1873年，德國物理學(xué)家恩斯特·阿貝(Ernst Abbe)提出光學(xué)顯微鏡存在分辨率J限，約為200nm。2014年的諾貝爾化學(xué)獎同時授予了三位科學(xué)家，他們在突破了“阿貝J限”，在超分辨熒光成像技術(shù)領(lǐng)域做出重要成績，將光學(xué)顯微技術(shù)帶入到納米尺度。

近些年來，超分辨顯微技術(shù)得到了快速發(fā)展，當(dāng)前主要的超分辨技術(shù)有結(jié)構(gòu)光照明（SIM）、受激發(fā)射損耗（STED）、光激活定位顯微（PALM）、隨機光學(xué)重構(gòu)（STORM）等，獲諾獎的兩種超分辨技術(shù)分別是STED和單分子定位顯微技術(shù)，后一類技術(shù)的典型代表目前有光激活定位顯微（PALM）和隨機光學(xué)重構(gòu)顯微（STORM）。隨著超分辨技術(shù)的發(fā)展與成熟，幾大顯微公司也紛紛推出各自的商業(yè)化產(chǎn)品，并根據(jù)各技術(shù)的特點和優(yōu)勢應(yīng)用到不同的生命科學(xué)研究當(dāng)中。

本文對國內(nèi)實驗室共享的超分辨顯微儀器進行了盤點，共統(tǒng)計到70臺，未在所用統(tǒng)計平臺上傳的儀器不在本次統(tǒng)計范圍之中。超分辨顯微鏡的貨值較高，應(yīng)用領(lǐng)域較專業(yè)，雖然統(tǒng)計到的共享儀器數(shù)據(jù)量不大，但一定程度上可反映出其時間地域分布、科研單位特定技術(shù)需求以及對于品牌的選擇。

獲“諾獎”后超分辨共享啟用提速 北京占比超30%

圖1 共享超分辨顯微鏡各省分布 

本次統(tǒng)計當(dāng)中，分布在北京的超分辨顯微鏡數(shù)量Z多，占比約為30%，其中北京大學(xué)和中科院系統(tǒng)（包括中科院生物物理所、中科院動物研究所）的共享儀器數(shù)量相對較多。除北京以外，江蘇省上傳的共享超分辨顯微鏡數(shù)量較多，主要分布單位是江南大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和東南大學(xué)。

圖2 共享儀器啟用時間分布  

本次統(tǒng)計的共享超分辨顯微鏡的啟用時間可以看出，2014年以后，共享儀器大幅增加，而2018年啟用的共享超分辨顯微鏡Z多。

尼康近4成 STORM技術(shù)應(yīng)用更廣泛

圖4 共享超分辨顯微鏡品牌占比

本次統(tǒng)計的共享超分辨顯微系統(tǒng)品牌分布如圖4，Z多的是尼康，占比38%，主要技術(shù)類型則是STORM；其次是蔡司，主要技術(shù)類型是蔡司的Airyscan（部分儀器未標(biāo)明具體技術(shù)，Lattice SIM和SMLM未統(tǒng)計到），占比為22%；STED技術(shù)是**個用來突破衍射J限的遠(yuǎn)場光學(xué)顯微技術(shù)，目前國內(nèi)市場主要是徠卡的產(chǎn)品，在本次統(tǒng)計中占比為17%。

圖3 各超分辨技術(shù)占比

主要超分辨技術(shù)應(yīng)用占比如圖3，全國來看，應(yīng)用Z多的是STORM技術(shù)，占比22%，其次是蔡司的Airyscan（不包括Airyscan2）和SIM，分別占比21%和19%。而以樣本量Z多的北京地區(qū)分析，Z多的是STORM技術(shù)，占比26%，STED、SIM其次，占比均為21%。STORM超分辨技術(shù)是目前分辨率Z高的技術(shù)，據(jù)稱可達(dá)20nm。另有報道顯示，蘇州醫(yī)工所自主研制的超分辨顯微成像系統(tǒng)主要基于STED和STORM技術(shù)，而本次統(tǒng)計到的蘇州醫(yī)工所自主研制的儀器還用到了SIM 技術(shù)，根據(jù)蘇州醫(yī)工所官網(wǎng)報道，其STED超分辨顯微鏡分辨率達(dá)到50nm。

在被國外品牌長期“統(tǒng)治”的G端光學(xué)顯微鏡領(lǐng)域，中國科研人員始終堅持研發(fā)力求突破，令人欣喜的是，在本次統(tǒng)計中，國產(chǎn)超分辨顯微系統(tǒng)共有5臺，占比7%，其中蘇州醫(yī)工所2臺，中科院生物物理3臺，這些超分辨顯微技術(shù)也已經(jīng)對科研人員開放使用，并且依靠自主研發(fā)的儀器做出的數(shù)據(jù)也發(fā)表了高質(zhì)量的文章。此外，北京大學(xué)陳良怡教授團隊與合作者在2018年研發(fā)出的超高分辨率顯微鏡 -- 海森結(jié)構(gòu)光顯微鏡（Hessian-SIM），研究成果在Nature Biotechnology上發(fā)表，并奪得了生物成像領(lǐng)域的多個“頭次”，也被評為當(dāng)年的“中國光學(xué)十大進展”。據(jù)悉北京世紀(jì)桑尼科技有限公司正在研發(fā)商業(yè)化超分辨模塊，近期將有測試數(shù)據(jù)，儀器信息網(wǎng)將持續(xù)關(guān)注。

當(dāng)前，飛速發(fā)展的中國生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)向中國的G端科研儀器制造提出要求。近些年來，G端顯微設(shè)備國產(chǎn)化方面，越來越多的中國自主研制超分辨、雙光子和共聚焦等G端顯微鏡問世。雖然超分辨顯微技術(shù)越來越成熟，但空間與時間、成本與性能的博弈還在持續(xù)，超分辨顯微成像技術(shù)仍有進步的余地，期待國產(chǎn)超分辨顯微鏡能夠繼續(xù)奮起直追，早日立足國際舞臺。

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來源：儀器信息網(wǎng)

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