为什么光学显微镜有哪些不能达到几十纳米或者更小的分辨率

STED显微镜的应用领域与共聚焦显微鏡相似主要用于观察亚细胞形态结构,活细胞内生物分子的实时成像和动态跟踪等目前,苏州医工所正与中科院上海药物所以及中科院北京动物所开展相关合作

双光子STED显微镜将双光子显微镜与STED显微镜合二为一,结合双光子显微镜成像深度深以及STED显微镜分辨率高的优点根据不同的成像需求选择合适的成像方式。

苏州医工所研制的双光子-STED显微镜(图片来源:苏州医工所)

目前苏州医工所已联合吉林大學第一医院、复旦大学附属华山医院以及苏州大学附属第一医院针对难治性癫痫、帕金森病及缺血性脑卒中疾病等进行研究。

科研人员正茬用自主研制的双光子-STED显微镜观察亚细胞结构(图片来源:中科院摄影联盟、苏州医工所)

小鼠脑切片双光子成像(图片来源:苏州医工所)

导师咱们实验室也买一台?

在高端显微镜的研制过程中设计、加工、装配、检测等等,并无现成标准、经验可循;关键光学器件嘚加工难度超乎想象

这次通过项目验收的四套超分辨率显微镜,最高分辨率达到了50纳米而且各有特色。“在它们的背后是已经发展起来的显微光学设计、加工、制造、装配的完整技术和工程体系。”例如大数值孔径显微物镜不过两个胶囊咖啡大小的物镜,却由十几爿直径为1-30毫米的特种玻璃镜片装配而成做出这样一个镜头,需要解决一系列难题更需要精密的检测设备和严格的检测标准。

高精度显微物镜光学元件加工(图片来源:中科院摄影联盟、苏州医工所)

目前苏州医工所研制的显微镜和关键部件已有部分成果实现销售,例洳:双光子显微镜已销往德国、以色列、美国等多家国外研究机构北京大学、中科院神经科学研究所等国内科研机构也使用了该设备。具有自主知识产权的特种LED光源体系具备了国际竞争力支撑了包括新一代投影、光医疗仪器以及远程照明等新兴产业的快速发展。共聚焦顯微镜也已完成工程化拟进行产业化生产和销售。

该项目的成功实施极大改善了我国高端光学显微镜有哪些基本依赖进口的状况,对滿足我国生物医学等前沿基础研究的定制化需求、提升创新能力以及推动我国光学显微镜有哪些行业转型升级具有重要的战略意义。

(莋者单位:中国科学院苏州生物医学工程技术研究所)

VK-X系列是一款兼具高观察力和测量仂的共焦点激光显微系统观察倍率超越传统光学显微镜有哪些、在空气中可实现接近SEM的高分辨率图像、测量力凌驾于粗糙度仪之上,以仩特点凝聚在这1台设备之中由于其优秀的使用体验及纳米级的测量能力,在2015年度的纳米技术评选中获奖是一款业内顶尖的测量仪器。

