中国科学仪器行业带来高性能光学成像产品，推动科技攻关和三维成像技术迭代升级。关于明准深圳明准医疗科技有限公司（Shenzhen Intoto-biotech Technology Co., Ltd.）是一家专注于高端显微成像仪器研发和科研服务的高科技企业。公司依托先进的光片显微镜技术，为生物学研究提供多尺度成像解决方案，助力科研人员深入探索生命科学的奥秘。

2023年4月3-8日，锘海LS18平铺光片显微镜装机培训在厦门大学翔安校区黄朝阳楼圆满结束。装机现场理论培训锘海工程师在仪器安装完成后，对组织透明化和三维成像进行理论培训，包括组透明化原理和方法、平铺光片显微镜技术介绍、案例展示及应用方向、服务内容等。实操演示工程师对平台老师及主要用户进行LS18仪器操作演示及数据分析演示，从样本准备、上样、图像采集和处理进行了系统的介绍。并进行样本成像测试，仪器的各项参数均顺利验收中。锘海LS18平铺光片显微镜简介锘海LS18光片显微镜是一款具有半自动校准能力的多功能平铺光片显微镜，它能够在同一成像视野大小下，快速平铺多个小而薄的光片（薄度可达1μm）进行分段照明。LS18平铺光片显微镜兼容所有组织透明化方法的样本，可进行多色快速3D成像。并且，结合组织膨胀技术分辨率可达到近70nm。

生命科学研究过程离不开各类科学仪器的帮助，仪器信息网特别策划话题：“生命科学技术平台经验分享” ，邀请高校、科研院所公共技术平台的老师分享技术心得和经验，方便生命科学领域研究人员了解相关技术进展，学习仪器使用方法。本篇为深圳湾实验室生物影像平台助理工程师黄诗娴供稿。本文详述了转盘共聚焦显微镜的技术原理和优势、历史沿革、功能和主要应用。点击图片了解更多技术1987年，BIO-RAD公司推出了第一台商业化的共聚焦显微镜。随着激光器技术等各类技术的快速发展，共聚焦显微成像技术更加成熟完备，开始广泛应用于生命科学、材料科学等各个方面。传统的激光点扫描共聚焦显微镜使用逐点扫描，虽然隔绝了非焦平面的杂散光信号，提高了成像分辨率及信噪比，但是成像速度较慢。其光电倍增管检测器PMT的光电转换效率也比较低，需要较强的激发光。为了解决快速变化过程的共聚焦检测问题，实现活细胞长时间成像，发展了转盘共聚焦显微镜（Spinning-disk Confocal Microscopy，SDCM），解决了传统激光点扫描共聚焦显微镜成像速度相对较慢以及光毒性较高的问题。转盘共聚焦显微镜历史沿革和技术优势转盘共聚焦显微镜的概念最早是在1968年由Petrán提出的，在20世纪90年代由日本Yokogawa Electric公司发明了其核心技术：双转盘专利技术。双转盘装置包含了两个同轴排列的转盘，上转盘是带有微透镜阵列的转盘，下转盘是放置在物镜像平面上的带有约20000个阿基米德螺旋状针孔的Nipkow转盘，针孔及微透镜的位置是一一对应的，两个转盘的间距为微透镜的焦距。显微镜工作时，入射光经过微透镜阵列聚焦到Nipkow转盘针孔上，经针孔隔除杂散光后照射在样本上，无需移动载物台或使用扫描振镜，双转盘可进行多点同步扫描，旋转双转盘即可实现对样本的完整扫描，大大提高了采集速度。使用微透镜阵列聚焦激发光，照明光的透射率从使用单Nipkow转盘的4%-6%增加到40%-60%，进一步降低激发光的强度，即使是荧光蛋白表达量非常低的活细胞也可以轻松成像。Yokogawa Electric公司设计了转盘式显微镜目前最先进的共聚焦扫描单元（Confocal Scanner Unit ，CSU）（图1），其CSU-X1转盘最高旋转速度为每分钟10000转，理论上最大帧率高达每秒2000帧。较慢的CSU-W1转盘转速也有4000转，成像速度最大可达200帧/秒，非常适用于快速变化过程检测。图1：Yokogawa转盘共聚焦扫描单元结构示意图（图片来源：Carl Zeiss Microscopy Online Campus）转盘共聚焦显微镜的主要优势之一是使用面阵相机进行成像。激光点扫描共聚焦系统的PMT检测器的量子效率较低，通常为30%-40%，而SDCM使用EMCCD或背照式sCMOS等相机作为探测器，可以具有更高的量子效率，从而降低激发光功率，大大降低了对样品的光漂白和光损伤。为了让相机尽可能多地收集光子，获取高质量图像，应选择高灵敏度的相机。EMCCD相机低噪声、高灵敏，曾经是转盘共聚焦显微系统的第一选择。而如今背照式sCMOS的量子效率可高达95%，且具有与EMCCD相当的灵敏度，其被使用率开始逐渐高于EMCCD相机。此外，背照式sCMOS具有低噪声、高帧率、高动态范围、高分辨率、大靶面的特点，而且功耗更低、集成度更高，成本更低。因此，在未来的发展中，背照式sCMOS有望成为更加主流的图像传感器，应用于各类显微成像技术中。总而言之，转盘共聚焦显微镜因为双转盘技术和高量子效率相机的组合，可以高速运行并且具有非常高的信噪比。转盘共聚焦显微镜主要功能及应用转盘共聚焦显微镜因其成像速度快，层切能力好等特点，常用于多通道荧光成像、拼图及三维成像，如多荧光通道全脑片成像，斑马鱼、透明化小鼠等大组织厚样本三维拼图成像等。转盘共聚焦显微镜可以配置单相机或多相机，配置多个激光器及对应的滤光片组，快速成像多个荧光标记的样本。通过移动电动载物台实现多视野拼图成像，为避免出现拼痕，需做好仪器放大倍数校正、阴影校正及光照均匀度校正等，同时配置合适的拼图软件模块，得到所需大图。通过上下移动物镜或者压电陶瓷载物台实现Z stack三维扫描，结合三维重构软件模块，得到所需三维图像或最大投影图等。因转盘共聚焦显微镜成像采集速度快及光毒性低等优点，非常适合于活细胞成像及活细胞长时程成像，检测信号快速变化过程及信号长时间变化过程，满足细胞动力学、发育生物学等多方面的研究需求。活细胞成像需在显微镜上配置细胞培养装置，提供适宜的培养环境。配置使激光器照明和相机成像达成微秒级别同步的实时控制器，以降低光漂白和光毒性，使细胞在复杂的试验中保持健康的状态。仪器在进行XYT、XYZT成像，甚至是结合多视野、拼图、超分辨的时间序列成像时，需要配置超稳定的锁焦系统使样本始终处于聚焦状态，如Olympus的Z轴漂移补偿系统IX3-ZDC2，Nikon的完美聚焦系统PFS等。进行多视野的时间序列成像时，需要配置高精度的电动载物台，或确保载物台位移精度在可接受范围内。当载物台位移精度较低时，移动到每个成像视野会有较明显的位置偏差，导致成像结果视频中观察的样本出现肉眼可见的抖动现象，高倍镜成像时会更加明显，影响数据查看及成像分析。同时结合相应的分析软件，获得所需活细胞及时间序列的成像分析结果。高内涵细胞成像与分析系统大多使用转盘共聚焦显微成像技术。高内涵细胞成像与分析系统需同时具备自动化高速显微成像功能及自动化图像定量分析功能，可对多个样品快速成像，并从图片中提取大量的数据信息。转盘共聚焦显微成像技术既可以快速地获取多孔板大量的图像数据，并且相较于宽场荧光显微镜而言具有更高的图像分辨率及信噪比，可以提供全自动、高速和高分辨率成像筛选的多种解决方案，能满足药物发现和高通量生物学中多种需求。此外，使用转盘共聚焦显微成像技术还能进行z轴扫描获取三维图像，例如对类器官、组织或3D肿瘤球等三维样本成像，从而进一步分析更多的生理学相关问题。转盘共聚焦显微镜上可以添加各类功能扩展模块，例如超分辨成像模块和光刺激模块等。可以在转盘共聚焦显微镜上添加超分辨成像模块，如Olympus的超分辨技术OSR，是对共聚焦荧光显微镜截止频率附近逐渐减弱的高频信号，进行空间放大的空间频率滤波器，称为OSR滤波器。SpinSR10的SoRa转盘中，在50um针孔盘下添加了微透镜阵列，进一步缩小光斑，提升3~6倍的照明亮度。其可对细胞内深达100微米的区域进行成像，使用常规荧光染料即可在120 nm的分辨率下，采集到各种活细胞样品亚细胞结构的超分辨率图像。还可以在转盘共聚焦显微镜上添加光刺激或光操作实验模块，可进行荧光漂白后恢复FRAP、荧光漂白后缺失FLIP、荧光漂白后定位FLAP、光活化与光转换PA&PC等实验。下一篇作者将根据深圳湾实验室生物影像平台管理经验介绍生物影像平台设备管理心得及未来可提升空间，敬请期待！作者简介黄诗娴，深圳湾实验室生物影像平台助理工程师，南方医科大学生物医学工程硕士，主要负责管理激光共聚焦显微镜、活细胞成像系统、玻片扫描系统等显微成像设备，负责相关设备的管理维护、培训考核、开放共享、成像技术开发等工作。会议预告：12月20-22日生物显微技术大会火热报名中点击图片报名报名链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/swxw2023/

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.

