包装薄膜材料常使用传统红外光谱进行表征，但传统FTIR通常只能测单一红外光谱，不具备样品红外光谱成像功能或成像空间分辨率受红外波长限制，通常仅为5-10 μm。在实际应用中，层状材料越来越薄，这对常规FTIR技术的空间分辨率提出了极大的挑战。

全新光学光热红外光谱技术

    光学光热红外光谱技术（O-PTIR）可在非接触反射模式下对多层薄膜进行亚微米级的红外表征，同时探针激光器会产生拉曼散射，从而以相同的亚微米分辨率在样品的同一点同时捕获红外和拉曼图像。基于光学光热红外光谱技术的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统的工作原理是：光学光热红外光谱技术通过将中红外脉冲可调激光器与可见探测光束结合在一起，克服了红外衍射极限。将红外激光调谐到激发样品中分子振动的波长时，就会发生吸收并产生光热效应。如图1所示，可见光探针激光聚焦到0.5 μm的光斑尺寸，通过散射光测量光热响应。红外激光可以在一秒钟或更短的时间内扫过整个指纹区域，以获得红外光谱。

图 1． 非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统 红外和拉曼光谱的光束路径示意图。

 红外&拉曼同步测量

    传统的透射红外光谱通常不能用于测量厚样品，因为光在完成透射样品之前会被完全吸收或散射，导致几乎没有光子能量到达检测器。由于光学光热红外光谱技术是一种非接触式技术，因此非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统可以对较厚的样品进行红外测量，极大地简化了样品制备过程，提升了易用性。在图2中，作者使用非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统针对嵌入环氧树脂中的薄膜样品横截面进行了分析。

    图2线阵列中各点之间的数据间隔为500 nm。 由于非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统与传统FTIR光谱具有极好的相关性，因此可以使用现有的光谱数据库搜索每个光谱。对红外光谱的分析对照可以清楚地识别出不同的聚合物层，聚乙烯和聚丙烯，以及嵌入的环氧树脂。

图 2．上：薄膜横截面的40倍光学照片；中：红外光谱从标记区域收集；下：同时从标记区域收集拉曼光谱。

化学组分分布的可视化成像

    当生产层状薄膜时，产品内部的化学分布是产品完整性的重要组成部分。非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统独特地实现了高分辨率单波长成像，以突出显示样品中特定成分的化学分布。非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统可以在每层的独特吸收带处采集图像，以此实现显示层的边界和界面的观察。图3展示了多层膜截面的光学图像。从线阵列数据可以看出，中间位置存在一个宽度大约为2 μm的区域，该区域与周围区域的光谱差异很大。红色光谱显示1462 cm^‑1处C-H伸缩振动显著增加。

图3. 上：薄膜截面的40倍光学照片；下：标记表示间距为250 nm的11 µm线阵列。

    红外单波长成像使我们能够清晰地可视化层状材料的厚度和材质分布，如图4所示。从图像中可以看出，非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统红外显微镜可以在非接触状态下进行反射模式运行，以高的空间分辨率提供单波长图像。

图4. 红外单波长成像层状材料的成分分布。

总结

    通过同时收集红外和拉曼光谱，科学家发现非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统可被广泛用于分析各种多层膜。收集的光谱与传统的FTIR光谱显示出> 99%相关性，并且可以在现有数据库中进行搜索。此外，使用非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统进行单波长成像可实现亚微米分辨率样品中组分的可视化。通过该技术，我们可以更好地了解薄膜材料的整体构成。总体而言，非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统首次提供了可靠且可视化的亚微米红外光谱，目前它已在高分子、生命科学、临床医学、化工药品、微电子器件、农业与食品、环境、物证分析等领域得到广泛应用并取得了良好的效果，显示出了广阔的应用前景。

[报告简介]

近年来，日益增长的对尺寸细小的亚微米物质高空间分辨率化学图像和光谱分析的需求，推动了现代振动光谱仪器向超分辨率和高灵敏度方向上进行革新。

为了获得可分析解释的数据和光谱信息，传统的红外仪器，即使使用了新型红外激光器（如QCL激光器），仍然依赖于探测长波长的中红外光，从而限制了传统红外技术的实际空间分辨率在5 - 20微米之间；与红外吸收光谱相反，拉曼光谱的空间分辨率取决于可见光的波长(400-700纳米左右)，因此能在同一化合物上以非接触操作模式，实现亚微米衍射限制空间分辨率的振动模式检测。但由于拉曼在分子水平上探测光子的非弹性散射，因此需要更强的激发源，同时也带来了样品损伤的风险。

