20202021光學顯微新品概覽超分辨活體成像和AI成熱點

分析測試百科網訊，從16世紀末開始，科學家們就一直使用光學顯微鏡探索復雜的微觀生物世界。隨后顯微鏡廣泛應用于科學研究、工業、醫療衛生等領域，在光學顯微鏡后又出現電鏡及原子力顯微鏡等技術，后者雖然實現了納米級的分辨率，但這些技術對樣品破壞性較大，并不適合生物樣品，特別是活體樣品的觀測。迄今為止，光學顯微鏡仍是使用最廣泛的技術。本文將介紹商品化光學顯微鏡近年來的新品，可以看到近年來，光學顯微鏡的技術發展趨勢包括：超分辨成像、活體成像和AI人工智能技術。

市場概況

據統計，中國已成為全球光學顯微鏡制造中心，同時受益于科研機構、醫療衛生等下游市場的穩步發展，我國光學顯微鏡近年來不斷發展。我國目前已能能夠生產95%的教育類和普及類顯微鏡，成為了全球光學顯微鏡加工制造中心。

資料來源：Grand View Research 前瞻產業研究院整理

根據麥克奧迪發布的最新2020年募集資金計劃書顯示，目前光學顯微鏡占據全球顯微鏡市場規模的40%左右，市場規模約39億美元。

由于光學顯微鏡在研究和技術中的廣泛應用，使得光學顯微鏡得以更快速地普及。根據Mordor Intelligence對于2021-2026年預測，光學顯微鏡市場預計將以5.2%的復合年增長率增長。光學顯微鏡市場增長的主要因素包括光學顯微鏡的技術進步，以及細胞生物學和生物技術研發資金的增加。光學顯微鏡用于許多研究領域，包括微生物學、微電子學、納米物理學、生物技術、教育機構實驗室和藥物研究。它們還用于查看生物樣本，以便在診斷中心進行醫學診斷。受創新科學需求激增的推動，預計全球光學顯微鏡市場將繼續快速擴張。然而，與電子顯微鏡相比，光學顯微鏡的局限性以及小規模制造商的低成本產品是預計在預測期內限制光學顯微鏡市場的原因。

2020年全球疫情爆發，全球與中國對光學顯微鏡需求有所下滑。但光學顯微鏡擁有較久的歷史，技術較成熟，同時企業也逐漸將光學顯微鏡與先進技術相結合，打造更加人性化與智能化的產品，2026年全球光學顯微鏡市場規模有望達到61億美元。

亞太將成最具潛力地區

據相關機構調查，北美擁有約1/3的市場銷量和數量份額。由于在韓國，日本和印度的大量研發投資，亞太地區是增長最快的地區，亞太地區的新興經濟體為光學顯微鏡市場的主要制造商提供了增長機會。

從全球市場來看，在歐洲地區，由于生物技術和納米技術的增長，預計西歐光學顯微鏡市場將出現積極增長。但是，中東和由于對研究和技術的投資減少，預計該地區在預測期內將產生較弱的增長。 

從國內市場來看，近年來，受益于科研機構、醫療衛生等下游市場的穩步發展，我國光學顯微鏡市場規模不斷擴大，2015年達到15億元，2019年為25億元。

光學顯微鏡市場上的主要參與者包括：卡爾蔡司、尼康、徠卡顯微系統、奧林巴斯、明治、牛津儀器、萊博邁等。其中，前四大家統治了中國光學顯微鏡的高端市場，同時也占據了大部分中國光學顯微鏡的市場份額。

為了使讀者更好的了解近兩年光學顯微鏡新品，同時便于讀者在購買時比對產品，本文對近兩年光學顯微鏡新品進行匯總，希望對有購買意向用戶提供參考。

光學顯微鏡近期亮點

近期光學顯微鏡的技術發展趨勢包括：超分辨成像、活體成像和AI人工智能技術，亮點有幾個：

（1）共聚焦顯微鏡方面，徠卡推出STELLARIS平臺，不僅綜合性能更好，還擴展了熒光壽命成像Tau的新模式；除共聚焦平臺本身，它可配置為FALCON快速壽命成像、STED超分辨、DLS光片、DIVE光譜式多光子共聚焦等多種方式。尼康推出第十代共聚焦AX/AX R，提升綜合性能，超快和大視場，強調人工智能AI技術。牛津儀器推出的Dragonfly強調速度和自家Andor相機。永新光學推出國產第一臺NCF950共聚焦顯微鏡。