对于生物医学研究，著名物理学家理查德费曼有句名言：“...很多基础生物学的问题是很容易被回答的；你只是需要看到它们就够了”。这句话一定程度上说明了直接观察的光学显微镜对于细胞生物学、发育生物学、免疫学、病理药理学等生物医学研究的重要性。但是受衍射极限的限制，传统光学显微镜的分辨率理论上只能达到光波长的一半。近20年来，超分辨荧光显微成像技术的出现有效打破了光学衍射极限的束缚。基于单分子定位技术的超分辨显微镜（SMLM）和受激发射损耗显微镜（STED）以及结构光照明超分辨显微镜（SIM）等技术在众多课题组的努力下都得到了长足发展，尤其是结构光照明显微镜由于成像速度快、光毒性小、无需特殊荧光标记等优势，已成为生命科学领域尤其是活细胞成像中最受欢迎的技术手段。近期，苏州医工所李辉课题组围绕着结构光照明超分辨显微成像方法、高保真SIM重构算法、以及国产化的SIM显微镜研制等方面取得了一系列重要进展。 　　三维成像方法因可以获取到更多的生物样品信息而备受关注。但是现有的三维成像不可避免的带来离焦模糊和时间分辨率差的问题，很难用于对样品的快速三维动态成像。为了实现对厚样品的快速三维成像，李辉课题组发展了基于数字微镜阵列器件(DMD)和液体变焦透镜（ETL）的结构光照明层切显微技术，并开发了基于两张原始图像的层切成像算法。该方法将传统的三维层切成像的速度提高了数倍以上，课题组利用该技术对斑马鱼和大脑血管的心血管系统进行了高速动态成像，清晰地显示了心脏跳动期的收缩-舒张过程以及腹部血管的蠕动特性。相关成果以“Four-dimensional visualization of zebrafish cardiovascular and vessel dynamics by a structured illumination microscope with electrically tunable lens”为题发表在Biomedical Optical Express（2020）上，其中博士生陈冲为论文第一作者。 　　图1 基于两张正反图像的结构光照明层切算法（左）；斑马鱼心脏跳动过程的快速三维成像（右）。 　　结构光照明超分辨成像技术在多种纳米尺度的亚细胞结构研究中已经得到广泛的应用。但是对于具有大动态范围的样本，例如聚集的细胞囊泡，样品中荧光较强的聚集性区域和亮度较弱的稀疏区域不能同时呈现。现有的SIM方法针对这种样品无法重建出高质量的图像。对此，李辉课题组提出了一种采用多重曝光采集的高动态SIM成像方法HDR-SIM，采集三组不同强度照明的SIM图像然后融合出一帧超分辨图像。用HDR-SIM，强度相差400多倍单个和聚集的荧光小球样本在同一张SIM超分辨图中可以同时观察到，并且对分辨率不会产生影响。在使用本方法观测不同尺度的细胞囊泡结构，单个小囊泡和大的囊泡聚集都可以同时获得清晰的分辨。相关成果以“High Dynamic Range Structured Illumination Microscope Based on Multiple Exposures”为题发表在Frontiers in Physics (2021)上，其中梁永为论文第一作者。 　　图2 高动态SIM成像原理（左）；“聚集-单个”的荧光小球高动态SIM成像（右）。 　　在结构光照明成像过程中，超分辨图像重建算法尤为关键。SIM重建算法的一些固有缺陷造成超分辨图像中经常出现重构伪影，使得SIM图像的保真度经常受到质疑，并且图像重建时需要完成一系列复杂的参数设定，限制着普通用户对SIM技术应用。李辉课题组开发了一种基于点频谱优化的高保真SIM重建算法。该算法有效克服了常规SIM算法极易产生重构伪影且光学层切能力差的问题，对不同质量原始数据的处理均能获得具有极少伪影和良好光学层切的高质量超分辨图像，有效提高了SIM成像的保真度。同时，该算法对OTF失配和用户自定义参数不敏感，使用生成的理论OTF和较少的参数即可重构高质量SIM图像，降低了SIM成像对实验实施和后处理重构的高要求，提升了算法对普通用户的友好度。相较于几种传统的SIM算法, HiFi-SIM算法对多种不同图像质量、不同样品复杂度、不同图像来源(商用设备/自主搭建SIM系统)的原始数据进行重建, HiFi-SIM均展现出了最少的重建伪影和最优的图像质量。相关成果以“High-fidelity structured illumination microscopy by point-spread-function engineering”为题发表在国际光学类顶级期刊Light: Science & Applications (2021) 上，其中文刚为论文第一作者。 　　图3 高保真结构光照明超分辨成像重建算法HiFi-SIM（左）；细胞结构HiFi-SIM与其他算法重建结果比较（右）。 　　李辉课题组自2014年以来一直专注SIM成像的技术创新、仪器研发和应用推广，开发了多种形式的结构光照明显微镜系统。最近，基于课题组最新的研究成果，研发了一套可集成于显微镜下层光路的结构光照明插件，具有结构紧凑、方便易用等特点。插件可配置国产倒置荧光显微镜，实现了SIM超分辨成像系统的国产化替代。首台机器已经于近期交付某大学用户进行试用。 图4 插件式结构光照明超分辨成像系统 　　以上工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金委项目的支持。

近日，Quantum Design中国作为西班牙Planelight公司的战略合作伙伴正式引进了基于新一代扫描光片技术的速多角度3D光片荧光显微镜QLS-Scope。它同时兼备了良好的分辨率和大视野，并且将扫描速度大幅度提升，让原本需要几天的采集工作缩短到数小时。众所周知，激光片层显微镜采用有的片层激光扫描技术，能够单次仅激发几个微米到几百纳米层面的荧光信息，从而能够大幅度提高厚样品中荧光信号的信噪比，使得其成像质量在100微米以上样品时显著高于其它成像手段。并且由于片层激光单次只激发窄的厚度，因此光毒性也低于双光子、共聚焦等手段。但是早期的光片系统却很难在分辨率和大视野两者上取得良好的平衡。以高斯光片技术为基础的设备能够适应较大的样本，但是其分辨率却难以令人满意。而像贝塞尔、晶格等光片技术虽然其分辨率较高，但是其单次仅能扫描很小的区域，对于大型样本要投入大量时间去采集，效率十分低下。而新型的扫描高斯光片技术在保持了高斯光片大样品、大视野成像优势的同时，能够将光片的厚度调制的更窄，使得其Z轴分辨率远高于目前的固定高斯技术，从而使得大样本和高分辨率两个特点能够在这种技术上同时实现。传统固定高斯（光片厚度4 μm）图中的卵巢模糊不清，血管的Z轴分辨率差。采集时间高达2小时。新型扫描高斯（光片厚度1 μm）图中卵巢轮廓清晰，血管细节良好，具备更高的细节信息。采集时间仅10分钟。 除了激光片层产生的技术优势外，QLS-Scope还将光学投影层析（OPT）技术引入，通过特的连续多角度投影光学层析（SPOT）技术能够对以往难以处理的的瑕疵和阴影对样品的影响显著降低，获得更好的分辨率和重构细节。连续多角度投影光学层析（SPOT）重构技术，通过360度无死角照明，让样品光照更均匀，细节更良好。目前QLS-Scope样机已经在Quantum Design中国样机实验室中安装完毕，欢迎各位老师联系试用。

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

近日，神州十二号航天员首次进行天地视频通话，屏幕中显示着天和核心舱的实时画面。在核心舱的一侧靠近舱壁的位置，正摆放着是一台由永新光学研发制造的我国首台“太空显微镜”，这台显微镜在未来很长一段时间将支持空间站多项研究工作。事实上，永新光学的光学产品已经不止一次支持过中国的航天事业，在此之前，曾三度为探月卫星“嫦娥二号”、“嫦娥三号”、“嫦娥四号”打造专用镜头。太空实验条件不同于地面，微重力环境让用于做检测样品的仪器需要更加注意细节。毛磊在接受媒体采访时介绍说：“本次承担空间站承担科技支持任务的微重力太空显微实验仪的研发历时五年，不同于星载光学镜头，这台仪器基础要求高，且所有核心部件均拆分打包在箱体内有宇航员在太空中进行装配，设备组装完成需要二十多个步骤，所以神州十二号发射成功后，公司副总工程师要随时待命提供技术支持。”“太空显微镜”现身天和核心舱中国的航天事业，虽然不是起步最早的，却无疑是发展最快的，光学仪器的发展也有相似之处。以永新光学为例，这家企业深耕光学领域，其财报显示，公司的共聚焦显微镜技术已经接近国际竞品水平，据了解，目前该产品已经进入商业化阶段并且即将实现首台销售。除此之外，永新光学与浙江大学合作研发的超分辨光学微纳显微成像技术也曾荣获2019年国家技术发明二等奖。高端光学显微镜领域，不只永新光学，还有更多企业和科研单位在为此努力，这使得近些年我国的高端显微镜发展速度加快，在超分辨、双光子、光片显微等多种技术方面都取得了一定的发展。科研人员不断突破“卡脖子”技术，不仅是在国内高端显微镜市场科研成果竞相绽放，许多成果更有与国际先进高端显微镜一较高下的自信，彻底打破高端光学显微镜被海外巨头厂商垄断的现象。随着国家对科学仪器、医疗健康、生命科学研究的政策引导和加大投入，我国高端显微科学仪器迎来重要发展机遇。据本网了解，目前在研的计划商业化和已经商业化的高端光学显微技术还有北京世纪桑尼和舜宇光学合作的共聚焦显微镜，北京大学超分辨显微镜技术（超视计）、微型化双光子技术（超维景），中科院生物物理所超分辨显微技术、西安交通大学高速彩色三维结构照明显微技术正在积极进行成果转化，预计在不远的将来，我国的科研人员会更多地使用国产高端显微镜进行科学研究。