这几年发布的O-PTIR（光学光热共振红外）技术创新性的兼具亚微米空间分辨率以及红外直接检测物质红外吸收的特性，使红外光谱的空间分辨率提高了20倍。因为O-PTIR技术仅直接检测源于样品吸收红外辐射引发的变化，而不计算入射红外光和透过红外光的差异，使得O-PTIR光谱具有很高的清晰度和灵敏度，可以达到飞克(10-13克)级别。O-PTIR技术测量无需复杂样品准备，过程也无需机械和AFM探针等复杂操作，以一种全程和样品无接触，无分散散射相差的红外光谱获取方式来实现高精度、快速红外光谱及成像测量。

基于O-PTIR技术的商业化mIRage设备还能以相同的分辨率、同一时间和位置上同步进行红外和拉曼光谱数据测量，为增加测量数据的互补和验证结果的可信度提高了一种新的可能。

在本介绍中，Mike Lo博士将以400纳米高分子薄膜的分析检测为例，深入探讨传统FTIR和基于O-PTIR技术的mIRage显微光谱的区别和特点，并通过一系列非常有挑战性的样品测试结果和分析来展示基于O-PTIR技术的mIRage红外+拉曼同步显微光谱的独特功能与优势, 希望对各位听众的研究工作有所帮助。我们诚挚欢迎各位前来Quantum Design北京实验室进行mIRage红外+拉曼同步测量系统样机的参观和使用。

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[主讲人介绍]

Michael K. Lo  博士

美国加州大学洛杉矶分校获得化学和生物分子工程博士学位，并获得项目管理专业认证 (PMP)。目前是美国PSC公司亚太地区应用和业务发展经理，拥有15年以上的仪器相关经验，涉及从IR/Raman, AFM和电子显微镜到材料合成和聚合物组成调配等研究领域。他在超越传统光学衍射极限的红外仪器的开发和应用方面有着丰富的经验。

[报告时间]

开始  2020年06月30日  14:00

结束  2020年06月30日  15:00

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[报告简介]

    作为一种新兴污染物，微塑料以纳米、微米到毫米尺度充斥在从海洋到陆地的所有环境里，这些污染物不仅有进入到细胞或生物体内的高风险，甚至会对整个食物链产生影响，因此对微塑料种类和成份的监测和鉴定技术显得尤为重要，可为未来制定有效的FZ手段提供准确详细的数据支持。

    目前微塑料检测是使用普通傅里叶红外光谱或拉曼光谱对样本的种类和组成进行鉴定，需要进行复杂样本处理，如浮选，多级过滤等，并且普通傅里叶红外光谱技术，空间分辨率比较有限，极限的分辨也仅能达到几个微米，且光谱准确性容易受到弹性光散射所产生的米氏散射效应的影响，使得全面检测和鉴定微塑料的种类和成分结构信息变得十分困难。

    Z近基于光热显微红外技术的非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量技术，突破了传统傅里叶红外光谱技术的局限，红外光谱的空间分辨率提高了几十倍，达到~500 nm，并且测量更简单，更快速，无需复杂的样品制备过程，结合液体检测模式和同步拉曼技术，让更快、更准确的进行微塑料的追踪、监测和研究成为可能，正成为下一代标准的方法。

    本报告将从当前微塑料监测和研究领域存在的测量问题和挑战出发，讨论新一代非接触式亚微米红外和同步拉曼技术带来的巨大改变及其潜在优势，并结合当前一些微塑料领域的研究成果和应用案例进行详细探讨，希望对当下环境微塑料的监测、研究及有效防控有所帮助。

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[主讲人介绍]

唐红杰 博士

材料学博士，毕业于ZG科学院过程与工程研究所，美国加州大学河滨分校和特拉华大学博士后。主要研究方向为无机纳米功能材料合成与制备，及在能源存储和转换领域的应用。2019年加入Quantum DesignZG子公司表面光谱仪器销售和技术团队，担任产品经理，从事PSC亚微米非接触红外拉曼同步测量系统mIRage, Delong低压透射电子显微镜，easyXAFS台式X射线吸收精细结构谱仪和Arradiance原子层沉积系统及等相关产品的应用开发、技术支持及市场拓展。

[报告时间]

开始  2020年06月9日  14:00

结束  2020年06月9日  15:00

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在高内相乳液(HIPE)中，初始离散单元在聚合过程中或之后转变成由窗口高度互联聚合体的时间和方式，一直是一个有争议的问题。其中，以苯乙烯/二乙烯苯作为油相的油包水高内相乳液，是该领域研究的一个热点体系。在诱导聚合过程中，以支化的聚乙烯亚胺(PEI)为亲水端和聚苯乙烯(PS)链作为疏水端。这类大孔表面活性剂可以在大剂量范围内稳定HIPE并导致不同的开孔多聚形态。然而由于受到表征技术的限制，原位探测上述过程详细的机理仍然较为困难。