（2）在超分辨成像方面，徠卡的STELLARIS STED使用全新的Tau-STED后，XY軸可達30nm分辨率，可活細胞成像；蔡司推出Elyra 7 with Lattice SIM2，辨析出超精細的亞細胞器結構60nm，活體高速成像時不影響分辨率。尼康的AX/AX R亦有超分辨模塊，分辨率：XY方向 120nm，Z方向 300nm。中國的超視界推出兩款HiS-SIM和SIM-ultimate，分辨率85nm，可長時間活細胞成像；SIM-ultimate同奧林巴斯合作開啟一種全新的聯合成像工作模式- joint working模式。

（3）尼康和奧林巴斯都推出了細胞培養監控類平臺，將顯微鏡內置在培養箱內，遠程觀察整個過程。尼康有為再生醫學和干細胞生物學的研究而設計的Biostudio系列和強調高內涵成像和強大軟件的BioPipeline-Live；奧林巴斯的Provi CM20具有細胞計數和融合度分析功能。

（4）在降低光毒性3D成像方面，奧利巴斯推出Alpha 3光片顯微鏡，主要用于透明化大組織的高速成像。蔡司推出Lattice Lightsheet 7晶格層光顯微鏡。徠卡推出THUNDER寬場，可達到類似共聚焦的效果，瞬時的高分辨率寬場成像，xy分辨率最高達136nm，并可輕松完成厚樣品的3D圖像采集，此外THUNDER平臺還可搭載特色的光電聯用系統。

（5）在玻片掃描系統方面，蔡司推出Axioscan 7，兼顧掃描性能與應用自由度。奧林巴斯推出VS200，強調拼接高分辨率全視野數字圖像。

（6）中國人發明的特殊技術是超維景的FIRM-TPM頭戴式雙光子顯微鏡，可實時記錄自由行為動物的大腦神經元和樹突棘活動，對神經科學研究非常有幫助。

（7）在教學和常規實驗方面，蔡司推出適合數字教學和常規實驗的Primostar 3正置顯微鏡。尼康推出具有更好可操作性的ECLIPSE Si正置顯微鏡。

（8）徠卡還推出一些獨特的產品，如Emspira 3數字顯微鏡；以及PROvido 8雙熒光手術顯微鏡。

最后，大部分產品都強調了強大的數據系統，AI人工智能技術，以及長期的活細胞成像。

徠卡

STELLARIS共聚焦平臺

2020年發布的STELLARIS與以往的共聚焦平臺相比性能顯著增強。STELLARIS采用Power HyD探測器系列、徹底優化的光束路徑和第二代白激光（WLL）相結合，能獲得更準確的細節和可靠的數據，精確地驗證實驗假設。藍-綠波段的靈敏度增強（PDE > 55%）提升了最常用光譜的檢測限值和動態范圍。集成式TauSense是基于熒光壽命而無需增加額外專用硬件的創新成像模式，能夠讓研究者區分特異性的熒光信號和多余的自發性熒光，從而改善最終圖像的質量并通過光譜分離技術將原先無法分離的熒光分離出來。

該平臺包括：STELLARIS 5和STELLARIS 8共聚焦顯微鏡，STELLARIS 8能夠與所有徠卡顯微系統模塊相結合，包括快速壽命成像（FALCON）、光譜式多光子共聚焦顯微鏡（DIVE）、nm顯微鏡STED（超分辨）、光片（DLS）和CARS。

Emspira 3 數碼顯微鏡

2021年發布的Emspira 3數碼顯微鏡解決方案集成了比較、測量和數據分享功能，可優化檢查工作，無需再使用計算機。

Emspira 3無需使用計算機即可幫助完成復雜的目視檢查任務，并能減少工作中的混亂。其中集成的屏幕菜單式調節方式（OSD）可提供獨立運行的直觀工具。

在獨立運行模式中，可以在實時圖像中測量樣本的多個區域，并將其與結果一起保存。輕松地在圖像上添加備注和結論、文字和圖形元素，標注樣本的特征和感興趣區域。只需點擊一下，就可將實時圖像與參考圖像或與自定義的重疊圖進行比較，幫助做出合格/不合格的決定。在進行周期性任務時特別有用，例如檢查零部件或組件是否在規定的允許偏差范圍內。

