中科院巩岩：高端光学显微物镜技术实现突破，推动国产化仪器有效替代

长期以来，我国实验室仪器及设备行业由于起步较晚，在研发技术、质量和规模等方面与国际巨头存在差距，特别是在高端分析仪器领域依赖进口程度较高。但近年来，随着国家政策的扶持和鼓励，国产实验室仪器及设备厂商正迎来前所未有的发展机遇，行业呈现快速增长趋势。

光学显微技术，作为科学研究中不可或缺的工具，经历了从简单放大到现如今超高分辨率成像的漫长历程。在这个过程中，高端光学显微物镜技术的突破，无疑为这一领域注入了新的活力。它不仅让我们能够观察到更加微小的细节，更在生命科学、材料科学等领域发挥着至关重要的作用，也推动实验仪器研发进入了一个全新的阶段，为科学家们打开了全新的探索之门。

2024年5月10日，在动脉网举办的VBEF未来医疗生态展会的实验室仪器及设备分论坛上，中科院特聘研究员巩岩先生分享了《高端光学显微物镜技术突破及光学显微实验仪器研发》，以下为演讲内容整理。

中科院特聘研究员巩岩

新一轮科技革命的号角已经吹响，谁掌握了科技仪器，谁就掌握了发展的关键。

然而，当前我国90%以上的高端仪器市场被国外企业所垄断，每年需要进口的仪器设备高达千亿美元。在全球前20位的科学仪器公司中，我国企业无一上榜。尤其是在高端显微技术领域，我国科研工作受到了严重的制约。国外很小一个隐形冠军不供货，就能让中国科研停摆，让中国万亿产业瘫痪。

当前我国在高端科学仪器的研究上，很大程度上还依赖于现有技术的二次开发，这些仪器不仅价格昂贵、维修困难，其相关的科研参数也不对我国开放。

此外，国内显微市场体量有限，许多企业更倾向于做模组或车载镜头等更有商业前景的研究，这也导致我国在显微研究力量上的投入不足，缺乏高端研究团队，工艺和技术方面的投入也严重不足。

我国在高端显微技术领域的突破之道，是要掌握关键技术，实现核心部件的自主研发，以推动国产化仪器的有效替代。

近年来，我国在超高分辨显微系统领域发展迅速，也催生了众多新应用需求，特别是在生物学研究领域，用于细胞观测、基因测序、癌症诊断，以及脑科学研究等等。此外，在半导体量测方面，也需要更高端的显微系统，包括更高的分辨率，更好的对比度，更快的成像速度，更深的观测深度以及特别的系统参数，包括工作波段、工作距离、畸变、色差、视场等等。

显微物镜是高超分辨显微系统的核心，目前国内高端显微物镜被5大公司垄断。我国在显微系统领域的前期投入不足，导致了技术瓶颈。

提高分辨率是光学工程中的一大挑战，尤其是在光学显微镜领域。根据显微系统的核心公式R=k*（λ/NA），减小波长λ和增大数字孔径NA可以提高分辨率。因此，显微系统的基本要求包括数字孔径、放大倍数、视场大小和色差校正等。核心部件数字孔径的增加是提高分辨率的重要途径。

为了突破高端显微技术垄断，在国家某项目的支持下，我们建立了“先进显微光学工程中心”，打造国内领先技术水平的显微物镜研发平台。

中心拥有国内领先的超精尖物镜研发平台，打造了全数字化显微光学物镜研发工艺和流程，包括光学设计光机设计、光学加工机械加工、装配集成、像质检测及物镜封装等。平台具备系统级超精密光学物镜和光电智能仪器开发能力，全工艺链条光学物镜超精密制造能力和条件，并培养了一批光学物镜制造经验丰富的工程师队伍。

在显微物镜研发方面，我们突破了多参数协同设计、特种小微光学元件加工以及高精度显微物镜装配等光学显微物镜研发的多个关键技术和工艺，成功开发了四个系列的显微物镜，包括高NA系列、宽波段系列、大视场系列以及极端环境系列的物镜，自主研发物镜技术指标达到国际一流水平，实现了国产化替代。我们还支撑了多个国家重大仪器项目顺利实施。

显微物镜的应用包括双光子-STED显微镜、结构光照明显微镜、大视场光学层析显微镜、介观双光子显微镜等，这些仪器在活细胞观测、肝癌靶向药物成像、HE染色的小鼠脑切片介观成像等方面发挥了重要作用。

目前自主研制的双光子显微镜，配备本项目研发的NA0.72宽波段长工作距双光子显微物镜，已经出口到德国、日本、美国等显微技术强国。

在显微物镜研制过程中，我们自研了两款重要的高精度光学物镜装配测试仪器，包括偏心间隔一体化测试仪和非接触镜片中心厚度测量仪，这些设备原本由德国公司制造，价格昂贵。

未来，显微系统的发展将结合新原理技术和新器件，深耕显微光学核心部件。国产显微镜将走向系列化、定制化、高端化，以实现世界级的科研成果。人工智能和算法在科学仪器中也将扮演着重要角色。

作为科技强国、质量强国、制造强国，我们必须拥有自己的高精尖光学显微仪器，以支撑科技创新和产业应用。国家应在政策上给予支持，推动国产科研仪器的发展，实现产学研用的结合。我们相信，国产科研仪器走向世界的目标将在不远的将来实现。