Photothermal Spectroscopy Corp研发的光学光热红外(optical photothermal infrared)表面成像新技术可适用于液体环境测试，为探索polyHIPE的窗口形成机理提供了机会。光学光热红外技术通过探测红外光被吸收后所诱导的热响应信号来测试待测样品的红外振动峰，该技术有四大优势：使用可见光为检测光，可以将分辨率提高到 ~ 500 nm；非接触式的光学显微镜；分辨率不依赖于红外光波长；不会产生弥散的伪影。有鉴于此，同济大学万德成教授课题组与Photothermal Spectroscopy Corp合作，利用基于光学光热红外技术（O-PTIR）技术的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统mIRage（图1）对polyHIPE的聚合体进行了红外光谱和成像分析，探究其演变过程及形成机理。

图1. A) 3%表面活性剂用量诱导的polyHIPE选取区域的光学照片，B)相应的mIRage图（条件: 红色代表强烈的反应，绿色代表几乎没有反应，而黄色代表对1492 cm-1处的激光束的中等反应），C)插图为典型的选定区域附近的局部表面形貌(通过SEM)，D) 插图为立方状样品的光学照片(≈5×5×5 cm3)

如图1B所示，PS对在1492 cm-1处激光束有红外响应，对新鲜的多聚体表面进行该波长激光扫描，发现了三个有代表性的区域。区域1几乎没有PS信号，说明表面完全覆盖 PEI 大孔表面活性剂, 对其他组成不太敏感 , 区域3显示 一 个 强烈红外信号,对应 PS 块体人工样品处理后的横截面。区域2呈现出岛状的PS微区，点缀在大孔表面活性剂覆盖的表面。由此推断，PS微区可能起源于相分离诱导的大孔表面活性剂的析出。

图2. 在1600 (绿色)和1492 cm-1(红色)激光束照射下的多聚体表面的mIRage 2D O-PTIR图像。B)一系列的FTIR光谱提取采样点(箭头尾)。每个采样点的高度比为1600/1492 cm-1，如(C)所示，相邻的采样点为250 nm

进一步对区域2进行1600和1492 cm-1位置逐点热成像扫描得到二维图像(图2A)，可以观察到一个不均匀的表面，表明发生了相分离。1600和1492 cm-1的波长分别用绿色和红色表示，PS对1600和1492 cm-1的激光束均有红外响应, PEI也对1600 cm-1的激光束有红外响。因此，如果表面仅仅是由PS决定的，那么1600和1492 cm-1的强度比应该不发生变化。1600/1492 cm-1红外强度比分布图(图2C)以及线性点提取红外光谱(图2B)都可以显示目标位置的表面化学成分，证实了相分离的发生。

综上所示，非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统mIRage为polyHIPE表面相分离的存在提供了强有力的证据，有助于未来窗口的发展。

参考文献：

[1]. C. H. Li, M. Jin, D.C. Wan, Evolution of a Radical-Triggered Polymerizing High Internal Phase Emulsion into an Open-Cellular Monolith, Macromol. Chem. Phys. 2019, 220, 1900216.

题：The mIRage IR+Raman Dual Channel Microspectroscopy: Particle and Contamination Analysis

[报告简介]

    颗粒物无处不在，气溶胶、PM2.5、灰尘、棉絮、污染物、微塑料、药物粉末和化学残留物对生活的方方面面都有着很大的影响。对这些微粒的积极识别有助于确定它们在人体内的潜在影响，并可以揭示这种物质的来源，作为未来消除这种影响的一步。

    然而，识别单个粒子的化学组成对分析科学提出了重大挑战，因为颗粒物的尺寸通常比红外光的波长更小。传统较弱的红外光源加上小于10 µm的颗粒尺寸，会导致明显的光谱噪声，难以进行有效的组成识别。更加复杂的是，小颗粒锐利边缘的散射像差会导致红外峰的漂移和异常的带形状。这些困难大大降低了人们正确解释小粒子红外光谱结果的信心。通常认为，传统的FTIR仅可以可靠地分析大于20 µm的粒子。尽管使用了新型红外激光器（如QCL激光器），小颗粒的红外吸收变化仍然很小，实际的空间分辨率在5 ~ 20微米之间, 而由于散射像差引发的数据和光谱信息的可译性差也未能得到改善。

    PSC (Photothermal Spectroscopy Corp. )公司新发布的mIRage亚微米IR+Raman显微镜将独特的光学光热红外(O-PTIR)技术与同步拉曼光谱技术相结合，直接解决了上述挑战。该系统利用固定波长的探测光束直接感应材料的光热变化，从而提供可靠的红外吸收光谱。这种方法对小到几百纳米的粒子提供了较高的灵敏度。尽管粒子直径很小，这些光谱的红外吸收带不含任何散射像差，并可在常规红外数据库中搜索来实现快速的未知物种鉴定。另外同步拉曼显微镜为O-PTIR光谱在同一位置、同一时间、同一分辨率下提供了补充和验证的结果。这一独特的功能只需简单的鼠标点击，即可提供无与伦比的物种识别信心，并显著节省时间，从获得两个独立的光谱数据通道。

