中国电子显微镜入围科技界“奥斯卡”

 永兰      

北京时间2020年9月22日,在世界范围内被誉为科技创新“奥斯卡”的“R&D 100”奖评选委员会在官网上公布了2020年度“R&D 100”奖入围名单,中国科技企业聚束科技(北京)有限公司(以下简称“聚束科技”)独立研发并拥有自主知识产权的高通量扫描电子显微镜Navigator-100强势入围。此次入围,一定程度上宣告了成立仅仅5年的聚束科技通过强大的创新实力,让国产高科技产品追赶国际的时代一去不返,【中国创造】引跑国际电子显微镜行业,已获得世界权威认证。


“R&D100大奖”是《R&D杂志》标志性年度大奖,有着近60年的历史,是世界公认的“创新发明界奥斯卡”。100是指每年在全球范围内,以显著科技突破性、创新独特性及应用实用性3个标准,由世界范围内各领域的知名专家学者每年从全球上千个项目中经过两轮评比,挑选出100项年度具重大创新意义的新技术、新产品100项。



图 高通量(场发射)扫描电子显微镜


聚束科技此次入围的Navigator-100,是聚束科技为了克服传统SEM技术在速度、精度和样品损伤等方面的局限性,研发出来的具有革新意义的科技产品。Navigator-100从外部构造到内部细节都体现出精良的设计思路, 通过对快速成像技术、纳米载物台、大视野偏转以及AI控制的系统化创新设计,实现了高通量成像,成像速度可达到传统电镜的数十倍以上,使扫描电镜从传统意义的纳米 “照相机”跃变为纳米 “摄像机”,重新定义了高速电镜的类别。与传统扫描电镜对比,Navigator-100具有明显的优势:


1.全直接电子探测器


传统扫描电镜的电子探测器大多为闪烁体+光电倍增管结构,由于电子与光子的相互转换,量子效率很低。Navigator-100所有探测器均采用独立设计的直接电子(Direct Electron)探测器,电子直接转换为信号,因此探测效率高达80%以上,拥有更高的信噪比(SNR)。


2.超低畸变电子光学镜筒


传统扫描电镜对图像畸变要求较低,图像拼接时会遇到边缘畸变大而无法拼接。Navigator-100基于半导体工业级电子束检测设备理念设计,畸变小于0.1%。


3. 原位统计分布分析技术(OPA)


集成基于国家技术发明二等奖的OPA技术,Navigator-100实现了材料原始位置信息的大尺寸跨尺度高通量表征。



图 高通量(场发射)扫描电子显微镜


聚束科技(北京)有限公司成立于2015年,总部位于北京经济技术开发区,在国内(北京,宁波)及国际(新加坡)均设有研发和生产中心,拥有国内完整的电子光学仪器开发和制造环境、良好的自主加工和工艺开发环境,是一家具备独立研发和生产高端场发射电子显微镜系统能力的高新技术企业。从成立到自主研发生产的产品站在国际起跑线上,聚束科技的高速发展依赖于专业的研发团队、强大的技术知识和创新的人才,研发团队成员均具备多年科研和生产的实战经验。其中研发、工艺工程师60余人,硕士及以上学历超过60%,研发人员占比超60%。目前拥有国家发明专利、实用新型专利、国际PCT专利共计30余项,并保持每年几十项发明专利的产生速度。



图 高通量(场发射)扫描电子显微镜实操场景


扫描电镜作为一种高端的电子光学仪器,广泛应用在生命科学、材料研究、半导体工业等领域。目前每年我国花费超过1亿美元采购的扫描电镜中,国产扫描电镜仅仅只占5%—10%。如何突破国产扫描电镜“卡脖子”的困境,一直是聚束科技关注的重点和使命所在。聚束科技总经理何伟表示: “聚束科技坚持以技术创新为战略核心,不断加快新产品,新技术的开发步伐,坚持理论创新与技术创新的良性互动,不计成本,每年投入千万元到研发生产中,全力突破国产扫描电镜市场占有率低的困境, 将公司的成长与国家的进步相结合,助力国产扫描电镜行业快速发展。”



图 高通量(场发射)扫描电子显微镜-应用领域


聚束科技Navigator-100此次入围R&D100创新奖意味着拥有自主知识产权的中国高端扫描电镜已获得国际的认可并走在了行业前端。未来,聚束科技将继续砥砺前行,不断加强技术创新研发,秉持“不仅是中国制造,更是要中国创造”的初心,用更尖端的创新显微技术打造世界范围内更具有核心竞争力的电镜显微产品,为民族企业在科学仪器领域的长足发展、中国科学技术的进步做出应有的贡献。


拓展阅读


没有“异想”哪来“天开”


突然袭来的新冠肺炎疫情让人类又一次见识了“病毒”的威力。


肉眼看不到的病毒作为一个物种,很可能从地球生命诞生之初就已经存在,而人类从意识到有病毒存在→看到病毒的模样→弄清病毒的内部结构成分却经历了漫长的过程。


20世纪30年代发明了电子显微镜才使在光学显微镜下根本找不到的微小病毒现出了真身。


其实,电子显微镜最早的思路来自一个“物质波假说”。


20世纪中期发明的X射线晶体衍射技术,最先也来自一个“突发奇想”,清晰的三维重建图像显露出病毒的精细结构。


而科学家们仍然没有满足,他们期待能更深入地了解病毒复制、致病的过程,期待有更先进的技术来探索微观世界的奥秘。


20世纪后期,迎来了多种新型高分辨率显微技术喷发式发展的年代,纵观这些发明,最先大多来自“离奇”的想法,某些看来不可能实现的事最终却获得了成功。


“异想天开”本是形容胡思乱想的贬义词,而科学的发展却证明了有“异想”才可能“天开”,独特的思路有可能使奇迹出现!