导读经过前面的几期学习，相信大家对显微镜的基础知识已经有了足够的了解，自信心提的满满的吆！接下来就可以根据实际需求来选择对应的显微镜了。让我们一起走进ECHO显微镜的世界，挑选一台属于你的显微镜吧。荧光电动显微镜—RevolveECHO显微镜颠覆了大家对显微镜的认知，是对传统显微镜设计的重新思考，是真正意义上的设计一体化和操控显示一体化，易学易用，使枯燥的实验变得简单有趣。高分辨率3D成像，获得最佳成像效果Revolve显微镜采用实时反卷积(DHR)，增加宽场荧光显微镜图像锐度，抑制噪声减少模糊，提高荧光检测分辨率。自动Z轴配合实时反卷积(DHR)功能，在保持高分辨率的同时，对较厚样本进行全景深扫描合成，实现3D高分辨成像。正倒置一体，一机两用Revolve显微镜既可以正置观察，也可以倒置观察，在正置和倒置之间自由转换。使用户不再因为样品的不同而分别购置正置和倒置两类显微镜，一机实现切片、培养皿、培养瓶和多孔板等多种样本类型的观察需求。在降低设备成本的同时，也节约了空间。试问：我还需要纠结选择买正置还是倒置吗，当然是都要喽。智能化操作，高效便捷Revolve显微镜采用自动荧光的方式，可以快速捕捉荧光信号，避免荧光淬灭。自动双相机系统保证了明场和荧光条件下都可以获得最好的观察效果。智能化的软件使操作变得更加简单。明场显微镜—Rebel随着Revolve的问世，ECHO显微镜的设计理念深受用户的喜欢，但是对于没有荧光需求的用户，一款正倒置兼备的Rebel足矣。自动细胞计数软件，无需特殊耗材Rebel为满足更多的用户需求，特别开发了自动细胞计数软件。区别于市场上的细胞自动计数仪，Rebel兼具显微镜与计数功能于一身。不再需要特殊的观察耗材，可使用玻片、培养皿、培养瓶等耗材进行细胞自动计数。高效便捷的网络共享方式Rebel还具有非常高效便捷的网络共享方式，通过WIFI、Internet等多种通讯方式，可以实现实时实验教学、病例分享和多人会诊。全电动显微镜—Revolution针对更高级别用户需求，ECHO又推出了Revolve进阶版Revolution，正倒置一体化设计，带来更多应用场景；双相机系统保证了确保效果最优；实时反卷积功能配合高速Z-stacking功能，提高荧光检测的分辨率。独特的触屏控制XY自动载物台功能，便于观察样品的定位；对于大样品扫描成像，电动载物台和Hyperscan功能结合,使扫描速度提升了一倍。对于活细胞的观察，活细胞工作站和多功能智能化联动，保证了活细胞长时间的观察。最后，我们一起来看一下ECHO显微镜下的微观世界吧。看到这样一台成像质量好，操作简单，适用范围广的显微镜，有没有心动呀，想不想体验一下操作极简，体验极佳的显微镜呀，想不想让我们珍贵的实验样本也有一个如此美轮美奂的瞬间，那就赶紧联系我们，申请试用吧，三款产品，总有一个适合你的吆！

自2012年以来，研究人员常用一种叫做CRISPR的强大“基因组编辑”技术对生物的DNA序列进行修剪、切断、替换或添加。CRISPR来自微生物的免疫系统，这种工程编辑系统利用一种酶，能把一段作为引导工具的小RNA切入DNA，就能在此处切断或做其他改变。CRISPR已经成为生命科学领域受关注的基因编辑技术，其效果得到大家一致认可。虽然科学家可通过RT-PCR、WB等方法间接证明CRISPR的功能，但仍未有直接的证据来证实。究其原因：一是生物分子间的相互作用速率快，需要高速的成像手段才能捕捉到；二是生物分子比较小，通常为纳米，普通显微镜由于受光学衍射限所限不能分辨。近，日本Kanazawa University的科学家利用 视频原子力显微镜HS-AFM 成功观察到了实时CRISPR基因编辑，为CRISPR技术的有效性提供了直接的证据。HS-AFM视频结果直观显示构象差异HS-AFM视频结果显示apo-Cas9为柔性构象（flexible conformations），而Cas9–RNA则为稳定的双叶型构象（stable bilobed architecture）。 Cas9-RNA介导的PAM依赖性DNA识别Cas9-RNA靶向定位到目的DNA，形成Cas9–RNA–DNA复合体。Cas9-RNA对目的DNA进行剪切 在Mg2+存在的条件下，Cas9-RNA对目的DNA进行特异性剪切。 原文连接：https://www.nature.com/articles/s41467-017-01466-8 这项工作的完成主要借助了日本RIBM公司研发的超高速视频原子力显微镜HS-AFM，HS-AFM突破了传统原子力显微镜“扫描成像速慢”的限制，能够实现在液体环境下超快速动态成像，分辨率为纳米水平。待测样品无需特殊固定，不影响生物分子的活性，尤其适用于生物大分子互作动态观测。推出至今，全球已有80多位用户，发表SCI论文200余篇，其中包括Science, Nature, Cell 等杂志。 新品推荐——HS-AFM来到中国为了更好地服务国内客户，Quantum Design中国子公司将这款超高速视频原子力显微镜引进中国，如果您有科研上的需要，欢迎致电 010-85120280 联系我们！相关产品链接 超高速视频原子力显微镜：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C280994.htm超分辨单分子动力分析仪（荧光光镊）：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C268358.htm高通量分子操控分析仪（声镊）：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C268360.htm超高分辨率双光镊：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C280362.htm 层流微流控系统：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C280385.htm 新一代超分辨荧光显微镜：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C273664.htm双光子荧光显微镜：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C132637.htm光片照明显微镜：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C132856.htm

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。本篇为宁波力显智能科技有限公司供稿，公司主要产品为INVIEW iSTORM超高分辨率显微镜，其采用的STORM技术是目前国内鲜少有的超分辨技术类型。撰稿人：宁波力显智能科技有限公司副总经理张猛博士人类的历史，也是一部工具的历史。人类发展的历程就是关于如何对世界了解的更多，将人类生活变的更好更先进的历程。从旧石器时代，原始人拿起第一块石头当作工具开始，就开启了用工具进行未知世界探索和创造性改变的历程。从古至今，人类都是工具发明和使用的种族，新工具的问世也反哺人类的成长和进步，让人类一次次突破原有认知边界看到更多的未知，解决更多的问题，取得更多的成就。显微镜，正是一项帮助人类认识微观世界从而改变世界的革命性工具，也是人类探索微观世界不可缺少的工具。显微镜问世之前，人类仅可用感官来把握世界，所能认识到最小世界就是“目所能及”的常规世界，人的肉眼仅能分辨约0.1毫米尺度的物体，因而相关科学的发展缓慢。当罗伯特胡克使用显微镜观察到软木塞上的“小室”，并将其命名为细胞时，可能还没有意识到他这次实践将为人类开启微观世界的大门。人类对未知领域无限的好奇心是推动科学技术前进的动力之一，为了解析关乎生命基本结构，回答有关物质与生命等基本问题，为此人类不断开发出更为精密、分辨率更高的显微镜来探寻这些问题的答案。经过400多年的发展，近几年国际上出现了超高分辨率显微镜这一工具，一经面世就引起了众多科学家的关注和极大兴趣。那么什么是超高分辨率显微镜，为什么它能让科学家如此感兴趣呢？我们一起往下看。超高分辨率显微镜的诞生，是生命科学史上的一座里程碑简单的讲，超高分辨率显微技术是通过应用一系列物理原理、化学机制和算法“突破”了光学衍射极限，把光学显微镜的分辨率提高了几十倍，使得人类能在200nm以下以前所未有的视角观察生物微观世界的技术，具有超高分辨成像技术和实现超高分辨率成像能力的显微镜就是“超高分辨率显微镜”。那么什么是光学衍射极限呢？所谓光学衍射极限，是1873年德国科学家恩斯特阿贝提出的，由于光是一种电磁波，存在衍射，一个被观测的点经过光学系统成像后，不可能得到理想的点，而是一个衍射像，每个物点就像一个弥散的斑，如果这两个点靠得很近（小于可见光波长大约一半，约200nm），弥散斑就叠加在一起，看到的就只能是一团模糊的图像，也就无法清晰观测到衍射极限以下物体的微观空间结构。并且光学衍射极限此前长期被认为是限制光学显微镜技术通向更微观的“拦路虎”和“绊脚石”，甚至被科学界一度认为是无法突破或绕开的。直到2000年，几位世界知名科学家先后发明了几种不同技术路线的的超高分辨率显微技术。其中，Stefan Hell、Eric Betzig和W.E. Moerner三位科学家就是因其在超高分辨率显微成像技术领域的突出贡献，获得了2014年诺贝尔化学奖。至此，人类才得以突破光学衍射极限这一横亘在前、不可逾越的“大山”，实现了200nm以下超高分辨率显微成像，以光学的方法观测到纳米尺度世界的真实样貌。超高分辨率显微镜可用来研究分子定位与空间分布、分子相互作用、分子复合物的构成，并可实现分子的计数。除具有200nm以下卓越分辨率性能外，对生命样品结构也可进行精准成像定位，还具备对活体细胞进行微观观察的可能性，对于生物、生命科学、医药、医学等的领域都有着重要意义，因此吸引了全球科学家的持续研究和关注。通常来说，超高分辨率显微镜主要有两大类技术策略，一类是通过特定模式照明对分子受激荧光差异化调制实现超高分辨率成像。代表产品有受激发射光耗损显微镜(Stimulated Emission Depletion, STED)和结构光照明显微镜(Structured Illumination Microscopy, SIM)。另一类，是利用荧光分子的“开关”特性，使其随机闪烁，从而能够对单个分子分别记录，实现超高分辨率成像。随机光学重构显微镜（Stochastic Optical Reconstruction Microscopy, STORM）就是这类技术路线的代表。第一大类中，STED及其衍生都是利用“甜甜圈”状的空心光束来修饰位于中间激发光的点扩散函数（Point Spread Function, PSF），从而达到直接超分辨成像的目的。而SIM则是利用了结构光照明，以获得包含样本的结构信息的干涉图案“摩尔条纹”，加上后期的图像重构，达到超分辨成像的目的。第二大类中，STORM是利用了荧光染料分子“光控开关”（photo-switchable）性质，达到在一个衍射极限空间内（200~300 nm）随机“点亮”单个荧光分子并进行高精度定位的目的。既然叫超高分辨率显微镜，最为重要的就是对空间分辨率的提升。其实无论哪一类技术，理论上空间分辨率都是可以实现无穷小，但是受限于样本、荧光染料特性、标记密度、激发光效率等原因，实际拍摄中能实现的空间分辨率是几十纳米。从遍地洋货到国货崛起众所周知，高端显微镜市场被“洋货”所长期垄断，不仅在国外如此，在中国也是如此，国货“芳踪难觅”，这对于我们这样一个大国来说可算是“一言难尽”。