打破国内透射电镜100%依赖进口的局面！
1月20日，由生物岛实验室领衔研制，拥有自主知识产权的首台国产场发射透射电子显微镜在广州发布。这标志着我国已掌握透射电镜用的场发射电子枪等核心技术，并具备量产透射电镜整机产品的能力，将为我国在材料科学、生命科学、半导体工业等前沿科学及工业领域的高质量发展提供有力支撑。
透射电镜是一种以电子束为光源的显微镜，可以看到光学显微镜无法看清的细微结构。在生命科学研究、新材料研发、半导体检测等领域都属于一种关键设备。但是，透射电镜具有极高的行业垄断性与技术门槛。
此前，我国透射电镜100%依赖进口，国产化尚属空白。2022年，我国进口透射电镜约300台，进口总额超30亿元，预计2022年至2028年期间，年复合增长率超5.8%。
对此，中国科学院院士隋森芳深有感触。他表示，长期以来，由于硬件装备不能自主研制，使得我国在相关领域的创新受到了很大的限制。
在此情况下，中国科学院院士、生物岛实验室主任徐涛联合中国科学院生物物理研究所研究员孙飞在2016年启动透射电镜有关研究，并于2020年在生物岛实验室组建起一支体系完整的透射电镜研制工程技术团队。团队成立三年多以来，相关研发工作接连取得重大突破。
“这对于我国摆脱进口依赖、实现高水平科技自立自强具有重大意义。”中国科学院院士、生物岛实验室主任徐涛介绍，这将打破国内透射电镜100%依赖进口的局面，场发射透射电子显微镜将为我国在材料科学、生命科学、半导体工业等前沿科学及工业领域的高质量发展提供有力支撑。
“我们通过广泛交流，集合了有志于从事国产电镜自主研制的科学家和工程师，涵盖了电子光学、机械、自动化控制、软件等相关领域。”孙飞介绍，其中既有来自国内外学界的科研人才，也有在产业界深耕扫描电子显微镜多年的领军人物，“大家都抱有同样的愿景，就是造出我们国家自己的透射电镜。”
2020年，这支来自全国各地甚至海外的队伍集结在广州的生物岛实验室组展开技术攻关。团队成立三年多以来，在国家自然科学基金委、科技部、广东省科技厅、广州市科技局的大力支持下，相关研发工作接连取得重大突破——先后成功研制120千伏场发射电子枪、120千伏低纹波高压电源、400万像素和1600万像素棱镜耦合CMOS电子探测相机、100万杂合像素直接电子探测相机等透射电镜核心关键部件。
据悉，电子枪是透射电镜的“光源”，其作用是发射高能电子束照射到样品上，是透射电镜最为核心的部件之一。“将原有的30千伏场发射电子枪提升为120千伏，要解决电子源发射稳定性、高压真空打火等问题。经过不断的摸索，我们突破国外相关技术壁垒，去年成功实现120kV场发射电子枪的稳定量产。”孙飞说到。如今，生物岛实验室是我国唯一有能力量产该透射电镜核心部件的单位。
孙飞直言，更大的困难在于如何将各个研制成功的部件组合起来实现联调，真正拿到高分辨率图像。“拿到分辨率优于0.2nm图像的那天，我们非常激动，我国终于突破这一关键技术。”
为了进一步推动透射电镜的产业化，生物岛实验室与国内领先的科学仪器公司国仪量子联合成立了广州慧炬科技有限公司，致力于将透射电镜技术商业化应用。
此次广州慧炬科技有限公司推出的首款透射电镜新品TH-F120，取名源自中华名山“太行”，寓意TH-F120将如太行山一样成为中国透射电镜产业的脊梁。
“太行”场发射透射电子显微镜的四大特点
一、人机分离：以人机分离为设计理念，匹配高度自动化的控制系统。电镜空间与工作空间分离，减少人为干扰，提升安全性，使图像采集工作更加舒适高效；
二、高效操作：各模块控制高度集成至PC端，全中文软件交互界面一目了然，提升操作效率；
三、越级体验：将场发射电子枪、高自动化系统等配置120 kV平台，入门即高配；
四、丰富拓展：预设充足的附件加装接口以及整机升级空间，满足用户需求迭代，有效应对多样的应用场景，延长整机使用年限。
研发团队表示，该电镜拥有自主研制的高亮度场发射电子枪，相比于同级进口产品的热发射电子枪，亮度更高，发射稳定性和相干性更优，匹配自主研制的电磁透镜系统，针对120kV成像平台特别优化电子光学设计，可带来更佳的图像衬度和分辨率。
生物岛实验室是广东省首批省实验室之一。自成立至今，生物岛实验室优化整合力量，加快成果转化、产业孵化和创新体系建设，不断培养高价值专利，与本地头部企业共建联合实验室、技术产业转化中心，累计孵化企业12家。
广州慧炬科技有限公司总经理曹峰正在推进“太行”的商业化应用。他介绍，场发射透射电镜在高端科研、产业发展应用广泛、意义重大。在生命科学研究领域，它可以看到蛋白质的生物结构；用在集成电路领域，可以实现半导体的缺陷检测；用在新材料领域，可开展锂电池的研发等等。
曹峰表示，“太行”是拥有原子级分辨率的显微放大设备，信息分辨率达0.2nm，可以呈现大多数晶体的排列结构。“它是多个技术的复合体。我们必须在每个环节都做到极致，才能保证设备整体达到超高分辨率。”
曹峰透露，团队明年计划研制出200千伏场发射透射电镜。“电压虽然看起来只是增加了80千伏，但研制难度却是指数级增加，设备的稳定性、防护性都需要进一步探索。”
曹峰表示，电压越高意味着电子能量越高，就越能穿透更厚的样品。目前120千伏的电镜，可以穿透大约50纳米厚度的材料。但是对于常见的100纳米的材料，还需要200甚至300千伏的电镜。
在未来数年，该公司计划推出场发射透射电镜系列EM -F200“峨眉”、KL -F300“昆仑”，冷冻透射电镜系列YL -F100C“玉龙”、TGL -F200C“唐古拉”、 ZMLM -F300C“珠穆朗玛”，热发射透射电镜系列QL -T120“秦岭”、DX -LaB120“丹霞”。“我们的透射电镜产品取名均源自中华名山，代表慧炬立足中国、放眼世界，助力科研工作者勇攀高峰、不断突破。”曹峰说。
广州慧炬科技有限公司
广州慧炬科技有限公司专注于研制国产透射电镜，其研发团队的组建初心和不断突破源于中国科学院生物物理研究所和广州生物岛实验室徐涛院士、孙飞研究员对研制国产高端显微成像设备的长期探索与不懈追求，两位科学家继承与践行了我国著名生物学家贝时璋院士毕生坚持的通过自主研制高端仪器设备促进科学研究的理念。在徐涛院士、孙飞研究员的带领下，研发团队承担了多个电镜相关的科研项目，公司的成立正是得益于研发团队在这些项目中积累的研发成果。
公司主体依托广州生物岛实验室，联合国内领先的科学仪器公司国仪量子，汇聚以曹峰、卢志钢、姚一帆、刘纪凯为代表的电镜人才，以突破国产透射电镜关键技术为初心和使命，致力于让中国科学家用上世界领先的透射电镜、体验到专业及时的技术服务。
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