按照需要的方式用Emspira 3工作。這個解決方案能夠滿足研究工作的各類要求，還能調整適應每一名用戶的具體需求。

徠卡THUNDER寬場高分辨成像系統

2019年發布的THUNDER 是一種運用全新 Computational Clearing 方法生成高分辨率和高對比度圖像的光學-數字技術。Computational Clearing 能夠清除所有寬場厚樣品圖像固有的典型模糊現象。它不僅能生成出色的厚組織 Z 軸層切掃描，還能深入樣品攝取單張圖像。THUNDER 是一種能夠自動考慮所有相關光學參數以實時獲得清晰結果的徠卡技術。

THUNDER系統可實時解構 3D 生物微觀世界，THUNDER Imager 可提供適用于先進 3D 細胞培養試驗的解決方案，無論是干細胞、球狀細胞團或是類器官。THUNDER Imager 采用徠卡創新的 Computational Clearing 技術， 能夠實時有效去除非焦平面的模糊信息，使 3D 樣品在基于攝像頭的熒光顯微鏡上依然能高質量地采圖。系統的高度靈敏度可確保低光毒性和低淬滅，全面優化條件以實現更高的圖像質量。它具有如下優勢：高通量，可實現更好的統計和工作流程效率；儀器使用簡單，成像性能高；優化的生理條件，獲取有意義的結果。

徠卡還開發了特色的光電聯用系統，具體的操作方法是：在電鏡所需載網上培養細胞，先用THUNDER光鏡進行熒光高分辨率成像，并對整張銅網進行大圖拼接，并標記下感興趣的細胞區域，并存儲下圖像的所有位置信息。通過硬件和軟件無縫整合，將樣品轉移至冷凍電鏡中，快速找回標記區域，進行高分辨率的電鏡成像。

冷凍光電聯用系統THUNDER Imager EM Cryo CLEM 

PROVIDO 8新一代多學科顯微外科手術顯微鏡

隨著現在的技術的發展，越來越多的神經外科開展了神經腫瘤和腦血管手術，神外醫生們希望在手術當中不要有血管發生閉塞，手術操作不會引起血管的損傷，能夠有盡可能地達到腫瘤邊界的可視化。2020年10月推出的徠卡PROvido 8提供解決方案讓病變可視化，能夠給外科醫生有更多的發揮的空間。使用 FL800 ULT 術中影像血管造影術模塊可實時觀察血流。結合 ICG 吲哚箐綠造影劑使用可快速激活濾鏡，在血管手術期間目視評估血管的通暢性。 使用FL800 ULT術中血管造影術可實時觀察血流，結合ICG吲哚菁綠造影劑使用可快速激活濾鏡，在血管手術期間目視評估血管的通暢性；

Leica FL560 設計用于對激發峰為 460-500 nm (藍色)、可對發射光 >510 nm 的熒光團（由綠光、黃光和紅光組成的光譜）進行熒光觀測。

蔡司

Lattice Lightsheet 7晶格層光顯微鏡

晶格光片技術來源于諾貝爾獎獲得者Eric Betizg教授發明的晶格層光顯微成像技術，該技術對光進行結構化調制，使光片更薄更長，且光毒性低。2020年底蔡司推出Lattice Lightsheet 7晶格層光顯微鏡，采用先進的光束整形技術，產生比標準高斯光片薄得多的晶格狀光片，以類似光片顯微鏡的成像速度提供更高的分辨率，能夠以亞細胞分辨率進行活細胞成像。該系統允許使用標準樣本載具，自動化程度高，簡便易用，具有非常低的光毒性。通過Lattice Lightsheet 7晶格層光顯微鏡，研究人員可以實現長時間以亞細胞分辨率觀察細胞及微小生物體的3D動態過程。

Elyra 7 with Lattice SIM²超高分辨率顯微成像系統

2021年4月蔡司推出具有開創性的Lattice SIM2，可提高結構照明顯微鏡（SIM）的分辨率和光切質量。使用蔡司顯微鏡系統Elyra 7上的Lattice SIM2，將傳統的SIM分辨率提高一倍，研究人員現在可以以60nm分辨率區分出活的和固定的樣品的最佳亞細胞結構，分辨率可達xy 60nm，z 200nm。