    在这次研讨会中，Mike Lo博士将深入探讨基于O-PTIR技术的mIRage显微光谱和IR+Raman技术, 并结合几个具体的应用案例，来探讨它们在分析颗粒物方面的显著优势。我们诚挚欢迎各位前来Quantum Design北京实验室进行mIRage红外+拉曼同步测量系统样机的参观和使用。

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[主讲人介绍]

Michael K. Lo  博士

美国加州大学洛杉矶分校获得化学和生物分子工程博士学位，并获得项目管理专业认证 (PMP)。目前是美国PSC公司亚太地区应用和业务发展经理，拥有15年以上的仪器相关经验，涉及从IR/Raman, AFM和电子显微镜到材料合成和聚合物组成调配等研究领域。他在超越传统光学衍射极限的红外仪器的开发和应用方面有着丰富的经验。

[报告时间]

开始  2020年07月24日  14:00

结束  2020年07月24日  15:00

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[直播好礼]

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    2020年，QDZG迎来了公司的第十六个年头。为满足国内日益增长的红外仪器测试需求，更好的为国内的科研工作者提供专业技术支持和服务，Quantum DesignZG子公司北京总部的样机实验室迎来了一个新的面孔——美国PSC公司（Photothermal Spectroscopy Corp., 前身Anasys）非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统 mIRage。

     mIRage 红外拉曼同步测量系统是一个全新的光谱测试系统，基于独 家ZL的光热诱导共振（PTIR）技术， mIRage产品突破了传统红外光谱系统的两大难题：

1.  无需接触式的ATR部件及AFM探针技术，即可实现亚微米空间分辨的红外光谱和成像分析；

2.  非接触的反射测量模式，提供媲美透射模式的IR谱图质量和标准的谱图数据库，大大简化了样品制备和图谱分析过程，并支持厚样品和液体样品的测试。

图 1. mIRage系统及O-PTIR技术原理示意图

    mIRage采用可调脉冲式中红外激光器激发样品表面，产生光热诱导热膨胀效应，然后将可见光聚焦到样品上作为“探针”探测产生的光热效应，从而实现快速、简易的样品探测，且不接触样品。基于O-PTIR技术，mIRage可支持多种红外测量模式，包括反射模式下高速的单点（图2 A）和线性扫描红外谱图（图2 B）以及亚微米分辨的单一波长下的高光谱成像（图2 C和D），精确分析样品目标位置上的化学组成及分布。

图2. mIRage系统数据示例（A）单一纤维不同位置的O-PTIR谱图. （B）高分子薄膜红外线性扫描谱图.（C）多层薄膜单一波长下的高光谱红外成像及谱图. (D) 数据存储单元单一波长下的O-PTIR成像, 用于污染检测

    另外mIRage可与拉曼联用，实现同时同地相同分辨率的IR和Raman测试（图3A），无荧光风险；且可选配透射模块（图3B），用于观察液体样品，满足科研工作者的不同测试需求。

图3. 血红细胞的O-PTIR和Raman同步谱图测试及成像. (B) 透射模式下观察液体样品（上皮细胞）

    mIRage非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统，可以快速，准确的实现样品亚微米尺度的红外光谱和成像检测，被广泛应用于多层薄膜、高分子聚合物、生命科学（骨头，细胞，头发等）、医药、法医鉴定、缺陷分析、微电子污染、食品加工、地质学及考古和文物鉴定等多种应用领域。更多的应用仍在不断开发和探索中，我们期待与您早日合作，共同进步！

[主讲人]

[报告时间]

Apr. 30th.  周四 上午10：00 - 11：00

[注册链接]

https://register.gotowebinar.com/register/290268177486935051

[报告简介]

    Isao Noda博士和他的同事利用O-PTIR和Raman (IR+Raman)技术，在之前未能达到的数百纳米的空间分辨率下，探索了生物塑料(PHA/PLA)薄片界面处的空间化学分布，揭示了PHA和PLA界面边界处的一些新发现。两者之前被认为是不可混溶的，但通过对二维相关光谱(2-D Correlation Spectroscopy，2DCOS)数据分析，研究者发现两种聚合物在界面处存在很高程度的混合且结晶度下降，从而解释了这两种生物塑料的高相容性。

    另外，Curtis Marcott博士也将介绍O-PTIR的突破性技术，并通过讨论一系列的聚合物应用实例来展示O-PTIR技术的潜在优势。

[温馨提示]

