從1965年(nian)第一臺商用掃描電子顯微(wei)鏡(jing)(jing)(SEM)問世以來，已經過去了半個世紀。相比于正處于“老年(nian)”時代的(de)(de)光學顯微(wei)鏡(jing)(jing)和(he)“壯年(nian)”時代的(de)(de)透(tou)視電鏡(jing)(jing)，掃描電鏡(jing)(jing)作為一種較現代的(de)(de)細胞生物學研(yan)究工具，才(cai)剛(gang)(gang)剛(gang)(gang)進入它的(de)(de)“青少年(nian)”時代。

掃描電鏡嚴重依賴進口 何時才能不“卡脖子”

有人說(shuo)，掃描(miao)(miao)電(dian)鏡(jing)是迄今(jin)為止在(zai)物(wu)質結構(gou)研究中(zhong)(zhong)能給出(chu)的信(xin)息(xi)最多、分辨本領最高(gao)的大型(xing)分析儀(yi)器(qi)。正因如此，它在(zai)物(wu)理學(xue)、材料學(xue)、生命科(ke)(ke)學(xue)等(deng)領域擁有著廣泛的應用，對于正在(zai)發(fa)展戰(zhan)略(lve)性(xing)產業(ye)(ye)的中(zhong)(zhong)國(guo)來說(shuo)，更是有著重(zhong)(zhong)要(yao)意義和(he)實用價值。尤(you)其是在(zai)材料學(xue)領域，掃描(miao)(miao)電(dian)鏡(jing)是非常基礎的科(ke)(ke)研儀(yi)器(qi)，70%到80%的文章都(dou)要(yao)用到它提(ti)供(gong)的信(xin)息(xi)。然而(er)，中(zhong)(zhong)國(guo)科(ke)(ke)學(xue)院上海(hai)硅酸鹽所(suo)研究員、中(zhong)(zhong)國(guo)電(dian)子顯(xian)微鏡(jing)學(xue)會掃描(miao)(miao)電(dian)鏡(jing)專業(ye)(ye)委員會副(fu)主任曾(ceng)毅在(zai)近日的一次媒體采訪中(zhong)(zhong)指出(chu)，目前我國(guo)科(ke)(ke)研與工業(ye)(ye)部門所(suo)用的掃描(miao)(miao)電(dian)鏡(jing)嚴重(zhong)(zhong)依(yi)賴(lai)進口，國(guo)產儀(yi)器(qi)占比很少(shao)。

還(huan)記得前(qian)(qian)不(bu)久發(fa)生的(de)(de)(de)“中(zhong)興(xing)事件”嗎？在引起(qi)輿論高度關(guan)注的(de)(de)(de)同時，這一(yi)事件無(wu)疑給整個儀(yi)器儀(yi)表行(xing)業(ye)打了一(yi)劑強(qiang)心(xin)針。國(guo)(guo)(guo)(guo)內科研界(jie)由此更加(jia)清醒(xing)地認識到“是(shi)(shi)什么(me)(me)卡(ka)住了我們核(he)心(xin)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)脖子(zi)”，就是(shi)(shi)那些受到國(guo)(guo)(guo)(guo)外(wai)壟斷、國(guo)(guo)(guo)(guo)內亟待攻克的(de)(de)(de)核(he)心(xin)技(ji)術(shu)(shu)。目前(qian)(qian)，國(guo)(guo)(guo)(guo)產掃(sao)(sao)描(miao)電鏡占(zhan)據的(de)(de)(de)市場份額(e)很小，技(ji)術(shu)(shu)指(zhi)標和(he)(he)主流電鏡也有著(zhu)一(yi)定的(de)(de)(de)差距，故而國(guo)(guo)(guo)(guo)內科研界(jie)只能選(xuan)擇進(jin)口電鏡。一(yi)旦國(guo)(guo)(guo)(guo)外(wai)再(zai)(zai)度實施技(ji)術(shu)(shu)封鎖(suo)，不(bu)再(zai)(zai)對我國(guo)(guo)(guo)(guo)輸出(chu)掃(sao)(sao)描(miao)電鏡，那么(me)(me)國(guo)(guo)(guo)(guo)內無(wu)數(shu)科研工作(zuo)只得停擺。又或者我國(guo)(guo)(guo)(guo)使用的(de)(de)(de)進(jin)口掃(sao)(sao)描(miao)電鏡并不(bu)是(shi)(shi)最先(xian)進(jin)的(de)(de)(de)，更好的(de)(de)(de)設備還(huan)在別人國(guo)(guo)(guo)(guo)內，那么(me)(me)相關(guan)領(ling)域的(de)(de)(de)研究和(he)(he)發(fa)展自(zi)然也會受阻。雖然目前(qian)(qian)還(huan)沒(mei)有這樣的(de)(de)(de)苗頭(tou)，但是(shi)(shi)危機意識還(huan)是(shi)(shi)要(yao)有的(de)(de)(de)。要(yao)想不(bu)再(zai)(zai)“卡(ka)脖子(zi)”，盡快研發(fa)出(chu)技(ji)術(shu)(shu)達標的(de)(de)(de)國(guo)(guo)(guo)(guo)產掃(sao)(sao)描(miao)電鏡才是(shi)(shi)上(shang)策。