SIM是一種基于柵格的照明技術，能夠以超出光學顯微鏡衍射極限的分辨率進行成像。蔡司將SIM的分辨率優勢與成像速度（可達255fps）和檢測靈敏度的大幅提高相結合，突破以往超高分辨率成像技術在分辨率，成像速度和光毒性等方面的限制。Lattice SIM2不僅可以解析低至60 nm的結構，還可以同時進行超高分辨率和高動態成像，這是觀察活細胞或生物體中快速生物過程的必要條件。

AxioScan 7全自動數字玻片掃描系統

2021年4月推出的全自動數字玻片掃描系統Axioscan 7，兼顧掃描性能與應用自由度，以可靠、可重復的方式創建高質量的數字化玻片數據。平場復消色差物鏡保證極高的圖像質量。高速數字化、出色的圖像質量以及多種成像模式，都可在全自動且易于操作的系統中實現。Axioscan 7具有如下特點：自動幾何校準、色差校準，提供可重復實驗結果；具有明場、熒光、偏光等多種成像方式；全新明場反差成像模式更全面展現樣品特征；最多9個通道熒光高速高質量圖像，提供高效多色熒光成像解決方案；自動化操作流程。Axioscan 7適合的用戶群體廣泛，尤其是對高通量和批量篩選能力有較高要求的公共成像平臺、生命科學、藥物研究和地質學等領域的用戶。

Primostar 3光學顯微鏡

Primostar 3是蔡司推出的一款堅固的立式光學顯微鏡，專為日常工作而設計，可長期使用并具有極高的耐用性，所有組件也可以在蔡司5年的延長保修期內正常工作。同時易于學習和運行，并通過即插即用的安裝方式進行快速簡便的設置。

Primostar 3具有集成的8百萬像素顯微鏡相機的優勢以及許多其他數字接口選項。借助成像應用程序蔡司Labscope，可以輕松地將顯微鏡彼此連接，并可以通過高清監視器或投影儀輕松捕捉和共享顯微鏡圖像。

奧林巴斯

光片顯微鏡Alpha ³

2021年初推出的Alpha ³來源于PhaseView公司的多向選擇平面光顯微成像技術（mSPIM），可為研究人員提供一種靈活的高性能光片解決方案。作為先進熒光顯微鏡，Alpha ³的智能光學聚焦擴展功能可在整個視場中進行均勻、無偽影的成像。該系統可輕松進行快速掃描（智能3D掃描）、XY拼圖和溫度控制等方面的升級，以便滿足各種實驗需求。QtSPIM軟件為采集X、Y、Z和T λ圖像提供了清晰直觀的界面。

VS200研究級全玻片掃描系統

在細胞切片掃描方面，為了讓科研人員免受物鏡視野的困擾，便捷地觀察到組織全貌和細胞結構，奧林巴斯2019年10月推出全玻片掃描系統VS200，采用一體式機身，支持自動對焦、自動曝光，快速三步成圖，具有明場、暗場、相襯、偏光、熒光五種成像方式，通過全自動高速掃描和無縫拼接將切片樣品轉換為高分辨率數字圖像，以及高性能X系列物鏡和特殊設計的光路，將整個組織樣品的圖像縮小到單個細胞，讓研究人員可以清楚地觀察到組織的顏色和細胞形態的變化，為研究人員提供了可靠和可定量的數據。

Provi CM20細胞培養監控系統

2021年7月推出Provi CM20細胞培養監控系統，可實現遠程細胞培養監控。CM20 系統可通過遠程方式提供定量數據，將監控頭和細胞培養物置于培養箱中，系統定期對其進行掃描，對細胞進行計數并確定融合度。數據將通過計算機工作站進行無線通信，所以無需進入潔凈室即可對培養進度進行監控。通過下載 Open Beta 更新軟件，即可將自定義模式添加到系統中。CM20可改善細胞培養過程，提供非標定量結果。使用CM20系統時，無需染色或剝離培養物即可檢查其狀態。該系統可從非標細胞中采集定量數據，從而減少對培養物造成損害的可能性。CM20還可進行多點細胞培養監測，監控頭可掃描培養皿中的多個點或整個表面，以跟蹤細胞培養的健康狀況和融合程度。該產品獲得2021年“愛迪生獎”。

尼康  

AX/AX R共聚焦顯微鏡

為強化研究人員一貫要求的高信賴性基本性能，尼康于2021年6月推出即便初次使用也可簡單操作的第十代點掃描共聚焦顯微鏡AX與AX R，帶來多項改進：人工智能(AI)技術、更精光譜、更高分辨率、更高靈敏度及更快速度。AX與AX R引入人工智能的深度學習方案，采用直觀的軟件操作，輕松實現大視野（25mm FOV）和8K×8K的高分辨率圖像采集，且在高分辨率下成像速度也可以達到每秒7.5張。 

