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  • “超分辨光學微納顯微成像技術”背后的故事

    作者:金鷺 來源:寧波日報 時間:2020-01-13 10:23 閱讀:299 [投稿]
    憑著“超分辨光學微納顯微成像技術”項目,永新光學讓中國制造站在了國際光學行業的金字塔尖,捧得國家技術發明二等獎。

    人類到底能看到多“小”的微觀世界?光學顯微技術一直被認為存在一個極限,業界普遍認為,小于200納米的生命體無法在存活狀態下被人類所觀測,這也阻礙了新藥研發、疾病研究的步伐。

    如今,解決這一難題的關鍵技術在寧波落地。“永新光學在核心部件的設計與制備技術上取得突破,與浙江大學共同破解了超分辨成像技術瓶頸,將光學顯微鏡分辨率做到了100納米以內。”寧波永新光學股份有限公司總經理毛磊告訴記者。

    憑著“超分辨光學微納顯微成像技術”項目,永新光學讓中國制造站在了國際光學行業的金字塔尖,捧得國家技術發明二等獎。

    破一道物理學的“墻”

    在當今生物學和基礎醫學研究中,超分辨光學顯微鏡發揮著不可替代的作用。

    由于存在光學衍射極限,尺寸小于200納米的物體只能借助電子顯微鏡進行觀測。但電子顯微鏡需要在真空中使用,無法用來觀察活的樣本,使得病毒、生物大分子等微型生命體的運動成了謎。

    為了破開這道物理學的“墻”,全球在光學顯微領域開展科研攻關。2014年的諾貝爾化學獎獲得者提出“用時間換取空間”,利用熒光標記多次拍攝,重疊后獲得顯微圖像,引發了常溫下活體生物研究的革命。

    “近幾年,全球超分辨率顯微鏡市場復合增長率超過了23.7%,中國對該技術的需求也日漸增大,但中國高端超分辨率顯微鏡制造業在過去很長一段時間處于空白狀態。”毛磊說。

    況且,國外無論是何種技術,觀測的都是被特殊染料標記過的細胞結構,會對活細胞的結構造成一定影響。由國外生產的超分辨光學顯微鏡價格也高得令人咋舌,普遍在200萬元以上。

    作為生命科學和材料科學研究的利器,光學顯微鏡核心技術的缺失,嚴重制約了相關前沿領域的重大科學發現和技術創新。

    走一條自主創新的“路”

    永新光學決定走一條自主創新道路。2016年開始,永新光學牽頭聯合浙江大學等單位,以關鍵核心技術和部件研發為突破口,向這座科技高峰發起突擊。

    “幾年里,我們做了數十只鏡頭,記錄下了每個零件、每道工序的詳細數據,積累了上萬套資料和數據。”毛磊說,在最關鍵的物鏡制造上,一個環節出現問題,就會導致整個鏡頭“罷工”。靠科研人員用雙手一遍一遍地磨制,手和研磨機需高度配合,絕對不能有一絲一毫的誤差。

    2019年,第一臺超分辨顯微系統樣機在寧波誕生。在永新光學的展廳里,記者看到了這臺濃縮著近百位科研人員心血的機器,透過電腦屏幕,100納米級的細胞結構清晰可見。

    “這臺樣機應用的是移頻技術,通過多角度、高低頻轉換突破光學極限,并實現普適性熒光標記成像。”毛磊說,這是一項與國外完全不同的原創技術,建立了我國自有的超分辨技術體系。

    在超分辨工程實踐研究方面,毛磊團隊還突破了核心部件設計與制備的技術瓶頸,完成了大孔徑物鏡等核心部件的批量化生產。下一步,他們還將申請首臺套,將技術進一步向產品、商品轉化。

    磨一顆高質量“匠心”

    創立20多年,這家立足于細分領域默默耕耘的民營企業,有著寧波民企特有的印記,用一份匠心像打磨鏡片一樣打磨著自己的“內功”。

    為嫦娥探月衛星提供了“千里眼”,記錄下了其在“廣寒宮”表面降落時驚心動魄的畫面;主導制訂的ISO9345顯微鏡國際標準于2019年3月正式發布,這是中國人主導的首部顯微鏡領域的國際標準,有效提升了我國光學儀器行業的國際影響力。

    如今,永新光學已經打造了“NEXCOPE”“NOVEL”“江南”等國內知名品牌,年產顯微鏡10余萬臺、光學元件組件數千萬件,是新美亞、尼康、徠卡相機、徠卡顯微系統、蔡司、捷普等眾多國際知名企業的長期合作伙伴和核心部件供應商。

    除了生物科學、生物制藥和醫療診斷領域,永新光學所生產的顯微光學產品還在工業材料研究、學校教學和科學普及領域起到舉足輕重的作用。

    毛磊滿懷信心地說,永新光學會一直用匠心和服務深耕精密儀器市場,用先進的技術與產品為寧波創造乃至中國創造提供助力。

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