该网络研讨会有回放，可供大家以后点播观看，欢迎大家在研讨会期间和会后进行提问。

报告简介

红外光谱学是一种重要的结构表征技术，在物质鉴定和表征领域发挥着重要作用。但是受制于红外光波长的限制，其空间分辨率十分有限（20 -50 μm），且容易收到受到弹性光散射所产生的米氏散射效应(Mie scattering effects)的影响，这些问题限制了红外光谱对于原位样品的鉴定能力。

O-PTIR (Optical Photothermal Infrared) 光学光热红外光谱是一种快速简单的非接触式光学技术，通过检测由于本征红外吸收引发的样品表面快速的光热膨胀或收缩，克服了传统IR衍射的极限，空间分辨率可达500 nm。此外这种技术还降低了对样品表面形态的要求，能够做到原位对待测物质的直接检测，帮助科研人员更全面地原位了解亚微米尺度下样品表面微小区域的物质信息，获得常规的FTIR，ATR以及AFM-IR技术所不能得到的检测效果。

为了增加系统应用性，全新的O-PTIR技术结合荧光成像，实现红外、拉曼与荧光信号的同步测量，这大大弥补了红外无法对于结构相近的生物大分子物质进行区分的弱点，在以当代免疫学为基础的生物学机制研究中发挥更重要的作用，在科研、军事、工业、农业和临床医学等诸多领域都有着非常重要的应用：

医学：O-PTIR技术具有诊断速度快和准确率高等优点,可以提供关于分子变化的多种信息,因此已经被广泛应用于生物医学领域，尤其是临床肿瘤组织标记及临床检测新技术研发、临床标本病理检测、蛋白质二级结构研究方面已经非常成熟，配合荧光共定位能够准确判断目标蛋白是否已经发生构型改变。

生物学：O-PTIR技术在无需标记小分子、药物、脂质体、材料等物质的情况下，即可观察这些物质与特定蛋白、DNA的相互作用和共定位，并且能够在液体环境下直接探测，配合荧光系统能够有效判明药物作用的蛋白是否为靶向蛋白。是研究组织与材料、细胞与药物相互作用关系、药物在细胞内分布、细胞吞噬转运外源性物质研究的理想成像手段。

药学领域：O-PTIR技术分析速度快，可多种成分同时分析，制样简单，检测直接，在制药领域应用广泛，从药物的定性定量分析，到生产过程中各个阶段的在线检测，有着巨大的应用前景。同时，在原料药的分析、药物制剂的有效成分分析、药物生产的品控检测中都有着广泛的应用。

环境科学：O-PTIR技术具有亚微米分辨、无需复杂的样品制备过程，结合液体检测模式和同步拉曼技术，可在固/液/气环境下直观判断亚微米尺度下各类污染物或待检测物质的分布；值得一提的是，近年来越来越受到关注的微塑料检测方面，O-PTIR技术凭借着其分辨率高、液体环境下直接检测的优势，使得科学家能够从微观尺度揭示这类新型污染物对人体产生的影响。

本次线上讲座将围绕超高分辨活细胞红外-拉曼-荧光同步测量技术的原理及应用进行简介。

直播入口

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报告时间
开始：2022年12月08日 14:00

结束：2022年12月08日 14:30

主讲人介绍

胡西︰生物学博士

首都医科大学药物分析学博士，加州大学洛杉矶分校(UCLA）博士后，研究期间主要从事干细胞诱导和神经细胞分化及ALS相关病变研究。在Quantum Design中国公司生物科学团队，担任应用科学家，对单细胞显微操作及生物光谱成像等领域具有非常丰富的经验。

精选案例

一、细胞内的荧光+红外共定位分析

利用荧光同时观测细胞结构和细胞中的脂滴分布，研究脂滴在细胞中的共定位分析，提供潜在活体无标记相互作用分析数据。

磷脂成像 (2856cm-1 (CH2)/ 2874cm-1 (CH3) 100nm pixel size. ~5 mins.荧光染色细胞核（蓝色），蛋白（红色）。

二、活体细胞的组分分布分析

磷脂成像，可观测活细胞内的脂滴的分布并且基本不会受到水的干扰，这是传统红外所难以达到的。(2856cm-1 (CH2)/ 2874cm-1 (CH3) 100nm pixel size. ~5 mins.

三、固定细胞的组分分布分析

磷脂成像可观测到细胞内的脂滴分布情况。(2856cm-1 (CH2)/ 2874cm-1 (CH3) 100nm pixel size. ~5 mins.