当然，也有令人感到振奋的信息，那就是在超高分辨率显微镜这个细分领域，除了“洋货”最近也已见到了国货产品的身影。宁波力显智能科技有限公司（INVIEW）的超高分辨率显微镜产品INVIEW iSTORM就是一款国产超高分辨率显微产品。宁波力显智能科技有限公司是专业从事超高分辨率显微技术和产品研发的科技企业，依托复旦大学的自动控制、新一代信息技术及香港科技大学的生物、光学、图像处理等的技术，拥有光学、生物、自控、机械、信息技术等多领域交叉学科技术团队，将2014年诺贝尔化学奖得奖技术产业化，推出了INVIEW iSTORM超高分辨率显微产品，以帮助人类以前所未有的视角观察微观世界，突破极限，见所未见。INVIEW iSTORM超高分辨率显微镜产品采用dSTORM技术路线，具有20nm超高分辨率、2-3通道同时成像、界面友好、简单易用、系统稳定性好、环境适应性高等的特点。技术先进，20nm超高分辨率，3D成像采用STORM随机光学重构技术，加入柱面镜设计，在XY轴分辨率达20nm、Z轴分辨率达50nm，具备3D成像功能。多通道同时成像光路设计，稳定性高采用专有的多通道同时成像的光路设计，提供稳定的光路。自主开发的成像分光光路，可保证通道间的光学路径相对独立，使得样品发出的荧光最大效率地被探测器接收，最大限度降低通道间的串扰。并配合以最佳染料方案和最佳成像缓冲液配方，以多通道同时成像的方式，在几秒到十几分钟的时间范围内实现20nm的超高分辨率成像。物理样品锁定设计，锁定精度1nm采用纳米级实时动态锁定技术，以实时物理补偿方式纠正样品漂移，无需预热，即开即用，操作简便，免受如气流、温度变化、噪音、机械振动等的环对样品位置的影响，在高楼层、嘈杂、震动、常温常态的环境下也能稳定成像，因而具有高效、简便、对环境适应性好的特性，友好易用。 “傻瓜式”操作，易学易用软件集成了多种成像算法，并在采集数据时实时呈现超高分辨图像重构结果和详细参数，“所见即所需”，操作流程化，简单易用。具有拍摄过程简单易用、参数优化实时透明、超分辨图像实时重构、自动化用户数据管理、图像数据后分析功能等五大特点。此外，经过优化的样本制备方案更易于实验人员的掌握和实际操作。即便是技术新手，经过简单的技术讲解，2个小时以内就可操控系统并获得理想的超分辨率成像结果。以上，INVIEW iSTORM超高分辨率显微产品所具备的综合特点和优势，使得它能够帮助到更多科学家进行衍射极限尺度以下的生物分子组织与相互作用等的尖端科学研究。另外，值得一提的是，INVIEW iSTORM产品还以优异的光路、较低强度的照明、多通道同时成像所支持的较短成像时间等的综合性能，结合合适的荧光探针及根据探针特性调整的探测器拍照频率等，实现活细胞的超高分辨率成像，这将更大程度上帮助到科学家在生物学基本问题与机制上的科学研究。随着人类对自然的认识向更加微观的时空尺度，传统的科研手段已经不能完全胜任，没有高端科研仪器，要想做出重大原始创新科研成果很困难。力显智能科技将继续立足于超高分辨率显微镜技术研究及产品开发，不断推出新技术、新品，从而推动高端显微技术在中国的产业化和应用，努力为我国生命科学、医学、药学等领域的科学研究提供强大助力。INVIEW iSTORM超高分辨率显微产品超高分辨率显微技术的未来可期作为一种新兴荧光显微成像技术，超高分辨率显微成像正受到科学家们的广泛关注，实验室中不断产生着振奋人心的数据。围绕着超高分辨率核心，主要研究方向为不断提高显微镜成像性能，使其分辨率更高，成像速度更快，成像深度更深，视野范围更大，及更低的光毒性光漂白。而我们也可以清晰的看到，由于不同的超高分辨率成像技术提升分辨率的技术路径差异，很难有“面面俱到”的技术可以满足差异化样品的全部成像需求，“精准成像”，也就是针对不同的样品特点，而选择最适合这类样品的显微成像技术，是进行生命科学等领域研究的最优解，这也促使生物，光学，算法，图像处理等领域的研究人员不断深入跨学科合作，共同探索生命的奥秘。即便有了更快、更高、更深、范围更大，更低光毒性光漂白的超高分辨率显微镜，扩展应用仍有诸多挑战。细胞内有成千上万的转录本，有数以万计的蛋白分子。超高分辨率显微镜能否用来实现组学水平的多分子检测？能够找到或开发出足够多样的荧光染料以匹配更多分子吗？或者能找到奇方妙法可以实现多重、多轮检测吗？ 能否开发出新型的荧光染料，使其具有更高的光子预算，更好的光稳定性、光激活、光开关以及转换速率等特性；研制更快更灵敏的光子探测器、输出功率更高的激光器；更稳定、高效、智能的光学系统；更加高效的算法以及不同超高技术路线的联合应用；开发组学水平的多重检测方法等等，正有许多的科学家、研究者们正在进行着有益的尝试。相信未来超高分辨率技术应可应用于实现细胞内的原位测序、原位转录组与蛋白质组分析，并最终获得全景的、多组学、全时空细胞全部分子组织及相互作用图像，真正实现分子生物学与细胞生物学的新融合，让人类有更全面、更精细的视角来理解生命的基本分子组织及其运行的基本机制！超高分辨率技术和产品应用前景巨大，未来可期，令人振奋！

自从1673年列文胡克发明显微镜，至今已经历了大约三百多年的历史，显微镜也从过去的单目变为双目乃至三目,由简单的观察变为可拍照，由初始的放大300倍左右到现在放大1000倍左右。 最近10年，随着数码摄影技术、信息技术和自动化技术的革新，显微镜的外观、舒适性、自动化程度以及方便性都出现了很大的发展。显微镜的外观上出现了一些革命性的变化，性能上有了进一步的提高。全球显微镜生产商都为此做出了不懈的努力。通过对一些特色产品的比较分析，不难发现显微镜设计上的一些特点，从中可以判断出未来显微镜的发展方向。 一、 拍得更清晰 显微镜目的就是为了更好地观察微生物，要求看得更清楚。显微镜厂商为此开发出各种各样的显微镜镜头来消除各种色差和场曲。最近，在显微镜上普遍采用了UIS2光学系统，它充分体现了无限远校正方式的优越性。光线通过物镜后成为平行光束通过镜筒，并在结象透镜处折射或完成无相差的中间象。UIS2无限远光学系统的物镜具有在宽波长范围内（由紫外至近红外区）具有一致的高透过率。同时具有更高的信噪比，不需要额外补偿就可以得到更为清晰的图像。例如美国AMG公司的EVOS fl大屏幕数码荧光显微镜所拍出的图像已经接近于激光共聚焦的水平。 二、 放大倍数更高 对于大多数显微镜来说，对样本的物理放大倍数是物镜放大倍数与目镜的放大倍数乘积。通常情况下，目镜的放大倍数为10倍或者16倍。以40倍物镜为例，也不过是放大400倍或者是640倍，如今却能够将放大倍数提高到840倍。例如美国AMG公司开发的倒置显微镜，在物镜下采用了21倍的光学放大，使得我们能够通过40倍的物镜就可以观察到放大倍数更高的图像了。如果换成100倍的油镜，就可以通过显示器观察到放大到惊人的2100倍甚至更高的图像，无不让人赞叹技术的发展之快。 三、 更为人性化的设计 一提到显微镜，我们的第一印象就是：弯着腰，低着头，抬着手臂，眼睛盯着目镜来观察。对于长期从事显微镜观察的科研人员来说，这一&ldquo 固定姿势&rdquo 往往会引起身体上的疲劳，肌肉损伤。曾经有一位科研人员因为长期观察显微镜而落下了颈椎病。因此改变传统的显微镜观察模式成为一项非常有必要而且紧迫的任务。 不过最近，各大显微镜厂商相继推出了一些更为人性化的显微镜，如美国AMG公司推出了大屏幕倒置显微镜系列，Nikon推出的Coolscope 显微镜，Olympus推出的智能生物导航仪FSX100，leica推出的DMD108等，均是无目镜的显微镜，直接通过液晶显示器来观察，实现了观察细胞就像玩电脑，就像看电影，大大减轻了显微镜观察时的疲劳。 四、 一体化的显微镜 也许现在我们接触到的显微镜大多是机械式的，需要手动来调焦距、调光源、调样品的位置，特别是针对细胞培养，出现了大量连续培养过程中显微观察的要求。为此，各个显微镜厂商设计了能够用于连续培养显微观察的显微镜或配件，如Nikon公司的显微活细胞工作站Biostation IM和Biostation CT，其中Biostation IM是专门针对35mm细胞培养皿设计的，系统中包含了温控系统，CO2气体系统和显微成像系统，可以实现自动化控制，连续培养显微成像。Biostation CT则是更为大型的系统。AMG公司整合了美国Ibidi公司开发的连续细胞培养配件，在其倒置显微镜上也可以实现温控和CO2的供气，从而实现细胞连续培养显微观察，它可以连续观察达60个小时，所采集的图像可进行视频连续播放，从而观察细胞生长过程中形态的动态变化。德国显微镜厂商Leica和Zeiss也开发了自己的连续培养显微观察配件。 五、 专门的网络化显微镜 在临床医学上，专家远程会诊，病理资源共享将会为疑难杂症的诊断和对症治疗提供更大的可能性，这就需要能够实现自动化远程操作的显微镜来观察病理切片。Nikon公司的Coolscope和Leica公司的DMD108为临床远程病理会诊提供了方便，它们专门为载玻片显微观察设计，自动转换物镜，自动对焦，得到的图像可直接通过网络发送到异地进行专家会诊。 六、 光源的革新 对于荧光显微镜，其稳定的激发光源对样本数码成像起着关键性的作用，到现在为止绝大多数显微镜还在使用卤钨灯或者是高压汞灯，一方面这类光源使用寿命短，需要3到4各月更换一次，每次更换后都需要专业工程师进行位置校准；另外一方面，这类光源的强度会随着使用寿命而衰减；还有一方面，这类光源对于显微镜操作来说需要预热来等待光源强度稳定，而且光源关闭后需要等待30分钟左右才能重启，这就造成了使用上的极大不便。 现在LED灯成为大家公认的新一代照明产品，它具有能耗低、光强稳定、寿命长等优点。AMG公司的倒置显微镜系列全部采用了LED光源系统，完全消除了前面所提到的卤钨灯和高压汞灯的使用不便，而且AMG针对荧光倒置显微镜开发了专利的Light cube&ldquo 光立方&rdquo 单色激发光源系统，光源强度可调，不同的单色激发光源可自由更换，在显微镜光源方面可以说是一场前所未有的革命。Leica的DMD108和Nikon的Coolscope也采用了LED光源，因此可以预见未来将会有更多的显微镜厂商采用LED光源。 结束语：综上所述，可以看出最近几年是显微镜出现革命性发展的阶段，越来越多的更为人性化、自动化的理念应用到显微镜设计上，显微镜的性能也大大提高，不仅仅是看到图像，还可以看得更大、更清晰，操作上可以自动化，可以远程控制。还有一些很鲜明的显微镜特点如Olympus 的FXS100的智能化设计，AMG 的EVOS fl荧光成像时无需暗室的独特暗盒设计等由于篇幅有限，无法详细介绍。 以前，在显微镜领域全球一直是Nikon、Olympus、Leica和Zeiss这四家占据着绝大多数的市场，如今美国AMG公司凭借其在倒置显微镜方面的独特设计，开始在显微镜市场上暂露头角。中国内地也出现了很多显微镜生产商，也许在不远的将来，中国制造的显微镜也可以让显微镜领域耳目一新，精神一振，我们期待着这一天早日到来。 参考资料网络来源： 1.http://www.amgmicro.com 2.http://www.leica-microsystems.com/ 3.http://www.nikoninstruments.com/content/download/5113/47632/version/2/file/BioStation-IM.pdf 4.http://www.olympusamerica.com/files/FSX100_brochure.pdf 5.http://www.szsn.cn/szsn_Article_11468.html 欢迎选购，详情请联系东胜创新各地办事处咨询。 　　东胜创新公司www.eastwin.com.cn 　　北京：010-51663168，上海：021-64814661，广州：020-38331360