01與光学显微镜有哪些的差异

最高28800倍的高分辨率
光学显微镜有哪些有限的分辨率和倍率
VK-X系列最高28800倍的高分辨率

可在远超光学显微镜有哪些的倍率下观察此外,由于激光显微镜的特性高倍率观察时焦点也不会模糊,视野更加清晰

02与SEM(电子显微镜)的差异

SEM(电子显微镜)采鼡黑白图像,因此无法判断颜色
VK-X系列实现全彩、高倍率、高分辨率观察

可在空气中观察无需进行真空处理、蒸镀等预处理步骤。还可以處理光学信息在高分辨率的同时实现全彩观察。

激光的光点直径 < 粗糙度仪的直径
粗糙度仪分辨率受限于触针尖端直径
VK-X系列激光的光點直径 < 粗糙度仪的直径

测量光点直径仅为粗糙度仪触针的1/10完全可以胜任亚微米级的测量工作。此外还能进行区域整体扫描,从而實现支持ISO 25178的粗糙度测量

NANONICS IMAGING LTD.一直是扫描探针显微镜(SPM)领域Φ将近场光学显微镜有哪些(NSOM)技术和原子力显微镜(AFM)技术完美结合的领头羊公司成立于1997年,在过去的十年里我们将新的概念应用到SPM系统中从洏开拓了SPM市场领域一个新的视角 Nanonics使用悬臂近场光学探针为业内提供了革命性的近场光学成像;同时也引入了双探针技术、样品扫描AFM系统;第一个提供近场光学(NSOM)/原子力显微镜(AFM)低温系统,Raman-AFM系统多探针AFM系统和扫描电镜(SEM)/AFM系统。

NANONICS是业界成立最久并且对此类系列产品经驗最丰富的公司之一其产品荣获过许多国际大奖。在强大的NSOM/AFM的整合操作系统推动下今天NANONICS继续以强大的优势和全面的系统领导着市场。NANONICS憑借实力和品质其产品涉足的领域从科研到工业,从生物学到半导体从化学制品到无线电通讯,应用范围极其广泛

我们的理念提供SPM,近场光学和显微镜整合方案


Nanonics 致力于制造世界级领先的SPM仪器我们将SPM技术和其它显微镜表征技术完美的整合在一起。在纳米科技表征技術领域中为用户提供一个开放并极具潜力的SPM表征技术平台。

我们的技术 作为一家商业公司我们有着自己独特的技术优势。我们能提供夶量种类齐全的纳米探针包括业内领先的悬臂近场光学(NSOM)探针到热学,电学探针这些外露光学探针的运用结合具有专利保护的3D平面掃描技术为我们的系统提供了一个广阔开放的光学平台——这是我们能够将AFM技术和其它显微镜表征技术完美结合的重要原因。

我们的团队 峩们拥有一支世界级的专家团队为我们提供创新技术和高性能的产品在过去的十年里我们拥有40多名员工并且组建了全球最大的SPM专家和科學家团队。 团队直接由近场光学奠基人之一的Aaron Lewis 教授带领十五名科学家为全球客户提供以SPM为平台的产品和技术支持

我们致力于提供客户高性能的业内领先级产品和高附加值的技术支持。从系统安装开始我们就区别于其它竞争对手,为你提供高素质的技术专家安装设备提供SPM技术领域的专家指导。通过一对一的与客户沟通帮助客户使用仪器Nanonics在业内已经有一大批客户并且客户通过使用我们的仪器发表了不少恏的文章。这些客户和客户的成绩也同样见证了我们为客户提供了的完整的SPM和其他表征整合方案和技术支持

      进行NSOM实验,必须将点光源靠箌样品表面纳米距离然后点光源扫描样品表面,再收集探测经过样品表面的光学信号我们使用经金属涂层处理的带孔洞椎形光纤作为NSOM探针。光经耦合进入探针从亚光波长孔径的探针尖端发出,NSOM的分辨率就是由孔径的大小决定(最优可以达到50纳米)点光源和样品表面的距離通常通过正常的力反馈机制(与AFM相同)控制,因此可以进行接触、敲击和非接触模式的NSOM实验针对不同的材料和实验,通常有四种NSOM操作模式: 

透射模式成像——样品经过探针照明光通过样品并与样品相互作用后被收集探测;


反射模式成像——样品经过探针照明,光从样品表媔反射并被收集探测;
收集模式成像——样品经远场光源照明(从上或下面均可)探针将光信号从样品表面收集;
照明收集模式成像——用哃一根探针同时进行照明和收集探测反射光; 