颠覆传统


20世纪70年代末,电子显微镜虽然比光学显微镜分辨率高,但仍不能清楚地看到单个原子。


IBM公司瑞士苏黎世实验室的杰德·宾宁(Gerd Binning)与海因里希·罗勒(Heinrich Rohrer)都对原子表面的研究十分着迷,但因现有电子显微镜的性能限制,无法直接探索原子表面的结构。


宾宁与罗勒为此感到困惑,最终决定自己动手研制一种能在纳米级水平上观察和操纵原子的新设备。


他们了解到量子学中有一种量子隧道效应:原子会从固体的表面逃逸而形成悬浮在固体表面上方的“云”,当另一个固体表面靠近时,两者的原子云会重叠,这样就会发生原子的交换。


宾宁与罗勒的“异想”由此产生:能否用量子隧道效应来探测原子的表面结构呢?


这与传统的显微镜概念已完全不符,他们自己也没想到,因为这个“异想”竟有了一项重要的发明。


他们的设想是:


用一个原子尺度的探针在被分析物体的表面扫描,当探针距物体表面非常接近(约纳米级距离)时会发生量子隧道效应:电子穿过物体与探针间的空隙形成微弱电流,探针与物体的距离只要发生微小变化,产生的电流就会相应改变,精确测量所获的电流值就应能描述出物体表面的形状。


研制的过程非常艰辛,宾宁与罗勒对最初的设计进行了一系列的改进和调整,提高整个系统的精度,以达到在如此微小的尺度上获得精确测量结果的目的。


1981年,他们终于获得了成功。


宾宁、罗勒发明的扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,简称STM)(也称为扫描探针显微镜)用一个细小的探针扫描一个原子,可细致地描绘出该原子的轮廓,并依据测得的电流波动值绘出清晰的单个原子图像,分辨率达0.01纳米(病毒的大小为20——300纳米)。


这使研究者第一次有机会进入单个原子和分子的纳米级世界,该装置还可操纵单个原子的推拉,人类对微观世界的探索由此提升到一个全新的水平。



(宾宁、罗勒与50多年前发明电子显微镜的恩斯特鲁斯卡(Ernst Ruska)分享了1986年诺贝尔物理学奖)


……



2020年2月,中国西湖大学的施一公团队用冷冻电子显微镜技术成功解析新冠病毒受体血管紧张素转换酶2(ACE2)的全长结构


上述的因“异想”而产生、发展的新型电子显微技术,令人不得不对这些敢于“异想”的人由衷地表示敬佩。


科技的发展并没有尽头,电子显微镜的优势虽然明显,却也存在着本质的缺陷:无法用于活细胞的观察以及获取生物活动的动态信息。


光学显微镜的“阿贝极限”究竟有没有可能真正被突破呢?


科学家们仍在努力!


北京时间2020年9月22日,在世界范围内被誉为科技创新“奥斯卡”的“R&D 100”奖评选委员会在官网上公布了2020年度“R&D 100”奖入围名单,中国科技企业聚束科技(北京)有限公司(以下简称“聚束科技”)独立研发并拥有自主知识产权的高通量扫描电子显微镜Navigator-100强势入围。此次入围,一定程度上宣告了成立仅仅5年的聚束科技通过强大的创新实力,让国产高科技产品追赶国际的时代一去不返,【中国创造】引跑国际电子显微镜行业,已获得世界权威认证。


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图 入围奖牌


“R&D100大奖”是《R&D杂志》标志性年度大奖,有着近60年的历史,是世界公认的“创新发明界奥斯卡”。100是指每年在全球范围内,以显著科技突破性、创新独特性及应用实用性3个标准,由世界范围内各领域的知名专家学者每年从全球上千个项目中经过两轮评比,挑选出100项年度具重大创新意义的新技术、新产品100项。


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜


聚束科技此次入围的Navigator-100,是聚束科技为了克服传统SEM技术在速度、精度和样品损伤等方面的局限性,研发出来的具有革新意义的科技产品。Navigator-100从外部构造到内部细节都体现出精良的设计思路, 通过对快速成像技术、纳米载物台、大视野偏转以及AI控制的系统化创新设计,实现了高通量成像,成像速度可达到传统电镜的数十倍以上,使扫描电镜从传统意义的纳米 “照相机”跃变为纳米 “摄像机”,重新定义了高速电镜的类别。与传统扫描电镜对比,Navigator-100具有明显的优势:


1.全直接电子探测器


传统扫描电镜的电子探测器大多为闪烁体+光电倍增管结构,由于电子与光子的相互转换,量子效率很低。Navigator-100所有探测器均采用独立设计的直接电子(Direct Electron)探测器,电子直接转换为信号,因此探测效率高达80%以上,拥有更高的信噪比(SNR)。


