打破100％依賴進口我國首臺國產商業場發射透射電鏡誕生

　　打破國內透射電鏡100%依賴進口的局面！

　　1月20日，由生物島實驗室領銜研制，擁有自主知識產權的首臺國產場發射透射電子顯微鏡在廣州發布。這標志著我國已掌握透射電鏡用的場發射電子槍等核心技術，并具備量產透射電鏡整機產品的能力，將為我國在材料科學、生命科學、半導體工業等前沿科學及工業領域的高質量發展提供有力支撐。

　　透射電鏡是一種以電子束為光源的顯微鏡，可以看到光學顯微鏡無法看清的細微結構。在生命科學研究、新材料研發、半導體檢測等領域都屬于一種關鍵設備。但是，透射電鏡具有極高的行業壟斷性與技術門檻。

　　此前，我國透射電鏡100%依賴進口，國產化尚屬空白。2022年，我國進口透射電鏡約300臺，進口總額超30億元，預計2022年至2028年期間，年復合增長率超5.8%。

　　對此，中國科學院院士隋森芳深有感觸。他表示，長期以來，由于硬件裝備不能自主研制，使得我國在相關領域的創新受到了很大的限制。

　　在此情況下，中國科學院院士、生物島實驗室主任徐濤聯合中國科學院生物物理研究所研究員孫飛在2016年啟動透射電鏡有關研究，并于2020年在生物島實驗室組建起一支體系完整的透射電鏡研制工程技術團隊。團隊成立三年多以來，相關研發工作接連取得重大突破。

　　“這對于我國擺脫進口依賴、實現高水平科技自立自強具有重大意義。”中國科學院院士、生物島實驗室主任徐濤介紹，這將打破國內透射電鏡100%依賴進口的局面，場發射透射電子顯微鏡將為我國在材料科學、生命科學、半導體工業等前沿科學及工業領域的高質量發展提供有力支撐。

以“太行”之名，挺起透射電鏡產業的中華脊梁

　　“我們通過廣泛交流，集合了有志于從事國產電鏡自主研制的科學家和工程師，涵蓋了電子光學、機械、自動化控制、軟件等相關領域。”孫飛介紹，其中既有來自國內外學界的科研人才，也有在產業界深耕掃描電子顯微鏡多年的領軍人物，“大家都抱有同樣的愿景，就是造出我們國家自己的透射電鏡。”

　　2020年，這支來自全國各地甚至海外的隊伍集結在廣州的生物島實驗室組展開技術攻關。團隊成立三年多以來，在國家自然科學基金委、科技部、廣東省科技廳、廣州市科技局的大力支持下，相關研發工作接連取得重大突破——先后成功研制120千伏場發射電子槍、120千伏低紋波高壓電源、400萬像素和1600萬像素棱鏡耦合CMOS電子探測相機、100萬雜合像素直接電子探測相機等透射電鏡核心關鍵部件。

　　據悉，電子槍是透射電鏡的“光源”，其作用是發射高能電子束照射到樣品上，是透射電鏡最為核心的部件之一。“將原有的30千伏場發射電子槍提升為120千伏，要解決電子源發射穩定性、高壓真空打火等問題。經過不斷的摸索，我們突破國外相關技術壁壘，去年成功實現120kV場發射電子槍的穩定量產。”孫飛說到。如今，生物島實驗室是我國唯一有能力量產該透射電鏡核心部件的單位。

　　孫飛直言，更大的困難在于如何將各個研制成功的部件組合起來實現聯調，真正拿到高分辨率圖像。“拿到分辨率優于0.2nm圖像的那天，我們非常激動，我國終于突破這一關鍵技術。”

