20202021光学显微新品概览超分辨活体成像和AI成热点

分析测试百科网讯，从16世纪末开始，科学家们就一直使用光学显微镜探索复杂的微观生物世界。随后显微镜广泛应用于科学研究、工业、医疗卫生等领域，在光学显微镜后又出现电镜及原子力显微镜等技术，后者虽然实现了纳米级的分辨率，但这些技术对样品破坏性较大，并不适合生物样品，特别是活体样品的观测。迄今为止，光学显微镜仍是使用最广泛的技术。本文将介绍商品化光学显微镜近年来的新品，可以看到近年来，光学显微镜的技术发展趋势包括：超分辨成像、活体成像和AI人工智能技术。

市场概况

据统计，中国已成为全球光学显微镜制造中心，同时受益于科研机构、医疗卫生等下游市场的稳步发展，我国光学显微镜近年来不断发展。我国目前已能能够生产95%的教育类和普及类显微镜，成为了全球光学显微镜加工制造中心。

资料来源：Grand View Research 前瞻产业研究院整理

根据麦克奥迪发布的最新2020年募集资金计划书显示，目前光学显微镜占据全球显微镜市场规模的40%左右，市场规模约39亿美元。

由于光学显微镜在研究和技术中的广泛应用，使得光学显微镜得以更快速地普及。根据Mordor Intelligence对于2021-2026年预测，光学显微镜市场预计将以5.2%的复合年增长率增长。光学显微镜市场增长的主要因素包括光学显微镜的技术进步，以及细胞生物学和生物技术研发资金的增加。光学显微镜用于许多研究领域，包括微生物学、微电子学、纳米物理学、生物技术、教育机构实验室和药物研究。它们还用于查看生物样本，以便在诊断中心进行医学诊断。受创新科学需求激增的推动，预计全球光学显微镜市场将继续快速扩张。然而，与电子显微镜相比，光学显微镜的局限性以及小规模制造商的低成本产品是预计在预测期内限制光学显微镜市场的原因。

2020年全球疫情爆发，全球与中国对光学显微镜需求有所下滑。但光学显微镜拥有较久的历史，技术较成熟，同时企业也逐渐将光学显微镜与先进技术相结合，打造更加人性化与智能化的产品，2026年全球光学显微镜市场规模有望达到61亿美元。

亚太将成最具潜力地区

据相关机构调查，北美拥有约1/3的市场销量和数量份额。由于在韩国，日本和印度的大量研发投资，亚太地区是增长最快的地区，亚太地区的新兴经济体为光学显微镜市场的主要制造商提供了增长机会。

从全球市场来看，在欧洲地区，由于生物技术和纳米技术的增长，预计西欧光学显微镜市场将出现积极增长。但是，中东和由于对研究和技术的投资减少，预计该地区在预测期内将产生较弱的增长。 

从国内市场来看，近年来，受益于科研机构、医疗卫生等下游市场的稳步发展，我国光学显微镜市场规模不断扩大，2015年达到15亿元，2019年为25亿元。

光学显微镜市场上的主要参与者包括：卡尔蔡司、尼康、徕卡显微系统、奥林巴斯、明治、牛津仪器、莱博迈等。其中，前四大家统治了中国光学显微镜的高端市场，同时也占据了大部分中国光学显微镜的市场份额。

为了使读者更好的了解近两年光学显微镜新品，同时便于读者在购买时比对产品，本文对近两年光学显微镜新品进行汇总，希望对有购买意向用户提供参考。

光学显微镜近期亮点

近期光学显微镜的技术发展趋势包括：超分辨成像、活体成像和AI人工智能技术，亮点有几个：

（1）共聚焦显微镜方面，徕卡推出STELLARIS平台，不仅综合性能更好，还扩展了荧光寿命成像Tau的新模式；除共聚焦平台本身，它可配置为FALCON快速寿命成像、STED超分辨、DLS光片、DIVE光谱式多光子共聚焦等多种方式。尼康推出第十代共聚焦AX/AX R，提升综合性能，超快和大视场，强调人工智能AI技术。牛津仪器推出的Dragonfly强调速度和自家Andor相机。永新光学推出国产第一台NCF950共聚焦显微镜。