2.超低畸变电子光学镜筒


传统扫描电镜对图像畸变要求较低,图像拼接时会遇到边缘畸变大而无法拼接。Navigator-100基于半导体工业级电子束检测设备理念设计,畸变小于0.1%。


3. 原位统计分布分析技术(OPA)


集成基于国家技术发明二等奖的OPA技术,Navigator-100实现了材料原始位置信息的大尺寸跨尺度高通量表征。


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜


聚束科技(北京)有限公司成立于2015年,总部位于北京经济技术开发区,在国内(北京,宁波)及国际(新加坡)均设有研发和生产中心,拥有国内完整的电子光学仪器开发和制造环境、良好的自主加工和工艺开发环境,是一家具备独立研发和生产高端场发射电子显微镜系统能力的高新技术企业。从成立到自主研发生产的产品站在国际起跑线上,聚束科技的高速发展依赖于专业的研发团队、强大的技术知识和创新的人才,研发团队成员均具备多年科研和生产的实战经验。其中研发、工艺工程师60余人,硕士及以上学历超过60%,研发人员占比超60%。目前拥有国家发明专利、实用新型专利、国际PCT专利共计30余项,并保持每年几十项发明专利的产生速度。


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜实操场景


扫描电镜作为一种高端的电子光学仪器,广泛应用在生命科学、材料研究、半导体工业等领域。目前每年我国花费超过1亿美元采购的扫描电镜中,国产扫描电镜仅仅只占5%—10%。如何突破国产扫描电镜“卡脖子”的困境,一直是聚束科技关注的重点和使命所在。聚束科技总经理何伟表示: “聚束科技坚持以技术创新为战略核心,不断加快新产品,新技术的开发步伐,坚持理论创新与技术创新的良性互动,不计成本,每年投入千万元到研发生产中,全力突破国产扫描电镜市场占有率低的困境, 将公司的成长与国家的进步相结合,助力国产扫描电镜行业快速发展。”


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜-应用领域


聚束科技Navigator-100此次入围R&D100创新奖意味着拥有自主知识产权的中国高端扫描电镜已获得国际的认可并走在了行业前端。未来,聚束科技将继续砥砺前行,不断加强技术创新研发,秉持“不仅是中国制造,更是要中国创造”的初心,用更尖端的创新显微技术打造世界范围内更具有核心竞争力的电镜显微产品,为民族企业在科学仪器领域的长足发展、中国科学技术的进步做出应有的贡献。


拓展阅读


没有“异想”哪来“天开”


突然袭来的新冠肺炎疫情让人类又一次见识了“病毒”的威力。


肉眼看不到的病毒作为一个物种,很可能从地球生命诞生之初就已经存在,而人类从意识到有病毒存在→看到病毒的模样→弄清病毒的内部结构成分却经历了漫长的过程。


20世纪30年代发明了电子显微镜才使在光学显微镜下根本找不到的微小病毒现出了真身。


其实,电子显微镜最早的思路来自一个“物质波假说”。


20世纪中期发明的X射线晶体衍射技术,最先也来自一个“突发奇想”,清晰的三维重建图像显露出病毒的精细结构。


而科学家们仍然没有满足,他们期待能更深入地了解病毒复制、致病的过程,期待有更先进的技术来探索微观世界的奥秘。


20世纪后期,迎来了多种新型高分辨率显微技术喷发式发展的年代,纵观这些发明,最先大多来自“离奇”的想法,某些看来不可能实现的事最终却获得了成功。


“异想天开”本是形容胡思乱想的贬义词,而科学的发展却证明了有“异想”才可能“天开”,独特的思路有可能使奇迹出现!


颠覆传统


20世纪70年代末,电子显微镜虽然比光学显微镜分辨率高,但仍不能清楚地看到单个原子。


IBM公司瑞士苏黎世实验室的杰德·宾宁(Gerd Binning)与海因里希·罗勒(Heinrich Rohrer)都对原子表面的研究十分着迷,但因现有电子显微镜的性能限制,无法直接探索原子表面的结构。


宾宁与罗勒为此感到困惑,最终决定自己动手研制一种能在纳米级水平上观察和操纵原子的新设备。


他们了解到量子学中有一种量子隧道效应:原子会从固体的表面逃逸而形成悬浮在固体表面上方的“云”,当另一个固体表面靠近时,两者的原子云会重叠,这样就会发生原子的交换。


宾宁与罗勒的“异想”由此产生:能否用量子隧道效应来探测原子的表面结构呢?