同時AX/AX R完備且高效的操作系統，實現了軟件硬件的高效配合，既保證了實驗效果的準確性，又極大程度地節約了實驗時間和人員成本，基本規避了因為不斷反復調整拍攝方案而導致實驗標本淬滅的問題，同時保證了出片速度和質量（畫質清晰），是提高科研準確性和科研效率的有力工具。

BioStudio-mini可移動活細胞成像顯微鏡

2020年10月尼康推出BioStudio-mini可移動活細胞成像顯微鏡，專為再生醫學和干細胞生物學的研究而設計。緊湊型的設計便于BioStudio-mini安裝在各種隔離器、培養箱和生物安全柜中，是隔離器、細胞自動培養操作裝置等設備的“好幫手”。同時，BioStudio-mini機身采用特制材料，具有出色的防水和耐化學腐蝕設計，可以使用過氧化氫氣體和/或UV對顯微鏡進行滅菌。 BioStudio-mini能夠實現長時間觀察，為藥物研發等提供連貫系統的實驗數據與反饋。采取了應對GMP潔凈生產空間的一體化設計，同時具備實際在GMP標準細胞培養環境中的使用經驗，充分滿足GMP規范。

顯微鏡自動培養和成像系統 BioPipeline-Live

此前，尼康曾推出大獲成功的系列緊湊型活細胞成像顯微鏡/細胞培養觀察系統（BioStation CT、BioStudio-T、BioStudio-Mini）。2020年11月，尼康推出BioPipeline-Live顯微鏡自動培養和成像系統，具備三大特性：高內涵平臺 + 擺脫箱式系統的束縛+強大軟件系統。

BioPipeline-Live采取了靈活的高內涵倒置顯微鏡平臺，可適用于高內涵采集和分析的鏡、探測器、影像采集設備和應用程序。利用共聚焦影像采集設備，可以在最高分辨率下采集三維高內涵影像。同樣重要的是，BioPipeline-Live簡化了系統針對新型探測器和影像采集設備的改造或升級過程。

Biopipeline-Live擺脫了箱式系統的束縛，能為用戶提供研究級倒置顯微鏡的分辨率、靈活性和性能。利用Ti2-E研究級倒置顯微光學平臺，可實現包括PFS（對焦）、自動物鏡補水裝置、點掃描或轉盤激光共聚焦最大25 mm視野（FOV）的廣角成像以及引入針對高級選件的照明裝置和方案（如光刺激）等多種實驗方案。

ECLIPSE Si正置顯微鏡

2021年2月尼康推出ECLIPSE Si顯微鏡，在教育和臨床應用方面具有更好的可操作性。 通過使用Digital Sight 1000顯微鏡攝像機（可選）配置ECLIPSE Si，可以將顯微鏡上的圖像直接投影到監視器上，以供多人同時觀察。 尼康還以光強度管理（LIM）的形式開發了一項新功能，該功能可以自動記錄為每個物鏡設定的光強度水平。當用戶在目標之間切換時，將自動調出每個目標的先前設置的強度。

LIM功能可以在切換物鏡時將花費在手動調節光強度上的時間減少約40％，還具有經過精心設計的組件來簡化工作流程。聚焦旋鈕位于顯微鏡的兩側，便于操作。此外，可用一只手操作聚焦旋鈕和載物臺手柄，另一只手松開以旋轉物鏡轉換器并更換樣品玻片，使用戶可以更有效地觀察大量樣本。

牛津儀器

多模式共聚焦顯微成像系統Dragonfly

Dragonfly 核心功能是多點高速，高靈敏度共聚焦成像，其采集速度比普通點掃描共聚焦技術快至20倍。另外采用高分辨，高靈敏的探測器，有效減少活細胞成像的光毒性及光漂白，同時也適合于固定樣品的高分辨快速三維成像。第二種成像模式為激光照相的寬場熒光成像。這種模式特別適用于極弱熒光成像。第三種成像模式TIRF（全內反射熒光顯微鏡），這種模式適用于細胞膜及附近蛋白的動態成像及體外單分子實驗。

Dragonfly具有光學變倍Zoom功能