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為科研儀器開發和使用架起橋梁

來源:  -  添加時間:2016-12-13 12:00:28
  在中科院這樣一個機構龐雜、研究方向多元的大家庭里,如何在科研儀器開發和使用間架設橋梁,使雙方優勢互補,實現合作共贏,避免不必要的資金浪費呢?在這方面,中科院電工所和國家納米科學中心合作的“高速掃描原子力顯微鏡”項目或許可以算作其中的典范。6月28日,《中國科學報》記者就此走訪了中科院電工所和國家納米科學中心的相關實驗室一探究竟。

  “簡單來說,我們的儀器研發項目是為滿足納米中心的科研需求,研制一臺高速原子力顯微鏡,幫助他們實現細胞的動態特性觀測。電工所則發揮了研制高精密儀器的專長。”中科院電工所所長助理、微納加工技術研究部主任韓立熱情地向記者介紹當時的情況,“這也算一拍即合。”

  在韓立身后,是堆積如山的各種資料,不大的辦公室顯得有些凌亂。“工作實在太忙,沒來得及整理,過幾天馬上就要去保加利亞。”韓立注意到記者的神情后趕忙解釋。

  原子力顯微鏡自1986年誕生以來,因其具備納米測量、操縱和加工的能力,已成為納米技術領域最具代表性的工具之一。而高速掃描原子力顯微鏡(HS-AFM系統)不僅能減少掃描時間,還能彌補普通掃描儀不能實時觀測生物樣本動態變化的不足。

  “電工所自主研發的這臺顯微鏡速度快、觀察范圍大,其掃描行頻達70赫茲,掃描范圍可達50~70微米。”提起這臺儀器的特點,韓立滔滔不絕,“這么說吧,其他任何國家都沒有這樣的儀器,掃描速度快的沒我們觀察范圍大,掃描范圍勉強接近我們的速度絕沒我們這么快。目前,它已經成功應用于活體微血管內皮細胞的原位成像。”

  普通細胞的直徑在40微米到50微米之間,而之前的高速原子力顯微鏡每次只能掃描2到3微米,范圍過小,對于觀測細胞的力學特征等毫無幫助,而電工所的這臺顯微鏡則可以全面觀測整個細胞,意義重大。

  當天下午2點半,在國家納米科學中心研究員韓東的帶領下,記者和韓立等從電工所轉到國家納米科學中心的納米生物醫學成像與表征實驗室參觀。一幅幅彩色的細胞圖像掛在實驗室入口處的墻壁上,“這些都是使用這里的原子力顯微鏡掃描出來的。”韓東說。

  在實驗室中央,目前國內唯一一臺“高速掃描原子力顯微鏡和快速共聚焦熒光顯微鏡聯合成像系統”分外醒目。這個系統由4部分構成,電腦主機負責顯微鏡控制和掃描圖像處理;HS-AFM主控制器是整個系統的大腦,里面還有特殊電子學系統;HS-AFM掃描頭則負責進行細胞樣本的掃描成像;快速共聚焦熒光顯微鏡則主要負責對細胞樣本的掃描位置進行初選。

  韓東介紹說,這臺儀器一開始是瞄準醫學領域研制的。“一般的顯微鏡只能觀測細胞的生化、外在特征,我們的儀器能夠感知細胞之間力的變化,進而揭示其力學特征。高速掃描原子力顯微鏡未來在醫學檢測領域大有所為。”

  韓東舉例說,一般醫院給病人檢測宮頸癌時,都使用顯微鏡觀測切片判斷是否有癌細胞,然而“一旦發現基本都屬于晚期”,這對病人的病情已于事無補。原子力顯微鏡則不然,它在癌癥早期就可以感知到細胞的不正常,提前發現患者是否患有癌癥,方便提早治療。

  “樂觀地估計,未來所有醫院都可能用到我們的高速掃描原子力顯微鏡檢測病人的各項特征。”韓東說,“當然,要達到這樣的目標還需時日。”

  “高速掃描原子力顯微鏡是我們在科學儀器方面的一個良好示范,通過使用和制造充分合作的方式,我們能夠研制更快速和更精確的掃描探針顯微鏡,它們將在微電子檢測方面發揮更大作用,我們會對這種科學合作方式進行更深入的探討。”韓立說,他會繼續在原子力顯微鏡的領域刻苦攻關,作出更大成果。
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