这与传统的显微镜概念已完全不符,他们自己也没想到,因为这个“异想”竟有了一项重要的发明。


他们的设想是:


用一个原子尺度的探针在被分析物体的表面扫描,当探针距物体表面非常接近(约纳米级距离)时会发生量子隧道效应:电子穿过物体与探针间的空隙形成微弱电流,探针与物体的距离只要发生微小变化,产生的电流就会相应改变,精确测量所获的电流值就应能描述出物体表面的形状。


研制的过程非常艰辛,宾宁与罗勒对最初的设计进行了一系列的改进和调整,提高整个系统的精度,以达到在如此微小的尺度上获得精确测量结果的目的。


1981年,他们终于获得了成功。


宾宁、罗勒发明的扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,简称STM)(也称为扫描探针显微镜)用一个细小的探针扫描一个原子,可细致地描绘出该原子的轮廓,并依据测得的电流波动值绘出清晰的单个原子图像,分辨率达0.01纳米(病毒的大小为20——300纳米)。


这使研究者第一次有机会进入单个原子和分子的纳米级世界,该装置还可操纵单个原子的推拉,人类对微观世界的探索由此提升到一个全新的水平。


(宾宁、罗勒与50多年前发明电子显微镜的恩斯特鲁斯卡(Ernst Ruska)分享了1986年诺贝尔物理学奖)


……


2020年2月,中国西湖大学的施一公团队用冷冻电子显微镜技术成功解析新冠病毒受体血管紧张素转换酶2(ACE2)的全长结构


上述的因“异想”而产生、发展的新型电子显微技术,令人不得不对这些敢于“异想”的人由衷地表示敬佩。


科技的发展并没有尽头,电子显微镜的优势虽然明显,却也存在着本质的缺陷:无法用于活细胞的观察以及获取生物活动的动态信息。


光学显微镜的“阿贝极限”究竟有没有可能真正被突破呢?


科学家们仍在努力!


北京时间2020年9月22日,在世界范围内被誉为科技创新“奥斯卡”的“R&D 100”奖评选委员会在官网上公布了2020年度“R&D 100”奖入围名单,中国科技企业聚束科技(北京)有限公司(以下简称“聚束科技”)独立研发并拥有自主知识产权的高通量扫描电子显微镜Navigator-100强势入围。此次入围,一定程度上宣告了成立仅仅5年的聚束科技通过强大的创新实力,让国产高科技产品追赶国际的时代一去不返,【中国创造】引跑国际电子显微镜行业,已获得世界权威认证。


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图 入围奖牌


“R&D100大奖”是《R&D杂志》标志性年度大奖,有着近60年的历史,是世界公认的“创新发明界奥斯卡”。100是指每年在全球范围内,以显著科技突破性、创新独特性及应用实用性3个标准,由世界范围内各领域的知名专家学者每年从全球上千个项目中经过两轮评比,挑选出100项年度具重大创新意义的新技术、新产品100项。


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜


聚束科技此次入围的Navigator-100,是聚束科技为了克服传统SEM技术在速度、精度和样品损伤等方面的局限性,研发出来的具有革新意义的科技产品。Navigator-100从外部构造到内部细节都体现出精良的设计思路, 通过对快速成像技术、纳米载物台、大视野偏转以及AI控制的系统化创新设计,实现了高通量成像,成像速度可达到传统电镜的数十倍以上,使扫描电镜从传统意义的纳米 “照相机”跃变为纳米 “摄像机”,重新定义了高速电镜的类别。与传统扫描电镜对比,Navigator-100具有明显的优势:


1.全直接电子探测器


传统扫描电镜的电子探测器大多为闪烁体+光电倍增管结构,由于电子与光子的相互转换,量子效率很低。Navigator-100所有探测器均采用独立设计的直接电子(Direct Electron)探测器,电子直接转换为信号,因此探测效率高达80%以上,拥有更高的信噪比(SNR)。


2.超低畸变电子光学镜筒


传统扫描电镜对图像畸变要求较低,图像拼接时会遇到边缘畸变大而无法拼接。Navigator-100基于半导体工业级电子束检测设备理念设计,畸变小于0.1%。


3. 原位统计分布分析技术(OPA)


集成基于国家技术发明二等奖的OPA技术,Navigator-100实现了材料原始位置信息的大尺寸跨尺度高通量表征。


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜


聚束科技(北京)有限公司成立于2015年,总部位于北京经济技术开发区,在国内(北京,宁波)及国际(新加坡)均设有研发和生产中心,拥有国内完整的电子光学仪器开发和制造环境、良好的自主加工和工艺开发环境,是一家具备独立研发和生产高端场发射电子显微镜系统能力的高新技术企业。从成立到自主研发生产的产品站在国际起跑线上,聚束科技的高速发展依赖于专业的研发团队、强大的技术知识和创新的人才,研发团队成员均具备多年科研和生产的实战经验。其中研发、工艺工程师60余人,硕士及以上学历超过60%,研发人员占比超60%。目前拥有国家发明专利、实用新型专利、国际PCT专利共计30余项,并保持每年几十项发明专利的产生速度。


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜实操场景


扫描电镜作为一种高端的电子光学仪器,广泛应用在生命科学、材料研究、半导体工业等领域。目前每年我国花费超过1亿美元采购的扫描电镜中,国产扫描电镜仅仅只占5%—10%。如何突破国产扫描电镜“卡脖子”的困境,一直是聚束科技关注的重点和使命所在。聚束科技总经理何伟表示: “聚束科技坚持以技术创新为战略核心,不断加快新产品,新技术的开发步伐,坚持理论创新与技术创新的良性互动,不计成本,每年投入千万元到研发生产中,全力突破国产扫描电镜市场占有率低的困境, 将公司的成长与国家的进步相结合,助力国产扫描电镜行业快速发展。”