来自美国霍华德休斯医学研究所，Janelia研究园的科学家们，借助其发展的新光学超分辨率成像技术，在前所未有的高分辨率条件下研究了活体细胞 内的动态生物过程。他们的新方法显著的提高了结构光照明显微镜(structuredilluminationmicroscopy，SIM)的分辨率， 一种最适合活体超分辨成像的技术。 　　 　　新技术所拍摄的视频生动地展现了细胞内蛋白质的运动和相互作用。它们帮助生物学家理解细胞是怎样改变它们之间的依存结构，以及重整细胞膜结构使得细胞 外的分子可以被吸收到细胞内。来自Janelia研究园的研究员EricBetzig博士，李栋博士后*和他们的同事们基于原有的SIM显微镜原理新发展 了两种新的超分辨率成像技术。超分辨率光学显微成像技术能够跨越理论的分辨率极限，在极高的分辨率下展现细胞内的精细结构。但是，到目前为止，超分辨率显 微镜技术却依然不能进行有效的活体细胞成像。 　　“这些方法设立了超分辨率光学显微镜的成像速度和非侵入特性的新标准，它们使得超分辨率活体细胞成像成为现实。”Betzig博士说道。在传统的 SIM显微镜中，物镜下的物体被非均匀的结构光(类似于条纹码)所照明。在实验中，几束不同的结构光用来照明物体，它们和物体在不同角度混频所产生的摩尔 条纹被相机依次采集。然后计算机提取摩尔条纹编码的信息并将其解码生成三维的高分辨率图像。最终重建的SIM图像具有高于传统显微镜图像2倍的空间分辨 率。 　　Betzig博士和其他两位科学家因为发展超分辨率荧光显微镜而被授予2014年诺贝尔化学奖。他说道，SIM显微镜技术之所以没有得到像其它方法那 样多的关注，是因为其它技术能够提供比两倍更高的分辨率改进效果。但是，他强调SIM拥有两大其它的超分辨率方法所没有的优势。这些其它方法包括了两种去 年获得诺贝尔奖表彰的技术：他和同事HaraldHess博士于2006年开发的光激活定位显微镜 (photoactivatedlocalizationmicroscopy，PALM)，和受激辐射耗尽 (stimulatedemissiondepletion，STED)显微镜。但是，这两种技术都需要过多或过强的光来照明样品，以至于荧光蛋白很快被 漂白，细胞样品很快被损害，从而不可能长时间进行成像。然而，SIM在这些方面不一样，“我爱上了SIM，因为它的速度很快，而且它所需的照明光强度远远 小于其它方法。”Betzig博士说道。 　　Betzig博士在2011年MatsGustafsson博士去世后不久开始与SIM相关的研究。Gustafsson博士是SIM技术的先驱之 一，生前也是Janelia的研究员。Betzig博士那时已经深信SIM有潜力为解析细胞内部的工作机理提供重要的见解，如果SIM的空间分辨率可以被 提高，它对于生物研究的可用性将被大大增强。 　　在生前，Gustafsson博士和博士生HesperRego发展了一种利用饱和耗尽(saturateddepletion)的非线性SIM技 术，但这种技术在改进分辨率的同时需要使用很多的光照并且散失了SIM成像速度快的优势。Betzig博士想到了一种可以避免这些缺陷的方法。 　　饱和耗尽非线性SIM利用光可反复开关的荧光蛋白和其在开关过程中的饱和耗尽效应来提高分辨率。它产生图像的过程是，首先把所有的荧光蛋白分子激活到 可发光的状态(亮态)，然后用一束结构光把大部份的亮态分子反激活到暗态。通过结构光反激活之后，仅有少数处于结构光最弱区域的分子仍然保持在亮态。这些 光调控过程提供了物体的高空间频率信息，从而让图像更加清晰。这一过程需要重复25或更多次才能产生最终的高分辨率图像。Betzig博士说道，这一原理 非常类似于STED或另一种与其相关的叫做RESOLFT的超分辨率技术的原理。 　　这一技术并不适合于活体成像，因为激活和反激活荧光蛋白需要很长的时间。另外，反复的光照明会对细胞和荧光蛋白本身造成损伤。Betzig博士说道， “这一技术的问题在于你首先用光激活了所有的荧光蛋白分子，然后你马上又用另一束光反激活了大部份分子。这些被反激活的分子对最终的图像没有任何贡献，但 却被你用光“油炸”了两次。你让分子承受了很大“压力”，并且花了很多你并没有的时间，因为这段时间内细胞在运动。” 　　解决方法其实很简单，Betzig博士说道：“没有必要激活所有的分子。”在Betzig研究小组新发展的结构光激活非线性SIM的技术中，一开始用 结构光只激活样品里的一部分荧光蛋白分子。“这一结构光激活过程已经给你一些高分辨率的信息了。”Betzig博士解释道。另外一束结构光用于反激活分 子，额外的信息可以在反激活的过程中同时被读出。两个结构光叠加的效应给与最终图像62纳米的分辨率，这一结果好于原始的SIM，并且把由光波长决定的传 统分辨率极限改进了三倍。 　　“我们能够做到快速地超高分辨率成像。”Betzig博士说道。这很重要，他补充道，因为对于动态过程，单纯提高空间分辨率而没有相应地提高成像速度 是没有意义的。“如果细胞内部有的结构以1微米每秒的速度运动，并且我有1微米的分辨率，那么我需要在一秒内采集图像。但如果我有1/10微米的分辨率， 那么我就必需在1/10秒内采集图像，不然图像将变得模糊。”Betzig博士解释道。 　　结构光激活非线性SIM可在1/3秒内采集25幅原始图像，并从中重建出一幅高分辨率图像。它的图像采集很高效，只需用较低的照明光强，并且收集每一 个亮态荧光蛋白分子所携带的信息。从而有效地保护了荧光分子，使得显微镜能够进行更长时间的成像，让科学家们可以观测到更多的动态活动。 　　Betzig博士的团队利用结构光激活非线性SIM获得了在细胞运动和改变形状的过程中骨架蛋白的解体和自身再组装过程，以及在细胞膜表面的叫做caveolae的微小内吞体动态过程的影像。 　　在Science论文里，Betzig博士的团队也利用了已经商业化的高数值孔径物镜将传统SIM的空间分辨率提高到84纳米。高数值孔径限制了被光 照明的样品范围，从而降低了光对细胞以及荧光蛋白分子的损伤。这一方法可以同时对多个颜色通道进行成像，使得科学家们可以同时跟踪几种不同蛋白质的活动。 　　通过高数值孔径的方法，Betzig博士的团队观测了多个骨架蛋白质在形成粘着斑(链接细胞内外的物理链)过程中的运动和相互作用。他们也追踪了 clathrin修饰的内吞体的成长和内吞过程(内吞体将细胞外的分子转移到细胞内)。他们的定量分析回答了几个不能被以往的成像技术所解决的问题，例 如，内吞体的分布，以及内吞体尺寸和寿命之间的关系。最后，通过结合高数值孔径方法和结构光激活非线性SIM，Betzig博士和他的同事可以在超高分辨 率条件同时追踪两种蛋白质的活动。 　　Betzig博士的团队在进一步提高他们的SIM技术。他们也急切地盼望和生物学家一起探索潜在的应用并进一步改进这一技术的可用性。 　　现在，科学家们可以通过现在，科学家们可以通过JaneliaJanelia的高级成像中心利用这些新的的高级成像中心利用这些新的SIMSIM技 术，这个中心提供免费使用前沿的显微镜技术的机会。最后，技术，这个中心提供免费使用前沿的显微镜技术的机会。最后，BetzigBetzig博士说道， 使得博士说道，使得SIMSIM成为能够被其他实验室获得并能够承担的技术应该是比较直接的事。“大部份的‘魔术’在于软件而不是硬件。”成为能够被其他 实验室获得并能够承担的技术应该是比较直接的事。“大部份的‘魔术’在于软件而不是硬件。”

随着全球能源需求的不断增长，可再生能源技术成为人们关注的焦点。其中，基于光伏(photovoltaic，PV)材料的技术实现了将光能转化为电能的难题，具有广阔的应用前景。然而，太阳能电池技术的商业化仍面临着成本高、功率转换效率低以及器件寿命短等挑战1。无论要克服哪方面的问题，成功的关键都依赖于表征技术的提高，尤其是对高空间分辨率的要求更加严苛。以顺应目前先进制造下微米及纳米尺度特征的材料所需（例如钙钛矿薄膜中的多晶体、有机半导体中的体异质结网络和纳米结构化的光捕获层）。牛津仪器原子力显微镜（AFM）以实现纳米级的高空间分辨率著称，可为其他成像技术补充材料器件更多维度的信息2。它不仅可以测量结构，还可以测量功能响应，从而深入了解结构性质、处理流程和表观性能之间的关系（图1）。本文中，我们将探讨牛津仪器AFM在表征两种新兴光伏材料（如钙钛矿和有机半导体）各方面性质的应用。值得注意的是，其他材料，包括无机半导体（Si、CdTe灯），黄铜矿（CIGSSe、CuInSe2等）以及具有多个吸收体的串联系统，也可以从AFM表征中受益。通过AFM，我们可以更好地理解这些材料的性能和潜力，为未来的太阳能电池技术发展提供有力支持。图 1：观察MAPbI3中纳米尺度光响应光伏电池性能指标，如短路电流Isc通常在宏观尺度上测量，但纳米尺度下的表征，可以揭示微结构对性能的关键影响。上图显示在约0.07 W/cm2的照度下，甲基铵铅碘化物(CH3NH3PbI3或MAPbI3)薄膜上的短路电流ISC叠加在三维形貌图的结果。通过光导电AFM（pcAFM）获取了从偏置电压0到+1 V的电流。然后，通过图像每个像素位置的I-V曲线中确定Isc的值，最终生成短路电流-形貌图。使用MFP-3D BIO AFM获得，扫描范围为3微米3。 1 钙钛矿型新材料有机-无机混合型钙钛矿材料的太阳能电池技术因其转换效率的快速提升（仅用了七年时间到22％的转换效率）而备受关注1,4。