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  • “超分辨光学微纳显微成像技术”背后的故事

    作者:金鹭 来源:宁波日报 时间:2020-01-13 10:23 阅读:166 [投稿]
    凭着“超分辨光学微纳显微成像技术”项目,永新光学让中国制造站在了国际光学行业的金字塔尖,捧得国家技术发明二等奖。

    人类到底能看到多“小”的微观世界?光学显微技术一直被认为存在一个极限,业界普遍认为,小于200纳米的生命体无法在存活状态下被人类所观测,这也阻碍了新药研发、疾病研究的步伐。

    如今,解决这一难题的关键技术在宁波落地。“永新光学在核心部件的设计与制备技术上取得突破,与浙江大学共同破解了超分辨成像技术瓶颈,将光学显微镜分辨率做到了100纳米以内。”宁波永新光学股份有限公司总经理毛磊告诉记者。

    凭着“超分辨光学微纳显微成像技术”项目,永新光学让中国制造站在了国际光学行业的金字塔尖,捧得国家技术发明二等奖。

    破一道物理学的“墙”

    在当今生物学和基础医学研究中,超分辨光学显微镜发挥着不可替代的作用。

    由于存在光学衍射极限,尺寸小于200纳米的物体只能借助电子显微镜进行观测。但电子显微镜需要在真空中使用,无法用来观察活的样本,使得病毒、生物大分子等微型生命体的运动成了谜。

    为了破开这道物理学的“墙”,全球在光学显微领域开展科研攻关。2014年的诺贝尔化学奖获得者提出“用时间换取空间”,利用荧光标记多次拍摄,重叠后获得显微图像,引发了常温下活体生物研究的革命。

    “近几年,全球超分辨率显微镜市场复合增长率超过了23.7%,中国对该技术的需求也日渐增大,但中国高端超分辨率显微镜制造业在过去很长一段时间处于空白状态。”毛磊说。

    况且,国外无论是何种技术,观测的都是被特殊染料标记过的细胞结构,会对活细胞的结构造成一定影响。由国外生产的超分辨光学显微镜价格也高得令人咋舌,普遍在200万元以上。

    作为生命科学和材料科学研究的利器,光学显微镜核心技术的缺失,严重制约了相关前沿领域的重大科学发现和技术创新。

    走一条自主创新的“路”

    永新光学决定走一条自主创新道路。2016年开始,永新光学牵头联合浙江大学等单位,以关键核心技术和部件研发为突破口,向这座科技高峰发起突击。

    “几年里,我们做了数十只镜头,记录下了每个零件、每道工序的详细数据,积累了上万套资料和数据。”毛磊说,在最关键的物镜制造上,一个环节出现问题,就会导致整个镜头“罢工”。靠科研人员用双手一遍一遍地磨制,手和研磨机需高度配合,绝对不能有一丝一毫的误差。

    2019年,第一台超分辨显微系统样机在宁波诞生。在永新光学的展厅里,记者看到了这台浓缩着近百位科研人员心血的机器,透过电脑屏幕,100纳米级的细胞结构清晰可见。

    “这台样机应用的是移频技术,通过多角度、高低频转换突破光学极限,并实现普适性荧光标记成像。”毛磊说,这是一项与国外完全不同的原创技术,建立了我国自有的超分辨技术体系。

    在超分辨工程实践研究方面,毛磊团队还突破了核心部件设计与制备的技术瓶颈,完成了大孔径物镜等核心部件的批量化生产。下一步,他们还将申请首台套,将技术进一步向产品、商品转化。

    磨一颗高质量“匠心”

    创立20多年,这家立足于细分领域默默耕耘的民营企业,有着宁波民企特有的印记,用一份匠心像打磨镜片一样打磨着自己的“内功”。

    为嫦娥探月卫星提供了“千里眼”,记录下了其在“广寒宫”表面降落时惊心动魄的画面;主导制订的ISO9345显微镜国际标准于2019年3月正式发布,这是中国人主导的首部显微镜领域的国际标准,有效提升了我国光学仪器行业的国际影响力。

    如今,永新光学已经打造了“NEXCOPE”“NOVEL”“江南”等国内知名品牌,年产显微镜10余万台、光学元件组件数千万件,是新美亚、尼康、徕卡相机、徕卡显微系统、蔡司、捷普等众多国际知名企业的长期合作伙伴和核心部件供应商。

    除了生物科学、生物制药和医疗诊断领域,永新光学所生产的显微光学产品还在工业材料研究、学校教学和科学普及领域起到举足轻重的作用。

    毛磊满怀信心地说,永新光学会一直用匠心和服务深耕精密仪器市场,用先进的技术与产品为宁波创造乃至中国创造提供助力。

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