（2）在超分辨成像方面，徕卡的STELLARIS STED使用全新的Tau-STED后，XY轴可达30nm分辨率，可活细胞成像；蔡司推出Elyra 7 with Lattice SIM2，辨析出超精细的亚细胞器结构60nm，活体高速成像时不影响分辨率。尼康的AX/AX R亦有超分辨模块，分辨率：XY方向 120nm，Z方向 300nm。中国的超视界推出两款HiS-SIM和SIM-ultimate，分辨率85nm，可长时间活细胞成像；SIM-ultimate同奥林巴斯合作开启一种全新的联合成像工作模式- joint working模式。

（3）尼康和奥林巴斯都推出了细胞培养监控类平台，将显微镜内置在培养箱内，远程观察整个过程。尼康有为再生医学和干细胞生物学的研究而设计的Biostudio系列和强调高内涵成像和强大软件的BioPipeline-Live；奥林巴斯的Provi CM20具有细胞计数和融合度分析功能。

（4）在降低光毒性3D成像方面，奥利巴斯推出Alpha 3光片显微镜，主要用于透明化大组织的高速成像。蔡司推出Lattice Lightsheet 7晶格层光显微镜。徕卡推出THUNDER宽场，可达到类似共聚焦的效果，瞬时的高分辨率宽场成像，xy分辨率最高达136nm，并可轻松完成厚样品的3D图像采集，此外THUNDER平台还可搭载特色的光电联用系统。

（5）在玻片扫描系统方面，蔡司推出Axioscan 7，兼顾扫描性能与应用自由度。奥林巴斯推出VS200，强调拼接高分辨率全视野数字图像。

（6）中国人发明的特殊技术是超维景的FIRM-TPM头戴式双光子显微镜，可实时记录自由行为动物的大脑神经元和树突棘活动，对神经科学研究非常有帮助。

（7）在教学和常规实验方面，蔡司推出适合数字教学和常规实验的Primostar 3正置显微镜。尼康推出具有更好可操作性的ECLIPSE Si正置显微镜。

（8）徕卡还推出一些独特的产品，如Emspira 3数字显微镜；以及PROvido 8双荧光手术显微镜。

最后，大部分产品都强调了强大的数据系统，AI人工智能技术，以及长期的活细胞成像。

徕卡

STELLARIS共聚焦平台

2020年发布的STELLARIS与以往的共聚焦平台相比性能显著增强。STELLARIS采用Power HyD探测器系列、彻底优化的光束路径和第二代白激光（WLL）相结合，能获得更准确的细节和可靠的数据，精确地验证实验假设。蓝-绿波段的灵敏度增强（PDE > 55%）提升了最常用光谱的检测限值和动态范围。集成式TauSense是基于荧光寿命而无需增加额外专用硬件的创新成像模式，能够让研究者区分特异性的荧光信号和多余的自发性荧光，从而改善最终图像的质量并通过光谱分离技术将原先无法分离的荧光分离出来。

该平台包括：STELLARIS 5和STELLARIS 8共聚焦显微镜，STELLARIS 8能够与所有徕卡显微系统模块相结合，包括快速寿命成像（FALCON）、光谱式多光子共聚焦显微镜（DIVE）、nm显微镜STED（超分辨）、光片（DLS）和CARS。

Emspira 3 数码显微镜

2021年发布的Emspira 3数码显微镜解决方案集成了比较、测量和数据分享功能，可优化检查工作，无需再使用计算机。

Emspira 3无需使用计算机即可帮助完成复杂的目视检查任务，并能减少工作中的混乱。其中集成的屏幕菜单式调节方式（OSD）可提供独立运行的直观工具。

在独立运行模式中，可以在实时图像中测量样本的多个区域，并将其与结果一起保存。轻松地在图像上添加备注和结论、文字和图形元素，标注样本的特征和感兴趣区域。只需点击一下，就可将实时图像与参考图像或与自定义的重叠图进行比较，帮助做出合格/不合格的决定。在进行周期性任务时特别有用，例如检查零部件或组件是否在规定的允许偏差范围内。