　　為了進一步推動透射電鏡的產業化，生物島實驗室與國內領先的科學儀器公司國儀量子聯合成立了廣州慧炬科技有限公司，致力于將透射電鏡技術商業化應用。

　　此次廣州慧炬科技有限公司推出的首款透射電鏡新品TH-F120，取名源自中華名山“太行”，寓意TH-F120將如太行山一樣成為中國透射電鏡產業的脊梁。

　　“太行”場發射透射電子顯微鏡的四大特點

　　一、人機分離：以人機分離為設計理念，匹配高度自動化的控制系統。電鏡空間與工作空間分離，減少人為干擾，提升安全性，使圖像采集工作更加舒適高效；

　　二、高效操作：各模塊控制高度集成至PC端，全中文軟件交互界面一目了然，提升操作效率；

　　三、越級體驗：將場發射電子槍、高自動化系統等配置120 kV平臺，入門即高配；

　　四、豐富拓展：預設充足的附件加裝接口以及整機升級空間，滿足用戶需求迭代，有效應對多樣的應用場景，延長整機使用年限。

　　研發團隊表示，該電鏡擁有自主研制的高亮度場發射電子槍，相比于同級進口產品的熱發射電子槍，亮度更高，發射穩定性和相干性更優，匹配自主研制的電磁透鏡系統，針對120kV成像平臺特別優化電子光學設計，可帶來更佳的圖像襯度和分辨率。

　　生物島實驗室是廣東省首批省實驗室之一。自成立至今，生物島實驗室優化整合力量，加快成果轉化、產業孵化和創新體系建設，不斷培養高價值專利，與本地頭部企業共建聯合實驗室、技術產業轉化中心，累計孵化企業12家。

向“珠穆朗瑪”進發，將推出更高千伏電鏡透視更厚材料

　　廣州慧炬科技有限公司總經理曹峰正在推進“太行”的商業化應用。他介紹，場發射透射電鏡在高端科研、產業發展應用廣泛、意義重大。在生命科學研究領域，它可以看到蛋白質的生物結構；用在集成電路領域，可以實現半導體的缺陷檢測；用在新材料領域，可開展鋰電池的研發等等。

　　曹峰表示，“太行”是擁有原子級分辨率的顯微放大設備，信息分辨率達0.2nm，可以呈現大多數晶體的排列結構。“它是多個技術的復合體。我們必須在每個環節都做到極致，才能保證設備整體達到超高分辨率。”

　　曹峰透露，團隊明年計劃研制出200千伏場發射透射電鏡。“電壓雖然看起來只是增加了80千伏，但研制難度卻是指數級增加，設備的穩定性、防護性都需要進一步探索。”

　　曹峰表示，電壓越高意味著電子能量越高，就越能穿透更厚的樣品。目前120千伏的電鏡，可以穿透大約50納米厚度的材料。但是對于常見的100納米的材料，還需要200甚至300千伏的電鏡。

　　在未來數年，該公司計劃推出場發射透射電鏡系列EM -F200“峨眉”、KL -F300“昆侖”，冷凍透射電鏡系列YL -F100C“玉龍”、TGL -F200C“唐古拉”、 ZMLM -F300C“珠穆朗瑪”，熱發射透射電鏡系列QL -T120“秦嶺”、DX -LaB120“丹霞”。“我們的透射電鏡產品取名均源自中華名山，代表慧炬立足中國、放眼世界，助力科研工作者勇攀高峰、不斷突破。”曹峰說。

　　廣州慧炬科技有限公司

　　廣州慧炬科技有限公司專注于研制國產透射電鏡，其研發團隊的組建初心和不斷突破源于中國科學院生物物理研究所和廣州生物島實驗室徐濤院士、孫飛研究員對研制國產高端顯微成像設備的長期探索與不懈追求，兩位科學家繼承與踐行了我國著名生物學家貝時璋院士畢生堅持的通過自主研制高端儀器設備促進科學研究的理念。在徐濤院士、孫飛研究員的帶領下，研發團隊承擔了多個電鏡相關的科研項目，公司的成立正是得益于研發團隊在這些項目中積累的研發成果。

　　公司主體依托廣州生物島實驗室，聯合國內領先的科學儀器公司國儀量子，匯聚以曹峰、盧志鋼、姚一帆、劉紀凱為代表的電鏡人才，以突破國產透射電鏡關鍵技術為初心和使命，致力于讓中國科學家用上世界領先的透射電鏡、體驗到專業及時的技術服務。