四、组织分析：

细胞分型

钙化、疾病状态区分

 胶原蛋白取向

组织切片分析观测

肿瘤组织钙化分析1050cm，传统的FTIR只有大约12微米的空间分辨率，这往往比实际特征大得多，这也是以往观察不到如此小的局部钙化的原因。

    老年神经退行性疾病，如阿尔茨海默症(AD)、肌萎缩性侧索硬化症、Ⅱ型糖尿病等，目前困扰着全世界大约5亿人，且这个数字仍在不断迅速增长。尤其是阿尔兹海默症（占70%以上），目前仍未有行之有效的诊断方法，因此无法得到有效的ZL或预防。尽管当代病理学研究已经证实这种病理变化与具有神经毒性的β淀粉样蛋白质的聚集有关，但其在神经元或脑组织中的聚集机制目前尚不清楚。现有的方法, 如电子显微镜、免疫电子显微镜、共聚焦荧光显微镜、超分辨显微镜，通常都需要对样品进行化学加工（标记染色等）,可能会对淀粉样蛋白结构本身造成影响。而非标记方法，如表面增强拉曼光谱（SERS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）, 前者受限于亚细胞水平上的低信噪比、自发荧光及不可逆的光损伤，后者其空间分辨率受限于红外光波长（≈5–10 μm），且光谱可解译性和准确性受到弹性细胞光散射所产生的米氏散射效应(Mie scattering effects)的严重影响，使得直接在亚微米尺度上研究淀粉样蛋白质在神经元内的聚集行为十分困难。

    美国Photothermal Spectroscopy（PSC）公司开发的全新非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage， 是基于独 家ZL的光学光热诱导共振（O-PTIR）技术，它克服了传统FTIR技术的衍射极限和米氏散射效应，红外光谱空间分辨率高达500 nm，且无需对样品进行标记, 不再需要衰减全反射（ATR）技术进行厚样品测试，且能够无接触和无损探测样品，全程对样品无污染，可以帮助科研人员更全面地了解亚微米尺度下样品表面微小区域的化学信息，使得在亚细胞水平揭示生物分子结构成为了可能。美国Photothermal Spectroscopy（PSC）公司开发的全新非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage（如图1A所示），使用可见探测束（532 nm）来测量样品在脉冲红外光束照射下的红外光热响应，具体体现为样品反射率的变化，由于使用了可见光作为检测光，使得其空间分辨率不再依赖于入射红外光的波长，且单一特定探测光束的使用还可以消除米氏散射效应。

图1. (A) 美国PSC公司非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage实物图；（B）亚微米红外成像示意图：神经元树突的AFM形貌图,其中神经元直接在CaF2基底下生长。mIRage采用两束共线性光束: 532 nm可见(绿色)提取光束和脉冲红外(红色)探测光束，样品的光热响应被检测为样品由于对脉冲红外光束的吸收而引发的绿色光部分强度的损失，使红外检测的空间分辨率提高到≈500 nm. (C) 小鼠大脑皮层初级神经元, 在CamKII促进下表达为tdTomato荧光蛋白，使得神经元结构填满红色，图片标尺为20 μm。(D) 图C区域放大图片，箭头指示树突上的神经元刺。

    因为上述的巨大技术优势和突破，非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage在生物学领域技术有广泛的应用前景和潜力，可应用于诸如细胞学研究（蛋白质、磷脂结构分析，红细胞、巨噬细胞成像等），临床致病菌/病原微生物鉴定，癌症诊断（细胞/组织），牙科/骨病变/眼科检测，生物大分子损伤，生物组织识别，以及生物药物检测，法医学等。

    近日，瑞典隆德大学的Klementieva教授团队与美国PSC公司的Mustafa Kansiz博士合作，使用全新非接触式亚微米分辨红外测量系统在亚微米尺度上研究了淀粉样蛋白沿着神经突直到树突棘的聚集行为（图1B和C），这是以往的实验技术手段所不可能实现的。在该研究中，他们使用了大脑皮层初级神经元，这是因为它们易发生AD病变，且具有独特的结构。初级神经元的这种形态特征使得可以在单个神经元层面上来测试全新非接触式亚微米分辨红外测量系统的分辨率和准确性。首先，他们在反射模式下获得了高质量的红外光谱，且不受米氏散射或基线失真等人为因素的干扰(图2A,B)。值得注意的是，全新非接触式亚微米分辨红外测量系统其约为400 nm的横向分辨率，使得他们能够通过比较1740 cm-1处的峰强度来检测脂质含量的差异，以及通过对比酰胺II (1540 cm−1)与酰胺I特征峰强度(1654 cm−1)的比值来比较氨基酸(蛋白质)的种类和数量上的差异(图2C,D)。这是科学家们首次获取单个树突棘的高分辨率的化学图像和红外光谱，以往其它测试方法是无法做到的。

图2. 使用非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage观察初级神经元结构。 (A) 在1650 cm-1处获得的神经元的红外图像，显示了蛋白质的分布; (B)中对应原始红外光谱的位置用数字和圆点表示，图片标尺为20 μm；（C）在1650 cm-1处获得的树突的红外图像，数字表示D图中获得光谱的位置，图片中标尺为20 μm；（D）在C图中两点处取的归一化红外光谱,体现了该方法的亚微米空间分辨率。红色箭头表示蛋白质结构的化学变化。