按照需要的方式用Emspira 3工作。这个解决方案能够满足研究工作的各类要求，还能调整适应每一名用户的具体需求。

徕卡THUNDER宽场高分辨成像系统

2019年发布的THUNDER 是一种运用全新 Computational Clearing 方法生成高分辨率和高对比度图像的光学-数字技术。Computational Clearing 能够清除所有宽场厚样品图像固有的典型模糊现象。它不仅能生成出色的厚组织 Z 轴层切扫描，还能深入样品摄取单张图像。THUNDER 是一种能够自动考虑所有相关光学参数以实时获得清晰结果的徕卡技术。

THUNDER系统可实时解构 3D 生物微观世界，THUNDER Imager 可提供适用于先进 3D 细胞培养试验的解决方案，无论是干细胞、球状细胞团或是类器官。THUNDER Imager 采用徕卡创新的 Computational Clearing 技术， 能够实时有效去除非焦平面的模糊信息，使 3D 样品在基于摄像头的荧光显微镜上依然能高质量地采图。系统的高度灵敏度可确保低光毒性和低淬灭，全面优化条件以实现更高的图像质量。它具有如下优势：高通量，可实现更好的统计和工作流程效率；仪器使用简单，成像性能高；优化的生理条件，获取有意义的结果。

徕卡还开发了特色的光电联用系统，具体的操作方法是：在电镜所需载网上培养细胞，先用THUNDER光镜进行荧光高分辨率成像，并对整张铜网进行大图拼接，并标记下感兴趣的细胞区域，并存储下图像的所有位置信息。通过硬件和软件无缝整合，将样品转移至冷冻电镜中，快速找回标记区域，进行高分辨率的电镜成像。

冷冻光电联用系统THUNDER Imager EM Cryo CLEM 

PROVIDO 8新一代多学科显微外科手术显微镜

随着现在的技术的发展，越来越多的神经外科开展了神经肿瘤和脑血管手术，神外医生们希望在手术当中不要有血管发生闭塞，手术操作不会引起血管的损伤，能够有尽可能地达到肿瘤边界的可视化。2020年10月推出的徕卡PROvido 8提供解决方案让病变可视化，能够给外科医生有更多的发挥的空间。使用 FL800 ULT 术中影像血管造影术模块可实时观察血流。结合 ICG 吲哚箐绿造影剂使用可快速激活滤镜，在血管手术期间目视评估血管的通畅性。 使用FL800 ULT术中血管造影术可实时观察血流，结合ICG吲哚菁绿造影剂使用可快速激活滤镜，在血管手术期间目视评估血管的通畅性；

Leica FL560 设计用于对激发峰为 460-500 nm (蓝色)、可对发射光 >510 nm 的荧光团（由绿光、黄光和红光组成的光谱）进行荧光观测。

蔡司

Lattice Lightsheet 7晶格层光显微镜

晶格光片技术来源于诺贝尔奖获得者Eric Betizg教授发明的晶格层光显微成像技术，该技术对光进行结构化调制，使光片更薄更长，且光毒性低。2020年底蔡司推出Lattice Lightsheet 7晶格层光显微镜，采用先进的光束整形技术，产生比标准高斯光片薄得多的晶格状光片，以类似光片显微镜的成像速度提供更高的分辨率，能够以亚细胞分辨率进行活细胞成像。该系统允许使用标准样本载具，自动化程度高，简便易用，具有非常低的光毒性。通过Lattice Lightsheet 7晶格层光显微镜，研究人员可以实现长时间以亚细胞分辨率观察细胞及微小生物体的3D动态过程。

Elyra 7 with Lattice SIM²超高分辨率显微成像系统

2021年4月蔡司推出具有开创性的Lattice SIM²，可提高结构照明显微镜（SIM）的分辨率和光切质量。使用蔡司显微镜系统Elyra 7上的Lattice SIM²，将传统的SIM分辨率提高一倍，研究人员现在可以以60nm分辨率区分出活的和固定的样品的最佳亚细胞结构，分辨率可达xy 60nm，z 200nm。