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜-应用领域


聚束科技Navigator-100此次入围R&D100创新奖意味着拥有自主知识产权的中国高端扫描电镜已获得国际的认可并走在了行业前端。未来,聚束科技将继续砥砺前行,不断加强技术创新研发,秉持“不仅是中国制造,更是要中国创造”的初心,用更尖端的创新显微技术打造世界范围内更具有核心竞争力的电镜显微产品,为民族企业在科学仪器领域的长足发展、中国科学技术的进步做出应有的贡献。


拓展阅读


没有“异想”哪来“天开”


突然袭来的新冠肺炎疫情让人类又一次见识了“病毒”的威力。


肉眼看不到的病毒作为一个物种,很可能从地球生命诞生之初就已经存在,而人类从意识到有病毒存在→看到病毒的模样→弄清病毒的内部结构成分却经历了漫长的过程。


20世纪30年代发明了电子显微镜才使在光学显微镜下根本找不到的微小病毒现出了真身。


其实,电子显微镜最早的思路来自一个“物质波假说”。


20世纪中期发明的X射线晶体衍射技术,最先也来自一个“突发奇想”,清晰的三维重建图像显露出病毒的精细结构。


而科学家们仍然没有满足,他们期待能更深入地了解病毒复制、致病的过程,期待有更先进的技术来探索微观世界的奥秘。


20世纪后期,迎来了多种新型高分辨率显微技术喷发式发展的年代,纵观这些发明,最先大多来自“离奇”的想法,某些看来不可能实现的事最终却获得了成功。


“异想天开”本是形容胡思乱想的贬义词,而科学的发展却证明了有“异想”才可能“天开”,独特的思路有可能使奇迹出现!


颠覆传统


20世纪70年代末,电子显微镜虽然比光学显微镜分辨率高,但仍不能清楚地看到单个原子。


IBM公司瑞士苏黎世实验室的杰德·宾宁(Gerd Binning)与海因里希·罗勒(Heinrich Rohrer)都对原子表面的研究十分着迷,但因现有电子显微镜的性能限制,无法直接探索原子表面的结构。


宾宁与罗勒为此感到困惑,最终决定自己动手研制一种能在纳米级水平上观察和操纵原子的新设备。


他们了解到量子学中有一种量子隧道效应:原子会从固体的表面逃逸而形成悬浮在固体表面上方的“云”,当另一个固体表面靠近时,两者的原子云会重叠,这样就会发生原子的交换。


宾宁与罗勒的“异想”由此产生:能否用量子隧道效应来探测原子的表面结构呢?


这与传统的显微镜概念已完全不符,他们自己也没想到,因为这个“异想”竟有了一项重要的发明。


他们的设想是:


用一个原子尺度的探针在被分析物体的表面扫描,当探针距物体表面非常接近(约纳米级距离)时会发生量子隧道效应:电子穿过物体与探针间的空隙形成微弱电流,探针与物体的距离只要发生微小变化,产生的电流就会相应改变,精确测量所获的电流值就应能描述出物体表面的形状。


研制的过程非常艰辛,宾宁与罗勒对最初的设计进行了一系列的改进和调整,提高整个系统的精度,以达到在如此微小的尺度上获得精确测量结果的目的。


1981年,他们终于获得了成功。


宾宁、罗勒发明的扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,简称STM)(也称为扫描探针显微镜)用一个细小的探针扫描一个原子,可细致地描绘出该原子的轮廓,并依据测得的电流波动值绘出清晰的单个原子图像,分辨率达0.01纳米(病毒的大小为20——300纳米)。


这使研究者第一次有机会进入单个原子和分子的纳米级世界,该装置还可操纵单个原子的推拉,人类对微观世界的探索由此提升到一个全新的水平。


(宾宁、罗勒与50多年前发明电子显微镜的恩斯特鲁斯卡(Ernst Ruska)分享了1986年诺贝尔物理学奖)


……


2020年2月,中国西湖大学的施一公团队用冷冻电子显微镜技术成功解析新冠病毒受体血管紧张素转换酶2(ACE2)的全长结构


上述的因“异想”而产生、发展的新型电子显微技术,令人不得不对这些敢于“异想”的人由衷地表示敬佩。


科技的发展并没有尽头,电子显微镜的优势虽然明显,却也存在着本质的缺陷:无法用于活细胞的观察以及获取生物活动的动态信息。


光学显微镜的“阿贝极限”究竟有没有可能真正被突破呢?


科学家们仍在努力!


北京时间2020年9月22日,在世界范围内被誉为科技创新“奥斯卡”的“R&D 100”奖评选委员会在官网上公布了2020年度“R&D 100”奖入围名单,中国科技企业聚束科技(北京)有限公司(以下简称“聚束科技”)独立研发并拥有自主知识产权的高通量扫描电子显微镜Navigator-100强势入围。此次入围,一定程度上宣告了成立仅仅5年的聚束科技通过强大的创新实力,让国产高科技产品追赶国际的时代一去不返,【中国创造】引跑国际电子显微镜行业,已获得世界权威认证。


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图 入围奖牌


“R&D100大奖”是《R&D杂志》标志性年度大奖,有着近60年的历史,是世界公认的“创新发明界奥斯卡”。100是指每年在全球范围内,以显著科技突破性、创新独特性及应用实用性3个标准,由世界范围内各领域的知名专家学者每年从全球上千个项目中经过两轮评比,挑选出100项年度具重大创新意义的新技术、新产品100项。


