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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。

[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。

微塑料污染日益严重 监测技术备受关注

    近年来，微塑料污染问题已在范围内引起公众和各国政府的关注，逐渐成为影响世界经济和社会发展的重大性挑战。我国政府对此问题也给予了高度重视并设点开展了海洋微塑料污染的试点监测，主要采用的监测方法有目视分析法、光谱法 （如傅立叶变换红外光谱法和拉曼光谱法）、热分析法以及其他分析方法等 （如质谱法以及扫描电子显微镜-能谱仪联用法）。其中，红外光谱及拉曼光谱分析，由于具有无破坏性、低样品量测试、高通量筛选以及所获取的结构信息互补等特点，成为检测和鉴别微塑料的主要分析技术。但在实际操作中上述技术仅可对几微米颗粒物进行检测，使微塑料的监测和研究面临诸多困难。

【BTV北京科教】关注：微塑料监测前沿技术

    Quantum Design公司引进的非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统新设备mIRage，因为其能够实现亚微米的分辨率、非接触、液相样品的直接观测等全方面的技术突破，获得科技创新R&D100大奖，并引起了国内外的广泛关注，近日【BTV北京科教卫视】对公司进行了专访，ZD介绍了这种新的红外技术在微塑料监测领域的突破和应用。

非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统突破哪些技术难点？

    Quantum DesignZG表面光谱部门销售总监韩铁柱博士在公司应用实验室向记者详细的做了介绍：“非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统克服了传统红外光谱仪空间分辨率受限于红外光波长的问题，将分辨率从原来的10-20微米提升到了0.5微米。并且可以实现同时、同样品区域、相同分辨率的红外光谱和拉曼光谱测试，非接触测量、液相样品可以直接观测，测量过程更简单、便捷”。

    随后，韩铁柱博士补充道：“从这套设备引进以来，我们已经为国内很多高校和研究所进行测试，今天我们正在测试一个海洋微塑料样品。我们只需要将盛放样品的载玻片放置到样品台上，关上舱门即可，所有参数调节、控制以及数据分析，都可以通过软件完成。”

    在测试结果中，我们可以观察到除了有几个微米的大颗粒之外，还有很多尺寸在1到2个微米或者更小的颗粒，相关颗粒的含量和成分可以通过光谱图像和谱峰获取到，如此高的分辨率是传统的红外光谱无法实现的。

mIRage在微塑料监测中的优势及应用

    正如韩铁柱博士所介绍的，非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统是一台多功能、全方位的微塑料表征“科研利器”，它可以对液体样品中微塑料的物理（微观形貌、尺寸）和化学（聚合物类型及结构）性质进行全面的直接表征。不仅如此，该系统还在各个功能方面均有全新的技术突破，可以助力科研工作者更加准确地对微塑料进行监测。

01超高空间分辨率成像

    目前科学家所使用的传统红外成像技术通常只能用于表征10-20 μm的样品，很难表征更小尺寸的微塑料，非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统则突破了这一限制，使得成像的空间分辨率可以达到0.5 μm，从而可以轻松地对小于10 μm的微塑料进行成像表征。

图1. 滤纸表面尺寸小于10 μm的微塑料成像结果

02红外拉曼同步测量

    科学家在进行物质鉴定时通常会采用多种表征技术以更加精确的确定物质结构。然而在进行多种表征时，很难保证完全相同的监测环境，使得不同表征结果间均会存在一定的误差。非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统可以实现同步同区域的红外和拉曼表征，这两种互补的光谱表征技术可以帮助科研人员更加准确地进行物质结构分析。如图2所示，通过与标准谱图对比，研究人员可以清楚地鉴别微塑料中存在的两个主要的聚合物层，聚乙烯和聚丙烯，以及嵌入的环氧树脂。

图2. A：图1区域的红外谱图；B：图1区域的拉曼谱图

03单波长可视化化学分布成像

    除此以外，非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统还可以对特定波长进行可视化的化学分布成像分析。如图3所示，科研人员对任意区域的微塑料进行点分析即可发现微塑料不同位置处的化学结构不同，进一步，通过对特征信号的单波长峰进行成像分析（图4），可以清晰地分析出微塑料中不同聚合物的分布结构情况。