SIM是一种基于栅格的照明技术，能够以超出光学显微镜衍射极限的分辨率进行成像。蔡司将SIM的分辨率优势与成像速度（可达255fps）和检测灵敏度的大幅提高相结合，突破以往超高分辨率成像技术在分辨率，成像速度和光毒性等方面的限制。Lattice SIM²不仅可以解析低至60 nm的结构，还可以同时进行超高分辨率和高动态成像，这是观察活细胞或生物体中快速生物过程的必要条件。

AxioScan 7全自动数字玻片扫描系统

2021年4月推出的全自动数字玻片扫描系统Axioscan 7，兼顾扫描性能与应用自由度，以可靠、可重复的方式创建高质量的数字化玻片数据。平场复消色差物镜保证极高的图像质量。高速数字化、出色的图像质量以及多种成像模式，都可在全自动且易于操作的系统中实现。Axioscan 7具有如下特点：自动几何校准、色差校准，提供可重复实验结果；具有明场、荧光、偏光等多种成像方式；全新明场反差成像模式更全面展现样品特征；最多9个通道荧光高速高质量图像，提供高效多色荧光成像解决方案；自动化操作流程。Axioscan 7适合的用户群体广泛，尤其是对高通量和批量筛选能力有较高要求的公共成像平台、生命科学、药物研究和地质学等领域的用户。

Primostar 3光学显微镜

Primostar 3是蔡司推出的一款坚固的立式光学显微镜，专为日常工作而设计，可长期使用并具有极高的耐用性，所有组件也可以在蔡司5年的延长保修期内正常工作。同时易于学习和运行，并通过即插即用的安装方式进行快速简便的设置。

Primostar 3具有集成的8百万像素显微镜相机的优势以及许多其他数字接口选项。借助成像应用程序蔡司Labscope，可以轻松地将显微镜彼此连接，并可以通过高清监视器或投影仪轻松捕捉和共享显微镜图像。

奥林巴斯

光片显微镜Alpha ³

2021年初推出的Alpha ³来源于PhaseView公司的多向选择平面光显微成像技术（mSPIM），可为研究人员提供一种灵活的高性能光片解决方案。作为先进荧光显微镜，Alpha ³的智能光学聚焦扩展功能可在整个视场中进行均匀、无伪影的成像。该系统可轻松进行快速扫描（智能3D扫描）、XY拼图和温度控制等方面的升级，以便满足各种实验需求。QtSPIM软件为采集X、Y、Z和T λ图像提供了清晰直观的界面。

VS200研究级全玻片扫描系统

在细胞切片扫描方面，为了让科研人员免受物镜视野的困扰，便捷地观察到组织全貌和细胞结构，奥林巴斯2019年10月推出全玻片扫描系统VS200，采用一体式机身，支持自动对焦、自动曝光，快速三步成图，具有明场、暗场、相衬、偏光、荧光五种成像方式，通过全自动高速扫描和无缝拼接将切片样品转换为高分辨率数字图像，以及高性能X系列物镜和特殊设计的光路，将整个组织样品的图像缩小到单个细胞，让研究人员可以清楚地观察到组织的颜色和细胞形态的变化，为研究人员提供了可靠和可定量的数据。

Provi CM20细胞培养监控系统

2021年7月推出Provi CM20细胞培养监控系统，可实现远程细胞培养监控。CM20 系统可通过远程方式提供定量数据，将监控头和细胞培养物置于培养箱中，系统定期对其进行扫描，对细胞进行计数并确定融合度。数据将通过计算机工作站进行无线通信，所以无需进入洁净室即可对培养进度进行监控。通过下载 Open Beta 更新软件，即可将自定义模式添加到系统中。CM20可改善细胞培养过程，提供非标定量结果。使用CM20系统时，无需染色或剥离培养物即可检查其状态。该系统可从非标细胞中采集定量数据，从而减少对培养物造成损害的可能性。CM20还可进行多点细胞培养监测，监控头可扫描培养皿中的多个点或整个表面，以跟踪细胞培养的健康状况和融合程度。该产品获得2021年“爱迪生奖”。

尼康  

AX/AX R共聚焦显微镜

为强化研究人员一贯要求的高信赖性基本性能，尼康于2021年6月推出即便初次使用也可简单操作的第十代点扫描共聚焦显微镜AX与AX R，带来多项改进：人工智能(AI)技术、更精光谱、更高分辨率、更高灵敏度及更快速度。AX与AX R引入人工智能的深度学习方案，采用直观的软件操作，轻松实现大视野（25mm FOV）和8K×8K的高分辨率图像采集，且在高分辨率下成像速度也可以达到每秒7.5张。 