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜


聚束科技此次入围的Navigator-100,是聚束科技为了克服传统SEM技术在速度、精度和样品损伤等方面的局限性,研发出来的具有革新意义的科技产品。Navigator-100从外部构造到内部细节都体现出精良的设计思路, 通过对快速成像技术、纳米载物台、大视野偏转以及AI控制的系统化创新设计,实现了高通量成像,成像速度可达到传统电镜的数十倍以上,使扫描电镜从传统意义的纳米 “照相机”跃变为纳米 “摄像机”,重新定义了高速电镜的类别。与传统扫描电镜对比,Navigator-100具有明显的优势:


1.全直接电子探测器


传统扫描电镜的电子探测器大多为闪烁体+光电倍增管结构,由于电子与光子的相互转换,量子效率很低。Navigator-100所有探测器均采用独立设计的直接电子(Direct Electron)探测器,电子直接转换为信号,因此探测效率高达80%以上,拥有更高的信噪比(SNR)。


2.超低畸变电子光学镜筒


传统扫描电镜对图像畸变要求较低,图像拼接时会遇到边缘畸变大而无法拼接。Navigator-100基于半导体工业级电子束检测设备理念设计,畸变小于0.1%。


3. 原位统计分布分析技术(OPA)


集成基于国家技术发明二等奖的OPA技术,Navigator-100实现了材料原始位置信息的大尺寸跨尺度高通量表征。


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜


聚束科技(北京)有限公司成立于2015年,总部位于北京经济技术开发区,在国内(北京,宁波)及国际(新加坡)均设有研发和生产中心,拥有国内完整的电子光学仪器开发和制造环境、良好的自主加工和工艺开发环境,是一家具备独立研发和生产高端场发射电子显微镜系统能力的高新技术企业。从成立到自主研发生产的产品站在国际起跑线上,聚束科技的高速发展依赖于专业的研发团队、强大的技术知识和创新的人才,研发团队成员均具备多年科研和生产的实战经验。其中研发、工艺工程师60余人,硕士及以上学历超过60%,研发人员占比超60%。目前拥有国家发明专利、实用新型专利、国际PCT专利共计30余项,并保持每年几十项发明专利的产生速度。


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜实操场景


扫描电镜作为一种高端的电子光学仪器,广泛应用在生命科学、材料研究、半导体工业等领域。目前每年我国花费超过1亿美元采购的扫描电镜中,国产扫描电镜仅仅只占5%—10%。如何突破国产扫描电镜“卡脖子”的困境,一直是聚束科技关注的重点和使命所在。聚束科技总经理何伟表示: “聚束科技坚持以技术创新为战略核心,不断加快新产品,新技术的开发步伐,坚持理论创新与技术创新的良性互动,不计成本,每年投入千万元到研发生产中,全力突破国产扫描电镜市场占有率低的困境, 将公司的成长与国家的进步相结合,助力国产扫描电镜行业快速发展。”


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜-应用领域


聚束科技Navigator-100此次入围R&D100创新奖意味着拥有自主知识产权的中国高端扫描电镜已获得国际的认可并走在了行业前端。未来,聚束科技将继续砥砺前行,不断加强技术创新研发,秉持“不仅是中国制造,更是要中国创造”的初心,用更尖端的创新显微技术打造世界范围内更具有核心竞争力的电镜显微产品,为民族企业在科学仪器领域的长足发展、中国科学技术的进步做出应有的贡献。


拓展阅读


没有“异想”哪来“天开”


突然袭来的新冠肺炎疫情让人类又一次见识了“病毒”的威力。


肉眼看不到的病毒作为一个物种,很可能从地球生命诞生之初就已经存在,而人类从意识到有病毒存在→看到病毒的模样→弄清病毒的内部结构成分却经历了漫长的过程。


20世纪30年代发明了电子显微镜才使在光学显微镜下根本找不到的微小病毒现出了真身。


其实,电子显微镜最早的思路来自一个“物质波假说”。


20世纪中期发明的X射线晶体衍射技术,最先也来自一个“突发奇想”,清晰的三维重建图像显露出病毒的精细结构。


而科学家们仍然没有满足,他们期待能更深入地了解病毒复制、致病的过程,期待有更先进的技术来探索微观世界的奥秘。


20世纪后期,迎来了多种新型高分辨率显微技术喷发式发展的年代,纵观这些发明,最先大多来自“离奇”的想法,某些看来不可能实现的事最终却获得了成功。


“异想天开”本是形容胡思乱想的贬义词,而科学的发展却证明了有“异想”才可能“天开”,独特的思路有可能使奇迹出现!


颠覆传统


20世纪70年代末,电子显微镜虽然比光学显微镜分辨率高,但仍不能清楚地看到单个原子。


IBM公司瑞士苏黎世实验室的杰德·宾宁(Gerd Binning)与海因里希·罗勒(Heinrich Rohrer)都对原子表面的研究十分着迷,但因现有电子显微镜的性能限制,无法直接探索原子表面的结构。


宾宁与罗勒为此感到困惑,最终决定自己动手研制一种能在纳米级水平上观察和操纵原子的新设备。


他们了解到量子学中有一种量子隧道效应:原子会从固体的表面逃逸而形成悬浮在固体表面上方的“云”,当另一个固体表面靠近时,两者的原子云会重叠,这样就会发生原子的交换。


宾宁与罗勒的“异想”由此产生:能否用量子隧道效应来探测原子的表面结构呢?