國產掃描電鏡因何“弱視”？業內人士道出三大難關

那么(me)，目(mu)前國產掃(sao)描電鏡到底因何“弱(ruo)視”？曾毅(yi)在采(cai)訪中也道(dao)出(chu)了需(xu)(xu)要(yao)攻克的三大難(nan)關：高質量電子光學系統生產困難(nan)、透鏡內探測器設(she)計難(nan)度較大、低電壓分辨率需(xu)(xu)要(yao)突破。

首(shou)先是電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)光學(xue)(xue)系統，它是掃描電(dian)(dian)鏡(jing)(jing)重要的組成部(bu)分(fen)之一(yi)(yi)(yi)。電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)光學(xue)(xue)系統又(you)由電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)槍、電(dian)(dian)磁(ci)透鏡(jing)(jing)、掃描線圈和(he)樣品(pin)室等部(bu)件組成。電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)槍發(fa)射的電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束關系到(dao)掃描電(dian)(dian)鏡(jing)(jing)的圖像分(fen)辨率，電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束匯聚越(yue)細，圖像分(fen)辨率就越(yue)高(gao)。現代高(gao)端掃描電(dian)(dian)鏡(jing)(jing)的電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)光學(xue)(xue)系統，可以將(jiang)電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)束聚焦到(dao)1納米左(zuo)右，相當于(yu)一(yi)(yi)(yi)根(gen)頭發(fa)絲直徑的六萬分(fen)之一(yi)(yi)(yi)。要做(zuo)到(dao)這一(yi)(yi)(yi)點，就要求電(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)光學(xue)(xue)系統各個部(bu)分(fen)設(she)計完美，這也就是國產掃描電(dian)(dian)鏡(jing)(jing)需要去攻克的第一(yi)(yi)(yi)大難(nan)關。

其次是(shi)電磁(ci)(ci)(ci)透鏡(jing)內探(tan)測器(qi)(qi)。前文提(ti)(ti)到(dao)，高端掃描電鏡(jing)之所以能“看(kan)得更(geng)清楚”，是(shi)因為(wei)它(ta)能夠匯聚出很細很細的(de)電子束。要(yao)達(da)到(dao)這種效果，除了需要(yao)先進的(de)電子光學系(xi)統(tong)，還要(yao)設計出高效的(de)二(er)次電子探(tan)測器(qi)(qi)。掃描電鏡(jing)想要(yao)提(ti)(ti)高“視(shi)力”，必須縮短電磁(ci)(ci)(ci)透鏡(jing)和樣品之間的(de)距離(li)，要(yao)求國(guo)產掃描電鏡(jing)盡(jin)量(liang)把(ba)探(tan)測器(qi)(qi)往電磁(ci)(ci)(ci)透鏡(jing)上(shang)方移(yi)，提(ti)(ti)高探(tan)測器(qi)(qi)收集二(er)次電子的(de)效率(lv)。

最后，是低(di)(di)電(dian)壓分(fen)辨率(lv)的(de)(de)問(wen)題。要知道，傳統掃描電(dian)鏡(jing)在(zai)觀察(cha)非導(dao)電(dian)樣品的(de)(de)時候，必須(xu)在(zai)其(qi)表面鍍上導(dao)電(dian)膜層(ceng)(ceng)才能觀察(cha)。為了減少(shao)導(dao)電(dian)膜層(ceng)(ceng)對樣品真實形貌(mao)的(de)(de)影響，就(jiu)必須(xu)降(jiang)(jiang)低(di)(di)電(dian)壓，不(bu)(bu)鍍導(dao)電(dian)膜層(ceng)(ceng)直接(jie)觀察(cha)。然而(er)低(di)(di)電(dian)壓會導(dao)致電(dian)子槍亮度降(jiang)(jiang)低(di)(di)，色差增大，從而(er)嚴重降(jiang)(jiang)低(di)(di)圖像分(fen)辨率(lv)。如何在(zai)低(di)(di)電(dian)壓直接(jie)觀察(cha)的(de)(de)同時不(bu)(bu)降(jiang)(jiang)低(di)(di)圖像分(fen)辨率(lv)，需要國(guo)產掃描電(dian)鏡(jing)能夠改(gai)進現有的(de)(de)電(dian)子光學(xue)系(xi)統。

當然，除(chu)了以上三大技術難關，國產(chan)掃(sao)描(miao)電(dian)鏡(jing)還需要成功(gong)進入產(chan)業化，提升(sheng)設備生產(chan)效率。同(tong)時，加深國內(nei)掃(sao)描(miao)電(dian)鏡(jing)用(yong)戶(hu)(hu)對(dui)國產(chan)儀器(qi)的(de)認識(shi)，促使(shi)(shi)更多科研用(yong)戶(hu)(hu)選擇和使(shi)(shi)用(yong)國產(chan)掃(sao)描(miao)電(dian)鏡(jing)。雖(sui)然目前國產(chan)掃(sao)描(miao)電(dian)鏡(jing)與進口設備之間還有(you)著一定的(de)差距，市(shi)場份額(e)也很小，但隨(sui)著科學技術的(de)發(fa)展，掃(sao)描(miao)電(dian)鏡(jing)終(zhong)有(you)一天會擺脫“卡脖子”的(de)窘境，為(wei)我國科研事業和其他產(chan)業的(de)發(fa)展提供(gong)強大的(de)支持(chi)。