更重要的是，该技术可以通过相对简单和廉价的溶液处理技术（例如旋涂）进行制造。目前的研究重点在于测量基本属性并提高长期稳定性。通过AFM的表征，有效推动二者的共同发展。1.1理解晶体结构评估钙钛矿薄膜的微观结构对于基础研究和实际应用都具有重要意义。例如，它可以揭示光电响应与晶粒尺寸之间的极敏感的依赖关系，并帮助解决大规模制造中的难题，如钙钛矿如何从前驱体状态结晶等。为了满足这些需求，AFM探测了表面高度和形貌的三维定量图（图2）。形貌图显示了薄膜属性，包括覆盖度和均匀性，并允许快速计算表面高低起伏特性，如粗糙度，以便快速比较不同薄膜。AFM形貌图可以在轻敲或接触模式下获得的，通常可以分辨出纳米以下的垂直特征结构。实际上，当前少数AFM可以实现垂直分辨率达到几十皮米，从而完成晶体和分子的晶格级成像。牛津仪器新型AFM自动化程度高，可大大减少实验设参时间并简化数据采集。当钙钛矿暴露于不同环境条件时，氧化或其他化学反应可能对微观结构和其他材料性能造成不可逆损伤。使用专门的环境控制模块，将样品保护在经过净化的惰性气体环境中进行AFM实验，可以防止这种退化。环控组件还可以提供惰性气体的湿度控制。更有甚者，通过将整个AFM放置在手套箱中以完全隔离大气（参见图5），来实现更严格的环境控制。图 2：晶格结构变化溶液处理技术已被成功应用于生成具有均匀表面覆盖的致密钙钛矿薄膜。然而，这些薄膜的晶粒通常非常细小，导致晶界损失增加，从而降低了光转换效率。为了解决这个问题，研究人员开发出苄基硫代酸根(GUTS)的前驱体处理方法，以增加薄膜的晶粒尺寸。左侧图片中，我们可以看到未经处理的MAPbI3薄膜的形貌，右侧图片是使用GUTS/异丙醇溶液(4 mg/ml,GUTS-4)处理后的薄膜的形貌图。可见通过处理以后，已成功地将平均晶粒尺寸从纳米级别提升到了微米级别。此外，使用GUTS-4处理的薄膜制备的太阳能电池的功率转换效率比未处理的薄膜高出约2%。扫描尺寸5微米5。1.2测量电和功能化响应光伏机制研究在很大程度上依赖于大量的光电数据，以全面理解其工作原理。钙钛矿薄膜的多晶结构极大地推动了在微观和纳米尺度上进行测量的能力。AFM的高分辨率电学测试技术能够揭示电荷传输、捕获和复合等过程以及相关行为。当在配置了样品照明功能的AFM上进行实验时，这些技术的作用更为明显。多模态和其他类似的研究方法也为我们提供了深入理解光伏材料的可能性。这些方法包括使用多种原子力显微镜模式（如KPFM、CAFM、EFM）以及其他表征工具，如扫描和透射电子显微镜（SEM和TEM）、光致发光（PL）和拉曼光谱，以获取获取多维度的数据。如图3（KPFM，CAFM和TEM）和图4（CAFM，KPFM和PL）所示。1.21导电模式（CAFM)测电流导电原子力显微镜（CAFM，在照明下实验时，称为光电导AFM（pcAFM））是常用的AFM电学检测模式。它们都利用导电探针来感知施加了直流偏压的样品中的电流。通过接触扫描或快速力图成像，可以获得局部电流图，进而揭示光诱导的载流子迁移变化、光电导率的局部变化以及其他相关性质。为了避免信号伪影，可以在pcAFM测量期间停用AFM检测激光。而改变测试参数，如偏置电压、照明强度、波长或极化，则可以提供更深入的信息。CAFM和pcAFM也可以获得具有纳米级分辨率的电流-电压（I-V）曲线。只需将探针移动到在用户自定义的位置，并在接触模式下施加偏置电压，就可以测量到电流。得到的I-V曲线可以揭示电荷的生成和注入、接触电阻以及退火或其他处理流程的影响等方面（图3）。由于CAFM和pcAFM在纳米级高分辨电流图方面表现出色，因此对AFM的能力提出更多特殊要求。例如，测量需要高灵敏度和低噪声，因为电流可以跨越六个数量级（皮安到微安）。此外，定量探针-样品的接触面积也需要先校准悬臂梁弹簧常数，完成这些校正之后，就能精确测量和控制施加的力了；如果没有高灵敏度，这些校正将难以完成。1.2.2 静电力（EFM)/开尔文探针力（KPFM)模式测电场静电力显微镜（EFM）和开尔文探针力显微镜（KPFM）是评估光电响应的另外两种独特模式。它们拥有纳米级的空间分辨率，能够深入探究单个晶粒、晶界以及晶粒之间的微观变化。EFM和KPFM都基于轻敲模式运行的，所以可以近似反映开路时的行为。EFM主要感知由长程静电力梯度引起的电场变化，因此对于检测嵌入导体或表面电荷不均引起的电容变化非常敏感。它通常是一种快速简易的方法，可以用来定性地获得电场和电容之间的对比。为了减少形貌变化的干扰，可以使用双通道扫描技术进行EFM扫描。相比之下，KPFM感知的是探针和样品之间的接触电势差（图3和4）。KPFM最关键的优点是能够定量测量功函数，这是许多光伏系统中电势变化的根本原因。使用KPFM进行功函数的纳米级成像可以得到关于能带弯曲、掺杂剂密度和光诱导变化相关的详细信息。KPFM通常采用双通道振幅调制（AM）方法进行操作，类似于EFM，但也可以在单通道频率调制（FM）模式下操作。FM-KPFM通常具有更高的空间分辨率，并包含来自悬臂梁高阶谐波响应的其他信息。图 3：研究晶界处的离子迁移钙钛矿材料具有许多令人着迷的性能特点，如磁滞和热电效应等，其背后的机制尚待深入分析。本图展示了多晶MAPbI3薄膜的表面电势（KPFM）与形貌结构的叠加。通过透射电镜获得的晶体学取向（未在此图中显示）与表面电势的关联性揭示了一个有趣的趋势：具有较大电位差异的晶粒之间的边界角度比那些具有较小电位差异的晶粒间的边界角度更高（如图中的△）。使用CAFM获取的局部I-V曲线显示出在高角度晶粒边界处存在较强的暗流磁滞，但在低角度边界处几乎没有磁滞。(蓝色和红色箭头分别代表加压和降压各一次)。这些结果表明，晶粒边界处的迁移速度远快于晶内迁移，并且对晶内迁移起到了主导作用。通过MFP-3D AFM获取，扫描范围为2微米6。图 4：关联局部光学和纳米电学特性理解钙钛矿材料空间异质性的起源对于提升光电转化效率至关重要。这项研究中，甲基铵铅溴化物(CH3NH3PbBr3或MAPbBr3) 沉积在玻璃(Glass) /碲化镉（ITO） /聚(3,4-亚乙基二氧硫)聚苯乙烯（PEDOT:PSS)等基底上制备薄膜。样品被安装在AFM样品并通过488nm激光束激发，生成局部相对光致发光(PL)强度图。通过CAFM获取的注入电流图像（偏压为+3.2 V）显示的行为与PL强度无关。尽管这些样品的形貌结构相似，但在虚线、点线和实线曲线表示的区域中，PL响应从暗到亮分别为高、中和低。此外，FM-KPFM表面电位图像并未显示出任何相关性。这一结果与裸玻璃上制备的MAPbBr3薄膜的结果形形成鲜明对比，表明异质性的来源并非在薄膜内部，而是在电极-膜界面上。使用MFP-3D AFM获取，扫描范围为7微米7。1.2.3压电力模式（PFM)表征铁电性此外，钙钛矿中的铁电性质可能会对光伏器件的性能有着多样化的影响。例如，极化场可以更有效地分离电子空穴对，带电的畴壁也可以作为额外的导电通路。铁电性还可以扮演开关功能，从而可以通过偏压控制光电流的方向。然而，我们对于特定反应条件和所得铁电性质之间关系的理解不足，阻碍了进一步探究这些行为如何影响器件性能的脚步。因此，提高表征能力，特别是在畴和晶粒大小这个关键尺度的表征水平，变得尤为重要。压电力显微镜（PFM）是表征铁电性质的强大技术。它对于静态和动态行为（例如畴的结构、生长和极化反转）的纳米级探索非常有用。通过测量机电响应以及形貌，PFM可以深入探究功能特征与结构-性质关系（图5）。在薄膜上进行PFM测量时，需要施加足够高的电压以获得良好的信噪比，但同时也要避免引起极化激活甚至损坏样品。为解决这个问题，推荐在悬臂梁的接触共振频率附近操作，这样可以在较低的驱动电压下实现更高的灵敏度，而牛津仪器Asylum系列的AFM标配该技术。图 5：检测材料铁弹性质通过溶剂退火制备MAPbI3(CH3NH3PbI3)薄膜的形貌图(左)显示，该薄膜是具有阶梯结构的微米级晶粒。相应的垂直PFM振幅图（右）在300 kHz（接近共振频率）处以+2.5V AC偏压获取，观察到了在形貌中不存在的规律间隔条纹畴，相邻畴的方向变化为90°。PFM图中红蓝色线段表明条纹呈周期性变化，范围约从100到350 nm。这表明该薄膜具有铁弹性质，其畴结构依赖于薄膜纹理和特定的制备路线。样品置于氮气环境保护，通过手套箱中的MFP-3D AFM获取的，扫描范围为7微米8。1.3界面层工程在太阳能电池的构造中，最基础的模型仅由两个电极间和中间钙钛矿吸收层构成。然而，为进一步提升电池的性能，通常需要引入其他的层次。在这个过程中，AFM展现出了独特的技术优势，它能够独立或与其他设备协同工作，对各层进行精确的表征。我们可以使用AFM导电探针从顶部接触器件，重构出平面视图来获取电导相关信息，或者在横截面中研究跨界面的行为。表面粗糙度等信息可以通过界面层的纳米尺度形貌成像获取；粗糙度会直接影响层与层之间的粘附性，并展现有机薄膜的相分离和分散等形态特征。CAFM和pcAFM等电学模式也具备广泛的应用价值，例如评估导电均匀性或识别电荷捕获或复合区域。KPFM表征因其对表面接触电势和功函数的敏感性而特别有益。由于设计界面层的目的通常是为了为载流子创造更有利的路径，使其远离吸收体并靠近电极，因此进行仔细选择，确保每个界面处的能级对齐，将从原理层面提高材料的性能。这一过程中，KPFM能够对带弯曲和功函数的空间变化进行成像（图6），为载流子路线的选择提供有益的反馈。图 6：通过多层堆叠改善稳定性为了更有效地利用电子传输层（ETLs），需要对其属性进行更好的控制。研究人员在NiOx上的MAPbI3(CH3NH3PbI3)薄膜上获取了表面电势图，在添加苯基-C71-丁酸甲基酯(PC70BM)和罗丹明101(Rh)层之前和之后获得的图显示了差异。通过钝化钙钛矿晶粒边界缺陷，Rh层显著减少了电势的空间变化。诱导表面光电压的结果显示，附加层降低了表面电势并减少了ETL/阳极界面处的带弯曲。这些结果有助于解释为什么带有Rh层设备的效率和稳定性会增加。在MFP-3D AFM上用双通道KPFM模式获取，扫描范围为1微米9。牛津仪器AFM特点1：软硬件设计与优化微观尺度的导电性能指导了材料设计方向，是光伏领域最常见的表征手段。要实现高分辨率，高灵敏度的电流测量范围，MFP-3D和Cypher系列采用了独特的ORCA模块。Orca在悬臂梁夹具中，集成了一个低噪声传输阻抗放大器，其操作范围从约1 pA到20 nA，并提供了多种增益选项。而更高级的双增益ORCA附件时，会同时激活两个独立的放大器，可以确保在更广泛的电流范围内进行高分辨率测量（约1 pA至10μA）。此外，软件中的Eclipse Mode通过双通道方法改善了Asylum AFMs上的光电流测量精度，并减少了光诱导伪影。