这与传统的显微镜概念已完全不符,他们自己也没想到,因为这个“异想”竟有了一项重要的发明。


他们的设想是:


用一个原子尺度的探针在被分析物体的表面扫描,当探针距物体表面非常接近(约纳米级距离)时会发生量子隧道效应:电子穿过物体与探针间的空隙形成微弱电流,探针与物体的距离只要发生微小变化,产生的电流就会相应改变,精确测量所获的电流值就应能描述出物体表面的形状。


研制的过程非常艰辛,宾宁与罗勒对最初的设计进行了一系列的改进和调整,提高整个系统的精度,以达到在如此微小的尺度上获得精确测量结果的目的。


1981年,他们终于获得了成功。


宾宁、罗勒发明的扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,简称STM)(也称为扫描探针显微镜)用一个细小的探针扫描一个原子,可细致地描绘出该原子的轮廓,并依据测得的电流波动值绘出清晰的单个原子图像,分辨率达0.01纳米(病毒的大小为20——300纳米)。


这使研究者第一次有机会进入单个原子和分子的纳米级世界,该装置还可操纵单个原子的推拉,人类对微观世界的探索由此提升到一个全新的水平。


(宾宁、罗勒与50多年前发明电子显微镜的恩斯特鲁斯卡(Ernst Ruska)分享了1986年诺贝尔物理学奖)


……


2020年2月,中国西湖大学的施一公团队用冷冻电子显微镜技术成功解析新冠病毒受体血管紧张素转换酶2(ACE2)的全长结构


上述的因“异想”而产生、发展的新型电子显微技术,令人不得不对这些敢于“异想”的人由衷地表示敬佩。


科技的发展并没有尽头,电子显微镜的优势虽然明显,却也存在着本质的缺陷:无法用于活细胞的观察以及获取生物活动的动态信息。


光学显微镜的“阿贝极限”究竟有没有可能真正被突破呢?


科学家们仍在努力!


北京时间2020年9月22日,在世界范围内被誉为科技创新“奥斯卡”的“R&D 100”奖评选委员会在官网上公布了2020年度“R&D 100”奖入围名单,中国科技企业聚束科技(北京)有限公司(以下简称“聚束科技”)独立研发并拥有自主知识产权的高通量扫描电子显微镜Navigator-100强势入围。此次入围,一定程度上宣告了成立仅仅5年的聚束科技通过强大的创新实力,让国产高科技产品追赶国际的时代一去不返,【中国创造】引跑国际电子显微镜行业,已获得世界权威认证。


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图 入围奖牌


“R&D100大奖”是《R&D杂志》标志性年度大奖,有着近60年的历史,是世界公认的“创新发明界奥斯卡”。100是指每年在全球范围内,以显著科技突破性、创新独特性及应用实用性3个标准,由世界范围内各领域的知名专家学者每年从全球上千个项目中经过两轮评比,挑选出100项年度具重大创新意义的新技术、新产品100项。


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜


聚束科技此次入围的Navigator-100,是聚束科技为了克服传统SEM技术在速度、精度和样品损伤等方面的局限性,研发出来的具有革新意义的科技产品。Navigator-100从外部构造到内部细节都体现出精良的设计思路, 通过对快速成像技术、纳米载物台、大视野偏转以及AI控制的系统化创新设计,实现了高通量成像,成像速度可达到传统电镜的数十倍以上,使扫描电镜从传统意义的纳米 “照相机”跃变为纳米 “摄像机”,重新定义了高速电镜的类别。与传统扫描电镜对比,Navigator-100具有明显的优势:


1.全直接电子探测器


传统扫描电镜的电子探测器大多为闪烁体+光电倍增管结构,由于电子与光子的相互转换,量子效率很低。Navigator-100所有探测器均采用独立设计的直接电子(Direct Electron)探测器,电子直接转换为信号,因此探测效率高达80%以上,拥有更高的信噪比(SNR)。


2.超低畸变电子光学镜筒


传统扫描电镜对图像畸变要求较低,图像拼接时会遇到边缘畸变大而无法拼接。Navigator-100基于半导体工业级电子束检测设备理念设计,畸变小于0.1%。


3. 原位统计分布分析技术(OPA)


集成基于国家技术发明二等奖的OPA技术,Navigator-100实现了材料原始位置信息的大尺寸跨尺度高通量表征。


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜


聚束科技(北京)有限公司成立于2015年,总部位于北京经济技术开发区,在国内(北京,宁波)及国际(新加坡)均设有研发和生产中心,拥有国内完整的电子光学仪器开发和制造环境、良好的自主加工和工艺开发环境,是一家具备独立研发和生产高端场发射电子显微镜系统能力的高新技术企业。从成立到自主研发生产的产品站在国际起跑线上,聚束科技的高速发展依赖于专业的研发团队、强大的技术知识和创新的人才,研发团队成员均具备多年科研和生产的实战经验。其中研发、工艺工程师60余人,硕士及以上学历超过60%,研发人员占比超60%。目前拥有国家发明专利、实用新型专利、国际PCT专利共计30余项,并保持每年几十项发明专利的产生速度。