    为了在亚细胞层面上定位神经元中β片层结构，作者对APP-KO神经元进行了为时半小时的合成Aβ(1-42)处理（2×10−6 M），并使用非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage进行了化学结构的成像分析（图3A）。对Aβ处理后的APP-KO神经元的红外光谱进行分析证实，β片层结构可以在亚细胞水平上进行分辨。有趣的是,纯Aβ(1-42)纤维在1625 cm−1位置处有特征的红外峰，当加入到神经元结构中后，β片层结构的特征峰移动到1630 cm-1处，表明淀粉样原纤维结构发生了变化，可能是由于其与细胞蛋白和/或细胞膜发生相互作用导致的（图3B, C）。基于该发现，我们可以得出，在神经元中的淀粉样蛋白的构型变化可能会引发阿尔茨海默症进程中的不同机制。为进一步了解其形成机制，更多的方法学研究变得更加必要，如将非接触式亚微米分辨红外与免疫荧光显微镜结合起来，这种多模态成像模式可以在不同的细胞层面上更详细分析特征蛋白的结构变化，如前突触或后突触，囊泡(溶酶体或内溶酶体)或其他细胞器。

图3. 使用非接触式亚微米分辨红外测量系统Mirage观察β片结构在处理后的初级神经元中的聚集行为。（A，B）APP-KO初级神经元在1650和1630 cm-1处的明场和光热红外成像，彩色标度表示光热振幅的强度，从Z小值(蓝色)到Z大值(红色)，阈值为50%(以0为ZX)，插图为放大或叠加后的红外成像图，图片标尺为20 μm；（C）神经元中淀粉样蛋白结构在2×10−6 M Aβ(1-42) (红色)处理或不处理(绿色)后分别对应的红外光谱。β片结构对应的特征红外峰用红色箭头表示，光谱数据点间距为2 cm−1，数据进行50次均一化处理。

    综上所述，借助全新非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage，科学家成功首次揭示了初级神经元的分子结构，无需标记，且因为该技术是在非接触模式下工作，不会对神经元造成损伤，这在研究脆弱或粘性的物质时显得尤为重要。另外，该技术还能获得亚微米尺度的红外光谱，且不含由于背景失真或米氏散射造成的散射伪影。Z新的技术进步表明，全新的非接触式亚微米分辨红外测量系统mIRage现在可以用来做活细胞成像,并保持相同的亚微米空间分辨率。在这种情况下，全新的非接触式亚微米分辨红外测量系统有望在β片层结构在活神经元的突触附近的化学成像中发挥关键作用，并提供一个新的机会来研究神经毒性淀粉样蛋白如何从一个患病的神经元传播到一个健康的神经元，揭示阿尔茨海默症的形成和发展机制。该工作发表在2020年的Advanced Sciences上（DOI: 10.1002/advs.201903004）。

随着工业制造水平的不断提高，制造出的各类工业产品也越来越智能化，产品的升级随之而来的是产品的检测要求也越来越精细，对检测的设备也提出了更高的要求，尤其是半导体、平板显示、电子器件、高精密电路板制造以及材料等领域，所需要的显微镜检测设备越发精细化，不仅要极其准确还得智能。在众多的显微镜公司及显微镜产品中，奥林巴斯公司是世界中具有先进光学技术的代表企业，多年来一直在显微镜领域攻克难关，进行光学技术的创新，推出了与时俱进的奥林巴斯激光显微镜OLS5100，颠覆了传统激光显微镜，将大数据、科技智能等高端技术融入了新一代的3D测量激光显微镜中，助力我国工业领域的发展。

奥林巴斯LEXT OLS5100是全新的一代激光显微镜，它可观察纳米范围的台阶，可测量亚微米级别的高度差，还可测量从线到面的表面粗糙度，在这些方面上的测量上，OLS5100通过它的智能物镜选择助手和智能实验管理助手，以非接触、非破坏的观察方式轻松实现3D观察和测量，容易、准确、快速!

何为智能物镜选择助手?它如同机器人一样，给它下达指令，就能给你完成你想要的目的。智能物镜助手也一样，它能帮助您确定哪款物镜最适合用于样品表面的粗糙度测量。它通过三个步骤就能完成你对物镜的选择：首先，启动智能物镜选择助手功能。 第二，点击开始。第三，它就会确定并告诉你所选择的物镜是否适合当前被检测的样品。这样一来，就能顺利减少因错误选择物镜造成的实验时间浪费，同时还能让测量结果保持稳定，不受操作员技能水平的影响。

智能实验管理助手，它是一个帮助用户管理实验计划、采集和分析的软件。在测量过程中可根据软件生成的定制实验计划扫描样品，所有的检测分析过程全部显示在屏幕上，这样的可视化可让用户在分析中更容易发现问题，优化检测结果，从而节省更多的时间和人力。