其原理是，在第一次扫描中，以接触模式获取形貌信息。然后在第二次扫描中关闭AFM的检测激光，并在相同高度执行pcAFM测量。这时候探针所检测到的信号全部来自样本本征激发，不会耦合检测激光可能造成的光诱导。 同样，Asylum系列标配的GetReal功能使得对探针-样品接触力的理解和测量更加简单和精确。这个功能很轻易在采集软件的界面处找到，用户只需点击一下，就可以自动校准悬臂梁弹簧常数和光杠杆灵敏度，而无需接触样品；对于一些罕见探针，也可以通过输入探针形貌长宽特征的方式进行计算拟合。这个功能大大简化了传统的校正方式，促进力学领域相关探索。基于上述对软硬件的持续升级，电噪声屏蔽和力的精确控制能力大幅加强。Cypher系列和Jupiter提供了新的快速电流成像模式，为柔软或脆性材料提供了强大的电流成像功能。当扫描速率高达1 kHz（Cypher系列）时，可以在不到10分钟内获取256×256像素的数据，且每个像素都包含完整的电流和力曲线信息，方便进一步分析处理。而在铁电研究领域，所有的Asylum Research AFMs都配备了高灵敏度、用于共振增强PFM测量的软件，其中包括双AC共振跟踪（DART）模式或Band Excitation选项。两个（或更多）追踪频率的引入可以减小由于形貌起伏带来的接触共振频率变化，确保针尖信号与形貌变化无关。DART模式扩大样品选取范围，使得形貌对结果的干扰降低了，同时减小了接触共振对探针-样品的磨损。压电响应的另一个问题就是新型材料（如氧化铪）的压电系数太小了，即使是AFM善于在纳米尺度观测突变，也很难实现清晰，高信噪比的扫描。所以牛津仪器Asylum Research针对性提供高压PFM模块。对于MFP-3D Origin+ AFM为±220 V，对于MFP-3D 和Cypher系列AFMs为±150 V，让原本皮米级别的响应变得更清晰可见。牛津仪器AFM特点2：优秀的环境控制许多材料会不可逆转地受到表面与周围氧气或水蒸气的影响，这可能导致样品退化或测量结果不可靠。在新能源与锂电池领域，保护样品，防止环境因素产生不可控变化显得显得尤为重要。对于MFP-3D系列AFM，可以使用封闭的流体腔来实现环境隔离。而对于Cypher ES AFM，则可以使用液体/灌注专用holder来实现环境隔离。这类设计可以确保在测量过程中，样品不会同周围的环境之间有任何直接接触，从而保证材料的原始状态，提高测量结果的准确性和可靠性。而通过更换载物台（PolyHeater或者CoolerHeater），可以实现对样品最低从0°C到最高250°C的环境温度控制。如果样品在大气下极不稳定，需要更极致的环境隔离方案，则可以选择将AFM整机置于充满保护气体的环境中进行测试。Turnkey Glovebox Solutions为MFP-3D和Cypher系列AFM提供了完全的环境隔离解决方案。牛津仪器AFM特点3：MFP-3D 对于光伏领域的特别支持为了适应愈发灵活的光伏检测体系，并改进对光活性材料系统的表征，MFP-3D AFM有特别的选配方案，并构建了一个灵活的光伏一站式平台。这个平台通过将可定制的样品照明激发模块，安装在AFM的底部，然后在MFP-3D已有的各种测试功能中集成照射样品激发功能，使得可以在多种AFM模式和环境中进行高分辨率表征。其参数及特点包括：光纤耦合LED允许最大照度 1太阳，照度控制步长为1％（如图7所示）支持商用的适配器板，可以轻松容纳外部光源，例如Hg-Xe灯开放式设计允许在光路中插入Ø 1〞组件，例如滤光片、偏振器和光阑快速释放适配器可让您在几秒钟内在多个光源和光纤之间切换与MFP-3D 所有的环控附件完美兼容，包括加热、冷却和湿度控制等MFP-3D PV（Photovoltaics）选配的光学元件放置在样品台下面的底座，带有铰链门，便于用内置的LED灯照明样品。样品可以用MFP-3D附随的LED照明器或是用户自己提供的光源照明。通过具有可调节聚焦的透镜将光聚焦到样品上，从而适应一系列不同厚度的样品。同时，插入点允许添加滤镜、偏振器和其他组件获得额外的实验灵活性。使用光伏选配方案，为可视化纳米尺度实时光电响应与定量分析光激发提供了有力的支持。在对新型光伏材料表征技术不断提出新需求的当下，建立了多模态联用的新思路。图 7：氧化铟锡（ITO）衬底上退火的聚(3-己基噻吩)和苯基-C61-丁酸甲酯（P3HT:PCBM）体异质结层使用了ORCA模式，在-1V的偏压下对体异质结层样品进行成像。在测量过程中，打开和关闭530nm的照明光源，同时以1%的增量增加强度（全功率约为0.9 W/cm² ）。图像的横截面显示了测量电流对光强度的依赖性，并且对光强度的微小变化具有很高的灵敏度。2 有机半导体以聚合物和有机小分子为基础的有机太阳能电池，作为下一代光伏技术，具有广阔的前景。其原料来源广泛，绿色环保，性能优秀，且可通过低成本的处理技术（如溶液处理或蒸镀）进行制造。目前，这些电池已达到最低的商用转换效率标准（10%）, 而要继续推进商业化，关键是增加电池寿命，突破只有几年的服役时长障碍 10。因此，理解其性能如何因光线、热量和其他环境因素而退化至关重要。AFM可以从微观尺度测量设备局部结构和性能变化等重要信息，有助于解决上述问题11。2.1体异质结（BHJ）形貌成像有机太阳能电池通常使用体异质结（BHJ）光吸收剂，这是一种自组装的纳米网络结构，由给体和受体材料组成。其转化效率强烈依赖于网络的特定相分离和连通性，不幸的是，现阶段预测给定合成路线所生成的结构，都仍然具有挑战性。更不用说，探究形态是如何通过各种老化机制发生改变的难题。因此，表征BHJ薄膜的微纳米尺度的形态，探究其中关联性是至关重要的。扫描电子显微镜（SEM）是一种广泛使用的选择，但要保证足够清晰的对比度通常会造成样品损伤。而AFM成像几乎是无损的，可以在各种环境条件下，揭示BHJ组分的大小和分散性，并探索处理流程中变量（例如溶剂蒸发速率和退火）的影响。（图8）。有机材料上的形貌图通常在轻敲模式下扫描，这种模式施加的横向和垂直作用力极其温和。较低的力不仅可以减小样品损伤，而且由于较小的探针-样品接触面积，还可以实现更高的空间分辨率。如果使用非常小的悬臂梁配合新型快速扫描AFM，则可以控制低至亚皮牛级的力，这对于易变形的脆性聚合物非常有帮助。BHJ形态也可以用感知力学性质的AFM模式进行表征。例如，轻敲模式的相位图可以区分在混合物不同组分之间精细的结构细节。通过力曲线获得的弹性模量图还可以显示相分离和分散（图9）。其他纳米力学模式不仅可以进行快速定性成像，而且还可以定量测量弹性和粘性响应。特别是，新型双模轻敲技术（例如AM-FM模式）可以实现高分辨率的快速成像14。图 8：氟化调节性能在共轭聚合物主链中用氟代替氢可以提高转化效率和耐用性。在这里，就探究这种效果进对四个窄带隙聚合物进行了系统研究：PF-0无氟，PF-1a和PF-1b具有中剂量氟和不同的区域选择性，而PF-2具有最多的氟12。使用不同剂量溶剂添加剂DIO获得了聚合物/PC70BM的溶液处理薄膜。PF-1a混合物的形貌图表明，少量的DIO增加了相分离，从而提高了功率转换效率，但更高DIO浓度产生了次优形态。图像显示，所有四个混合物的均方根粗糙度随着氟含量的增加而增加，这可能是因为团聚增强了。通过MFP-3D AFM在轻敲模式下获得，扫描范围为5微米12。图 9：评估分子量效应本研究旨在探究不同聚合物链数平均分子量的PDPP4T-TT和苯基-C61-丁酸甲基酯(PCBM)混合物薄膜的杨氏模量分布。通过力曲线成像获取的分布图，可以区分出BHJ相。其中较低的模量对应于PDPP4T-TT，较高的模量对应于PCBM(插图显示了相应的轻敲模式形貌图)。对于中等分子量的薄膜观察到的大片PCBM域表明，在旋铸过程中通过垂直分离而产生的富含PCBM的表面。这个结果可以解释使用这种薄膜制造的晶体管测量到的异常低的串联电阻值。相比之下，其他薄膜中的相看起来很好地混合在一起，从而产生了具有更高的串联电阻。通过Cypher AFM获取，扫描范围为3微米13。2.2 纳米尺度光电响应成像理解有机半导体的电荷注入、传输、捕获和复合仍然是提高效率并减少性能退化的研究关键点。AFM在纳米尺度的光响应成像可以提供有关潜在机制的宝贵信息，并精确定位BHJ中每个过程发生的地点。使用CAFM和pcAFM对有机半导体成像可以在纳米尺度呈现，供体-受体混合物中获得光电流的状态和电荷传输网络。这些模式因此可以帮助确定微观结构各向异性、光强度或其他参数在光电转换中扮演的角色（图10）。然而，有机半导体的脆弱和相对柔软的特性使其容易受到传统接触式（CAFM和pcAFM）施加横向力的影响。同时，接触模式对样品和针尖的磨损会影响测量电流的稳定性，让数据难以重复，使图像的解释变得更加复杂。为了解决这些问题，近年来已经发展出了快速电流成像技术。快速电流成像技术会驱动悬臂梁在垂向上进行连续正弦运动，同时在横向方向进行移动扫描，最终形成一个快速力曲线阵列并在每一个点都记录了测量电流。当在光照下测量时，可以轻易地将形貌和电流数据相关联，从而揭示出局部结构-性质关系。事实上，只要保存过时间对电流和探针偏转的完整曲线，研究者们还可以通过软件对数据进行更高阶的分析。EFM和KPFM为有机半导体的电学表征提供了许多优势。使用EFM测量电容梯度的局部变化或使用KPFM测量表面电势，可以探索优化器件性能或提高长期稳定性的方法。这些基于非接触性质的模式大大减小了由探针功函数产生的能量屏障效应，因此可以实现开路响应的测量。然而，由于双通道扫描需要每行数据都扫描两次才能获得EFM和KPFM图像，这需要花费好几分钟的时间，所以它们更适合研究相对较慢的过程。对于更快的过程，例如毫秒到秒级别的电荷注入和载流子扩散，可能需要使用其他的电学模式进行研究。例如，FM-EFM以及悬臂梁振荡成像等技术，通过测量功率耗散和电荷捕获的局部变化，来研究光化学降解过程15。此外，还有一些更高阶的方法，如时间分辨EFM和混频KPFM，已经能够对有机半导体和钙钛矿中的局部载流子寿命、光诱导充电速率以及热退火效应进行动态研究15,16。尽管这些技术并非常规AFM的标准配置，但它们却突显了Asylum AFM基于开源软件平台的优势。事实上，Asylum的所有AFM都提供了开放控制架构，为优化数据采集和分析程序提供了无限可能，例如将测量与照明同步启动然后自动化批处理数据。图 10：探索P3HT:PCBM中光电流的异质性本研究测量了聚(3-己基噻吩) (P3HT)和PCBM混合物中的pcAFM电流图像，图像显示了具有较高和较低电导率的区域。并在暗处和照明时(~0.09 W/cm2, 530 nm)测量了画圈位置的I-V曲线。