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜实操场景


扫描电镜作为一种高端的电子光学仪器,广泛应用在生命科学、材料研究、半导体工业等领域。目前每年我国花费超过1亿美元采购的扫描电镜中,国产扫描电镜仅仅只占5%—10%。如何突破国产扫描电镜“卡脖子”的困境,一直是聚束科技关注的重点和使命所在。聚束科技总经理何伟表示: “聚束科技坚持以技术创新为战略核心,不断加快新产品,新技术的开发步伐,坚持理论创新与技术创新的良性互动,不计成本,每年投入千万元到研发生产中,全力突破国产扫描电镜市场占有率低的困境, 将公司的成长与国家的进步相结合,助力国产扫描电镜行业快速发展。”


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图 高通量(场发射)扫描电子显微镜-应用领域


聚束科技Navigator-100此次入围R&D100创新奖意味着拥有自主知识产权的中国高端扫描电镜已获得国际的认可并走在了行业前端。未来,聚束科技将继续砥砺前行,不断加强技术创新研发,秉持“不仅是中国制造,更是要中国创造”的初心,用更尖端的创新显微技术打造世界范围内更具有核心竞争力的电镜显微产品,为民族企业在科学仪器领域的长足发展、中国科学技术的进步做出应有的贡献。


拓展阅读


没有“异想”哪来“天开”


突然袭来的新冠肺炎疫情让人类又一次见识了“病毒”的威力。


肉眼看不到的病毒作为一个物种,很可能从地球生命诞生之初就已经存在,而人类从意识到有病毒存在→看到病毒的模样→弄清病毒的内部结构成分却经历了漫长的过程。


20世纪30年代发明了电子显微镜才使在光学显微镜下根本找不到的微小病毒现出了真身。


其实,电子显微镜最早的思路来自一个“物质波假说”。


20世纪中期发明的X射线晶体衍射技术,最先也来自一个“突发奇想”,清晰的三维重建图像显露出病毒的精细结构。


而科学家们仍然没有满足,他们期待能更深入地了解病毒复制、致病的过程,期待有更先进的技术来探索微观世界的奥秘。


20世纪后期,迎来了多种新型高分辨率显微技术喷发式发展的年代,纵观这些发明,最先大多来自“离奇”的想法,某些看来不可能实现的事最终却获得了成功。


“异想天开”本是形容胡思乱想的贬义词,而科学的发展却证明了有“异想”才可能“天开”,独特的思路有可能使奇迹出现!


颠覆传统


20世纪70年代末,电子显微镜虽然比光学显微镜分辨率高,但仍不能清楚地看到单个原子。


IBM公司瑞士苏黎世实验室的杰德·宾宁(Gerd Binning)与海因里希·罗勒(Heinrich Rohrer)都对原子表面的研究十分着迷,但因现有电子显微镜的性能限制,无法直接探索原子表面的结构。


宾宁与罗勒为此感到困惑,最终决定自己动手研制一种能在纳米级水平上观察和操纵原子的新设备。


他们了解到量子学中有一种量子隧道效应:原子会从固体的表面逃逸而形成悬浮在固体表面上方的“云”,当另一个固体表面靠近时,两者的原子云会重叠,这样就会发生原子的交换。


宾宁与罗勒的“异想”由此产生:能否用量子隧道效应来探测原子的表面结构呢?


这与传统的显微镜概念已完全不符,他们自己也没想到,因为这个“异想”竟有了一项重要的发明。


他们的设想是:


用一个原子尺度的探针在被分析物体的表面扫描,当探针距物体表面非常接近(约纳米级距离)时会发生量子隧道效应:电子穿过物体与探针间的空隙形成微弱电流,探针与物体的距离只要发生微小变化,产生的电流就会相应改变,精确测量所获的电流值就应能描述出物体表面的形状。


研制的过程非常艰辛,宾宁与罗勒对最初的设计进行了一系列的改进和调整,提高整个系统的精度,以达到在如此微小的尺度上获得精确测量结果的目的。


1981年,他们终于获得了成功。


宾宁、罗勒发明的扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,简称STM)(也称为扫描探针显微镜)用一个细小的探针扫描一个原子,可细致地描绘出该原子的轮廓,并依据测得的电流波动值绘出清晰的单个原子图像,分辨率达0.01纳米(病毒的大小为20——300纳米)。


这使研究者第一次有机会进入单个原子和分子的纳米级世界,该装置还可操纵单个原子的推拉,人类对微观世界的探索由此提升到一个全新的水平。


(宾宁、罗勒与50多年前发明电子显微镜的恩斯特鲁斯卡(Ernst Ruska)分享了1986年诺贝尔物理学奖)


……


2020年2月,中国西湖大学的施一公团队用冷冻电子显微镜技术成功解析新冠病毒受体血管紧张素转换酶2(ACE2)的全长结构


上述的因“异想”而产生、发展的新型电子显微技术,令人不得不对这些敢于“异想”的人由衷地表示敬佩。


科技的发展并没有尽头,电子显微镜的优势虽然明显,却也存在着本质的缺陷:无法用于活细胞的观察以及获取生物活动的动态信息。


光学显微镜的“阿贝极限”究竟有没有可能真正被突破呢?


科学家们仍在努力!


来源:聚束科技(北京)有限公司,中科院物理所

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