制造业在变革，智能化转型升级是必然的结果，奥林巴斯不断开拓打造先进的测试和测量解决方案，为各行各业提供好用方便的检测武器。而奥林巴斯激光显微镜OLS5100顺应改革潮流，除了出色的激光共焦光学系统获得更加清晰的图像外，还配备了智能物镜选择助手和智能实验管理助手，无需制备样品、非接触面粗糙度分析和GX率的亚微米3D测量强大功能，测量准确、可靠稳定的奥林巴斯激光显微镜成为了制造研发和质量保障的重要设备。

国内某大学采用双 KRI 考夫曼射频离子源 RFICP140  作为溅射源分别溅射沉积铌和锡, 再经过高温退火后获得 Nb3Sn 超导薄膜. 用这种方法所获得的超导薄膜的原子组分的调整比较方便,对于 Nb3Sn 的研究较为有利. 实验测量了样品的超导参数和晶格参数.

伯东 KRI 考夫曼射频离子源 RFICP140 技术参数:

Nb3Sn 超导薄膜样品的实验研究是在 Al2O3(Sapphire) 上进行的, 采用铌溅射源和锡溅射源交替对样品进行溅射沉积,其中铌溅射源在上部, 锡溅射源在下部, 因为锡的熔点低. 退火采用电炉丝.

溅射沉积的过程是, 首先在基片上溅射沉积一层铌附着膜, 然后以固定速度旋转样品固定板,使得样品交替面对铌溅射源和锡溅射源, 形成多层膜结构, 后再溅射沉积一层铌覆盖膜.

KRI 离子源的独特功能实现了更好的性能, 增强的可靠性和新颖的材料工艺. KRI 离子源已经获得了理想的薄膜和表面特性, 而这些特性在不使用 KRI 离子源技术的情况下是无法实现的.

KRI 离子源是领域公认的, 已获得许多ZL. KRI 离子源已应用于许多已成为行业标准的过程中.

伯东是德国 Pfeiffer 真空泵, 检漏仪, 质谱仪, 真空计, 美国 KRI 考夫曼离子源, 美国HVA 真空阀门, 美国 inTEST 高低温冲击测试机, 美国 Ambrell 感应加热设备和日本 NS 离子蚀刻机等进口知名品牌的指定代理商.

什么是原位(in situ)表征？什么是非原位(ex situ)表征？

来看看业内大牛的比喻。

非原位表征就像看死鱼，虽然能够看鱼的样子，显示出部分特征，但获得的信息十分有限；原位表征就像是看鱼缸中的活鱼，除了样子，还能够实时看到鱼的动作、呼吸状态和身体情况等，获取的信息更丰富。

正因如此，各种电化学原位表征技术(如 EC-XRD、EC-FTIR、DEMS、EC-Raman 和 EC-TEM 等)的应用越来越普遍，逐渐成为电化学研究中的常用测试手段。

电化学拉曼联用

EC-Raman

电化学测试技术具有如下特点

◆ 可对样品施加电流或电压的激励信号，以调节样品的状态

◆ 具备高灵敏度

◆ 适用于无机或有机溶液

◆ 只需要简单的装置

◆ 无法直观获得样品内部的结构变化信息

拉曼光谱具有如下特点

◆ 固体液体均适用

◆ 可利用 SERS 效应

◆ 非接触式测量

◆ 可获样品内部的结构或相态转变信息

◆ 不能改变样品的状态

显然，这两种技术具有天然互补的优势，二者相结合获得的数据相关性比独立使用它们时大很多。

Metrohm EC-Raman

瑞士万通旗下拥有多种型号的电化学工作站和拉曼光谱仪，为了让电化学原位拉曼光谱测试技术更方便地为研究人员服务，推出了一整套 EC-Raman 的解决方案。

整套系统由 Autolab 电化学工作站在测试过程（如CV）中发送TTL指令给拉曼光谱仪以触发拉曼光谱的采集，示意图如下：

我们以经典的铁氰化 钾/亚铁氰 化钾体系为例，拉曼光谱参考谱图如下：

Metrohm EC-Raman 电化学原位拉曼测试系统的结果如下：

在电位正向扫描中，可以清晰到 P1 和 P2 的峰面积（可通过 BWSpec 软件工具获得）呈衰减趋势，而 P3 的峰面积则明显上升，反向扫描的结果则正好相反。

以上只是 EC-Raman 电化学原位拉曼光谱实际测量案例的说明。

目前，EC-Raman 技术已经广泛应用在电池、电催化和腐蚀等研究领域，例如

◆ 充放电过程中，电极材料的内部结构和相态转变

◆ 电催化中间过程与反应机理研究

◆ 电化学腐蚀产物实时监测

多层膜分析-红外光谱法