图3. 微塑料成像结果及对应标注位置的红外和拉曼谱图

图4. 单波长化学分布成像图（波长：1642 cm^-1）

全新技术提效微塑料监测

    在此次采访中，【BTV北京科教卫视】向大家展示了非接触式亚微米分辨红外拉曼同步测量系统在微塑料成像及结构分析中的出色表现和独特优势。Quantum DesignZG期望这种全新的红外光谱技术可以帮助国内研究者在微塑料领域有所突破，为国家的科研进展贡工作献一份力量，目前公司的应用实验室正在和相关的科研工作者在样机上积极开展各种样品的实测合作。

    低能量边缘光致发光的研究对提高Ruddlesden-Popper钙钛矿太阳能电池效率有着十分重要的影响和意义。然而对其机制的研究却一直面临着巨大挑战：（1）材料的结构难以确定；（2）理论模型与观测结果始终不一致。因此，寻找可靠、有效的表征手段对于揭示相关机制有着至关重要的意义。

    红外光谱对于有机物的变化十分敏感，在有效探知电池材料的分布变化方面具有天然的优势。近期，Photothermal Spectroscopy Corp公司研发推出的新一代的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统-mIRage在此研究中脱颖而出，该技术采用激光探针，能够对样品的表面实行非接触式光热红外探测，具备亚微米的空间分辨率并且无边缘散射问题。

    近日，电子科技大学王志明教授课题组与Photothermal Spectroscopy Corp公司合作，使用新一代的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统-mIRage研究MAPbBr₃在(BA)₂(MA)₂Pb₃Br板边缘的分布情况。在此项研究中，所测试的(BA)₂(MA)₂Pb₃Br₁₀和MAPbBr₃之间缺少BA，使其红外光谱有显著差异；同时无论是BA缺陷，还是BA对MA的比例都已有使用FTIR光谱研究的报道，因此具备良好的实验基础。进一步使用O-PTIR技术进行非接触式探测，有效避免了样品高度，探针污染所带来的问题，使得结果更加jing准。

    通过使用mIRage的测量（图1），能够观测到随着BA含量的降低，~1580 cm^-1处的峰相对强度减小，峰值伴随着向1585 cm^-1的峰值偏移。这主要是由于(BA)₂(MA)₂Pb₃Br₁₀在1580 cm^-1附近有两个涉及NH₃振动的红外吸收带:分别为1575 cm^-1处(BA⁺)和1585 cm^-1处(MA⁺)。当BA含量降低时，1575 cm^-1处的带强度降低，导致峰值强度在约1580 cm^-1处降低，并伴随向1585 cm^-1偏移。在测试中观测到的另外一个现象为~1480 cm^-1与~1580 cm^-1的相对强度比增大，这是由于1478 cm^-1的振动(CH₃振动)仅与MA⁺相关，因此~1480 cm^-1的强度没有变化，而1580 cm^-1却由于BA含量降低而降低，导致比值的降低。上述结果清晰地显示了MAPbBr₃在(BA)₂(MA)2Pb3Br板边缘的组成分布情况。由此可见，mIRage 的O-PTIR技术在电池低能量边缘光致发光的研究中有十分理想的效果，极具应用前景。

图1. O-PTIR观测边缘的MAPbBr₃的红外光谱信息。(a)(BA)₂(MA)_n-1 bn br_3n+1(n = 1，2，3，∞)钙钛矿的红外光谱。（b-c）(BA)₂(MA)₂Pb₃Br₁₀和MAPbBr₃的中MA⁺分子在1480 cm^-1 (b)和BA⁺分子 1580 cm^-1 (c)的图谱；(d) (BA)₂(MA)₂Pb₃Br₁₀的PL图像。(e)在(d)中所示的ZX区域和边缘的红外光谱图

参考文献：

[1] Zhaojun Qin, Shenyu Dai et al., Spontaneous Formation of 2D/3D Heterostructures on the Edges of 2D Ruddlesden-Popper Hybrid Perovskite Crystals, Chemistry of Materials, DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c00419.

    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）。

    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。