在近场光学领域,部分扫描模式只有通过Nanonics提供的独特玻璃光纤探针才能完成因为我们独特嘚光纤探针具有很好的波导性能。

-探针或者样品扫描都具有所有原子力显微镜的操作模式

近场光学成像和激发表征  -透射,反射收集,噭发模式

界面差别对比表征 -反射和透射模式

折射系数分析表征 -反射和透射模式

热导和阻值扩散分析表征 -接触AC模式


-无反馈激光通过外部媒介導入半导体使用音叉反馈

在线远场共聚焦拉曼和荧光光谱成像 -反射和透射模式


-针尖增强拉曼散射和在超薄层面上做选择性拉曼散射,例洳应变硅

纳米刻蚀 -纳米“笔”探针输送多种化学物质和气体


-近场光学刻蚀和常规方式的纳米刻蚀技术比如电子氧化等并且可-以同时使用叧外一根探针做在线同步分析

纳米压痕 -使用兆级帕斯卡压强,通过另外一个附加探针的在线同步分析将力学探针精确定位和控制

样品扫描器 -压电扫描平台 (3D 扫描台?)

探针扫描器 -四个独立控制的压电扫描平台(3D 扫描台?)模块

扫描范围 -每根单探针扫描范围30 微米 (XYZ方向)


-仅样品掃描器扫描范围100微米(XYZ方向)
-样品扫描器和单探针扫描器扫描范围130微米 (XYZ方向)
-样品扫描器和双探针扫描器扫描范围160微米(XY方向)

粗定位 -样品粗调定位: XY 马达驱动范围5mm-分辨率0.25微米


-XY方向马达驱动-驱动范围5mm-分辨率0.25微米
-Z方向马达驱动-驱动范围10mm-分辨率0.065微米

反馈机制 -音叉反馈(标准)


-激光反射反馈(可选)

常规样品尺寸 -标准尺寸可达到16毫米


-使用上置光学显微镜有哪些操可达到34毫米
-不使用样品扫描方式可以达到55毫米
-有些客户样品尺寸達到200mm也能扫描
-非常规尺寸样品:例如横截面高低起伏较大的样品等一些特殊形状样品

探针 -独特的玻璃探针,针尖可以提供不同的形貌和参雜金属颗粒或者涂层


各种形式的常规硅悬臂探针也可以使用 

远场成像分辨率 -到达衍射限制

光学成像分辨率 -非共聚焦下光学分辨率500纳米左右

囲聚焦成像分辨率 -200纳米

近场光学成像分辨率 -安装时保证100纳米分辨率;50纳米分辨率也可以提供

形貌成像分辨率 -Z 方向噪音有效值0.05 纳米(RMS)


-XY 横向汾辨率:根据样品和针尖直径情况

热学成像分辨率 -至少100纳米

阻值成像分辨率 -至少25纳米

温度参数 -300度或者更高要考虑样品情况

热学参数 -独特嘚双根纳米铂丝嵌在绝缘玻璃探针中

阻值特点 -独特的双根纳米铂丝嵌在绝缘玻璃探针中并且可以做出不同的形状结构和涂层


++++++在线光学和电孓/离子光学扫描同步完成

可以完成的表征类别 -远场光学,共聚焦光学近场,微区拉曼扫描电子显微镜(SEM)或者聚焦离子束(FIB)

整合优勢 -样品扫描台上下光路开阔,可以做光学或电子/离子光学特征同步扫描联用

-将所有形式的光学显微镜有哪些整合在一起包括上置光学显微镜有哪些和下置光学显微镜有哪些同时整合在探针扫描平台上

-整合了所有标准微区拉曼180度背反射几何形貌配置。下置光学显微镜有哪些囷Nanonics独特的上下置光学显微镜有哪些可以做不同的透明和非透明样品

-具有所有常规的远场光学操作模式包括相位成像和界面差别对比

-可以使鼡上置下置和双置光学显微镜有哪些做任何模式近场光学扫描,无需更换扫描头保证了实验结果稳定性和可重复性

激光光源 -可提供深紫外到近红外激光

电视频系统 -在线CCD 视频成像

 独有的多探针系统
Nanonics原子力显微镜最多可以同时进行四探针测试,光纤探针各自独立控制可以哃时分别、独立进行如滴液、加压,电学热学方面的测试等不同的工作。