同时AX/AX R完备且高效的操作系统，实现了软件硬件的高效配合，既保证了实验效果的准确性，又极大程度地节约了实验时间和人员成本，基本规避了因为不断反复调整拍摄方案而导致实验标本淬灭的问题，同时保证了出片速度和质量（画质清晰），是提高科研准确性和科研效率的有力工具。

BioStudio-mini可移动活细胞成像显微镜

2020年10月尼康推出BioStudio-mini可移动活细胞成像显微镜，专为再生医学和干细胞生物学的研究而设计。紧凑型的设计便于BioStudio-mini安装在各种隔离器、培养箱和生物安全柜中，是隔离器、细胞自动培养操作装置等设备的“好帮手”。同时，BioStudio-mini机身采用特制材料，具有出色的防水和耐化学腐蚀设计，可以使用过氧化氢气体和/或UV对显微镜进行灭菌。 BioStudio-mini能够实现长时间观察，为药物研发等提供连贯系统的实验数据与反馈。采取了应对GMP洁净生产空间的一体化设计，同时具备实际在GMP标准细胞培养环境中的使用经验，充分满足GMP规范。

显微镜自动培养和成像系统 BioPipeline-Live

此前，尼康曾推出大获成功的系列紧凑型活细胞成像显微镜/细胞培养观察系统（BioStation CT、BioStudio-T、BioStudio-Mini）。2020年11月，尼康推出BioPipeline-Live显微镜自动培养和成像系统，具备三大特性：高内涵平台 + 摆脱箱式系统的束缚+强大软件系统。

BioPipeline-Live采取了灵活的高内涵倒置显微镜平台，可适用于高内涵采集和分析的镜、探测器、影像采集设备和应用程序。利用共聚焦影像采集设备，可以在最高分辨率下采集三维高内涵影像。同样重要的是，BioPipeline-Live简化了系统针对新型探测器和影像采集设备的改造或升级过程。

Biopipeline-Live摆脱了箱式系统的束缚，能为用户提供研究级倒置显微镜的分辨率、灵活性和性能。利用Ti2-E研究级倒置显微光学平台，可实现包括PFS（对焦）、自动物镜补水装置、点扫描或转盘激光共聚焦最大25 mm视野（FOV）的广角成像以及引入针对高级选件的照明装置和方案（如光刺激）等多种实验方案。

ECLIPSE Si正置显微镜

2021年2月尼康推出ECLIPSE Si显微镜，在教育和临床应用方面具有更好的可操作性。 通过使用Digital Sight 1000显微镜摄像机（可选）配置ECLIPSE Si，可以将显微镜上的图像直接投影到监视器上，以供多人同时观察。 尼康还以光强度管理（LIM）的形式开发了一项新功能，该功能可以自动记录为每个物镜设定的光强度水平。当用户在目标之间切换时，将自动调出每个目标的先前设置的强度。

LIM功能可以在切换物镜时将花费在手动调节光强度上的时间减少约40％，还具有经过精心设计的组件来简化工作流程。聚焦旋钮位于显微镜的两侧，便于操作。此外，可用一只手操作聚焦旋钮和载物台手柄，另一只手松开以旋转物镜转换器并更换样品玻片，使用户可以更有效地观察大量样本。

牛津仪器

多模式共聚焦显微成像系统Dragonfly

Dragonfly 核心功能是多点高速，高灵敏度共聚焦成像，其采集速度比普通点扫描共聚焦技术快至20倍。另外采用高分辨，高灵敏的探测器，有效减少活细胞成像的光毒性及光漂白，同时也适合于固定样品的高分辨快速三维成像。第二种成像模式为激光照相的宽场荧光成像。这种模式特别适用于极弱荧光成像。第三种成像模式TIRF（全内反射荧光显微镜），这种模式适用于细胞膜及附近蛋白的动态成像及体外单分子实验。

Dragonfly具有光学变倍Zoom功能