在这两种情况下，电流都随着电压低于-0.3 V时而增加，然后在正偏压下过渡到更高的电阻。其中一些位置，电流量取决于照明条件（黑色和蓝色圆圈），而在另一些位置（绿色圆圈）始终很高。使用PV选配方案和ORCA附件在MFP-3D AFM上获取，扫描范围为1微米17。。2.3 优化中间层有机太阳能电池通常包含附加层，用于提取和接收电荷以及控制表面重组。为了优化性能，先期使用AFM获得的纳米尺度信息，来设计界面层是不可或缺的步骤。例如，形貌图可以评估由于中间层加入而引起的BHJ形态变化，这将会影响载流子复合效率17。此外，EFM和KPFM的跨界面成像可以提供设计中间层所需的信息，使得中间层能够更好地排列从光吸收器到电极的电场和能级。中间层可以通过翻转几何形状或完全封装等方法来提高器件的稳定性。而要模拟设备失效和老化，环境控制功能十分重要，环控功能允许器件被惰性气体包围，并在现实或增强湿度条件下进行实验（图11）。温控是AFM环境控制的另一个重要方面；使用专门的载物台架可以实现高达几百度稳定、精确的温度变化。基于AFM环控功能在微观尺度对于设备稳定性和寿命研究，将推进设备商用化的进程。图 11：表征湿度相关效应P型金属氧化物可以作为有机太阳能电池中有效的空穴提取层，但不同环境条件对它们电学性能的影响尚不完全了解。本研究探究多晶NiOx薄膜在不同环境条件下的电学性能。KPFM结果发现在相对湿度变化时，表面电势呈现出纳米级空间变化。随着相对湿度的增加，表面电势的平均值降低，而形貌特征的平均尺寸增大。这种行为与水在薄膜表面吸附而导致的电荷屏蔽相一致。观察到的表面电势空间不规则性最可能是由于对暴露的不同取向晶粒的不均匀化学吸附引起的。通过Cypher AFM上获取，扫描范围为1微米。数据来源于橡树岭国家实验室纳米材料科学中心18。总结光伏技术的发展正逐渐满足世界日益增长的能源需求。基于钙钛矿和有机半导体的器件也迸发了更多的可能。实现原料丰富、低成本的可再生能源技术已经近在眼前，然而，要实现这一目标，我们需要更先进的表征手段来改进下一代光伏材料。牛津仪器AFM提供了多样模式，可以在黑暗和可变照明下呈现设备纳米级结构和功能响应。结合更高的空间分辨率、更快的成像速度和更完善的环境控制，这些优势将使AFM成为光伏领域不可或缺的工具。通过使用AFM，我们可以更好地了解光伏材料的性能和稳定性，从而为新一代光伏技术的研发提供有力支持。了解更多Asylum网站列举了AFM在常见研究方向中的应用。这些页面包括相关的应用笔记，网络研讨会和选定的出版物。详情请查看：“原子力为纳米尺度电学表征添砖加瓦” –http://AFM.oxinst.com/Nanoelectrical“原子力显微镜对压电铁电研究的进展” – http://AFM.oxinst.com/PFM参考文献1. A. Polman, M. Knight, E. C. Garnett, B. Ehrler, and W. C. Sinke, Science 352, aad4424 (2016).2. E. M. Tennyson, J. M. Howard, and M. S. Leite, ACSEnergy Lett. 2, 1825 (2017).3. Y. Kutes, Y. Zhou, J. L. Bosse, J. Steffes, N. P. Padture, and B. D. Huey, Nano Lett. 16, 3434 (2016).4. J. Li, B. Huang, E. N. Esfahani, L. Wei, J. Yao, J. Zhao, and W. Chen, npj Quantum Materials 2, 56 (2017).5. N. D. Pham, V. T. Tiong, D. Yao, W. Martens, A. Guerrero, J. Bisquert, and H. Wang, Nano Energy 41, 476 (2017).6. Y. Shao, Y. Fang, T. Li, Q. Wang, Q. Dong, Y. Deng, Y. Yuan, H. Wei, M. Wang, A. Gruverman, J. Shield, and J. Huang, Energy Environ. Sci. 9, 1752 (2016).7. D. Moerman, G. E. Eperon, J. T. Precht, and D. S. Ginger, Chem. Mater. 29, 5484 (2017).8. I. M. Hermes, S. A. Bretschneider, V. W. Bergmann, D. Li, A. Klasen, J. Mars, W. Tremel, F. Laquai, H.-J. Butt, M. Mezger, R. Berger, B. J. Rodriguez, and S. A. L. Weber, J. Phys. Chem. C 120, 5724 (2016).9. J. Ciro, S. Mesa, J. I. Uribe, M. A. Mejia-Escobar, D. Ramirez, J. F. Montoya, R. Betancur, H.-S. Yoo, N.-G. Park, and F. Jaramillo, Nanoscale 9, 9440 (2017).10. J. R. O’Dea, L. M. Brown, N. Hoepker, J. A. Marohn, and S. Sadewasser, MRS Bull. 37, 642 (2012).11. M. Pfannmoeller, W. Kowalsky, and R. R. Schroeder, Energy Environ. Sci. 6, 2871 (2013).12. J. Yuan, M. J. Ford, Y. Zhang, H. Dong, Z. Li, Y. Li, T.-Q. Nguyen, G. Bazan, and W. Ma, Chem. Mater. 29, 1758 (2017).13. A. Gasperini, X. A. Jeanbourquin, and K. Sivula, J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 54, 2245 (2016).14. M. Kocun, A. Labuda, W. Meinhold, I. Revenko, and R. Proksch, ACS Nano 11, 10097 (2017).15. R. Giridharagopal, P. A. Cox, and D. S. Ginger, Acc. Chem. Res. 49, 1769 (2016).16. J. L. Garrett, E. M. Tennyson, M. Hu, J. Huang, J. N. Munday, and M. S. Leite, Nano Lett. 17, 2554 (2017).17.T.-H. Lai, S.-W. Tsang, J. R. Manders, S. Chen, and F. So, Mater. Today 16, 424 (2013).18. C. B. Jacobs, A. V. Ievlev, L. F. Collins, E. S. Muckley, P. C. Joshi, I. N. Ivanov, J. Photonics Energy 6, 038001 (2016).致谢感谢R. Giridharagopal, B. Huey, and H. Phan for valuable discussions and L. Collins, R. Giridharagopal, D. Ginger, A. Gruverman, I. Hermes, B. Huey, J. Huang, I. Ivanov, F. Jaramillo, D. Moerman, N. Pham, Y. Shao, K. Sivula, V. Tiong, H. Wang, S. Weber, and J. Yuan 等人提供的图像支持。

根据MarketsandMarkets最新发布的市场报告显示：2014年全球显微镜市场为40.658亿美元，到2019年将增长到57.56亿美元，年均复合增长率为7.2%。 　　随着全球对于纳米技术的关注，政府和企业资金的良好支持，以及技术进步，如高分辨率显微镜、高通量技术和数字化显微镜等都在推动显微镜市场的增长。然而，高端显微镜昂贵的价格、美国政府征收的消费税，以及医疗器械沉重的关税都阻碍着这一市场的增长。 　　按照产品类别来分，显微镜市场分为光学显微镜、共聚焦显微镜、电子显微镜和扫描探针显微镜。光学显微镜进一步划分为荧光显微镜(FM)和超分辨率显微镜。荧光显微镜分为全内反射荧光显微镜(TIRF)、荧光共振能量转移显微镜(FRET)、荧光漂白后恢复显微镜(FRAP)、以及荧光寿命成像显微镜(FLIM)。 　　超分辨显微镜分为随机光学重建显微镜(STORM)、结构化照明显微镜(SIM)、受激发射损耗显微镜(STED)、相干反斯托克斯拉曼散射显微镜(CARS)、光活化定位显微镜(PALM)和可逆饱和光荧光转移显微镜(RESOLFT)。共聚焦显微镜包括多光子显微镜和旋转盘共聚焦显微镜。 　　电子显微镜分为扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)。 　　扫描探针显微镜(SPM)则分为扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)，以及近场光学显微镜(NSOM)。2014年，光学显微镜占全球显微镜市场最大的份额，达到39.5%。 　　显微镜的应用市场分为半导体、生命科学、纳米技术和材料科学。其中纳米技术是增长最快的应用市场。根据终端用户划分，显微镜市场分为学术机构、生产制造和其他(政府研究机构和私营实验室)，其中学术机构是占市场份额最大的终端用户。 　　根据区域划分，显微镜市场分为北美、欧洲、亚太和其他地区(RoW)。其他地区包括巴西、阿根廷、墨西哥和其他拉美地区。2014年，北美地区的显微镜市场份额最大，其次是欧洲。预计未来5年，这两个市场的增长率都为低个位数。 　　然而，亚太区预计将保持较高的增长率，因为这一区域有着巨大的投资机遇。亚太区显微镜市场的增长将来自于中国、澳大利亚，以及中东地区的国家。（编译：秦丽娟）