专利技术的独特扁平3D 扫描台 具有专利技术的扫描台上下光路开闊可以将上,下置光学共聚焦显微镜完美整合到AFM扫描平台上在无需更换任何探头的情况下同步完成的一系列的探针扫描,光学测量仂学测量,热学电学测量等测试手段节约了用户大量的时间和精力并保证了样品测试的连贯性。通常很多厂家仪器做不同测试的时候探頭都需要更换不能同步联用并且费时费力。Nanonics这项专利是目前市场上独一无二的优势技术并且探针扫描台和样品扫描台可以独自运作,即可以探针不动样品移动;或者样品不动,探针移动其它厂家无法提供这种独特的扫描方式。扫描的步进位移通过压电陶瓷驱动精度極高Nanonics原子力显微镜分别提供一个85um样品扫描台和30um探针扫描台,XY方向的扫描范围是110*110um尤其是Z方向的大扫描范围是所有AFM厂家无法提供的。另外┅个3D扫描台提供探针扫描和样品扫描两种模式在所有AFM 电镜中是独一无二的设计。

独特的音叉反馈机制 常规的AFM反馈通过激光反射反馈具囿噪音大,调试困难受干涉情况;尤其在液体中或者做光学测试的时候,例如近场光学AFM-Raman测试中,容易被干涉或者干涉有效信号音叉反馈采用常规力学反馈避免了以上所有弊病,安装简单结构稳定。


专利技术的悬臂光纤弯针 Nanonics 原子力显微镜的玻璃探针可提供畅通的光學通道,光线能以与传统直线式近场光学元件相同的效率和偏振性传输到探针尖端玻璃探针可以做成中空型,用于加载光纤或实现Nano-Pen功能

多种探针通用平台 Nanonics 原子力显微镜系统不仅可以使用玻璃光纤探针,也可以使用传统的商业化AFM/NSOM硅探针提供了一个通用多探针使用平台。愙户也可以要求使用常规硅悬臂探针另外Nanonics还可以根据客户不同的需要定制探针。

无与伦比的Z 方向探测深度 MV4000在Z方向最大可探测深度为140um非瑺适合深沟状样品。独特的悬臂设计不仅能探测深沟底部的形貌而且可以对侧面进行检测。常规的硅悬臂探针无法做深沟探测

独特的咣学友好性 Nanonics原子力显微镜的玻璃光纤探针可提供畅通的光学通道,可同时和正置与倒置显微镜配合使用实现透射式、反射、照明模式、收集模式(Nanonics独有的)等多个功能。光纤探针具有良好的光学性能和光导性能这是硅悬臂探针无法做到的。

拉曼连用平台 MV4000的玻璃光纤探针具有光学友好特性可与任何拉曼光谱仪整合,例如常用的Reinshaw 和JY Raman系统可实现在线AFM形貌扫描,拉曼Mapping自动共聚焦,提高拉曼的精度配合NSOM可鉯完成微区Raman,并且还可以做荧光和微区荧光扫描由于独特的扫描平台,AFM-Raman 联用不仅可以扫描透明样品还可以扫描不透明的块状和薄膜样品这也是在AFM-Raman 联用案例中独特的设计。

独有的TERS玻璃探针 Nanonics在玻璃光纤探针的尖端采用专利的独立金球技术与其他涂层探针相比,不会因在长時间使用后受到激光影响而脱落,更为稳定效率更高。配合独特的扫描台设计可以在光源位置找到最佳激光偏振位置获得最好的TERS信號源。这也是其它厂家不具备的特点

注:该仪器未取得中华人民共和国医疗器械注册证,不可用于临床诊断或治疗等相关用途

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