超分辨掃描光學顯微鏡

時間:2012-9-24 11:27:46  來源:本站


由于光學顯微成像的非侵入性、可穿透性以及對樣品無損傷等優點,當今生命科學中的顯微成像研究大約80%仍然使用光學顯微鏡。但是由于光學衍射的限制,傳統光學顯微鏡只能達到波長量級的空間分辨率(一般在200nm-500nm),限制了它在納米尺度對生物分子結構和功能進行研究中的應用。


受激輻射耗盡(Stimulated emission depletion-STED)顯微鏡通過使用一束STED光束形成空殼形狀焦斑,將衍射光斑周圍的熒光分子轉換為非輻射態,實現了好于50納米的空間分辨率。由于使用全光設置,圖像采集時間大致與普通共聚焦顯微鏡相同,對樣品準備沒有特殊要求,因此可以實現活細胞內生物分子的實時成像和動態跟蹤。STED顯微鏡要求激發和STED兩束光,STED波長位于熒光標記發射波長的紅限,并且要求STED光束比激發光束延遲幾個皮秒,以便及時將激發光激發的熒光分子退激發,所以STED顯微鏡的困難在于STED光束波長的選擇以及兩列脈沖的同步調節,技術難度較大,設備花費也非常昂貴。


近幾年各國研究人員提出了幾種突破衍射極限的方法。其中光活化定位顯微鏡(Photoactivated localization microscopy-PALM,美國人發明并轉讓給蔡司公司,400萬元人民幣左右)通過觸發光活化熒光蛋白發光,然后利用高斯擬合實現高分辨率單分子定位,定位精度可以達到10nm。由于需要等待熒光分子漂白,采集一幅圖像需要幾個小時甚至更長的時間,對顯微鏡的穩定性要求很高,難以實現活細胞動態成像,而且定位精度受信噪比影響很大。隨機光學重構顯微鏡(Stochastic optical reconstruction microscopy – STORM,美籍華人發明并轉讓給尼康公司,400萬元人民幣左右)通過利用光開關熒光蛋白,同樣使用高斯擬合方法,達到了8納米的定位精度。該方法與PALM技術相似,同樣需要較長的成像時間,難以實現活細胞成像。上述兩種方法還要求樣品含有較低濃度的熒光分子。


基于超連續產生的寬帶光源,可以同時提供STED顯微鏡所需要的激發和STED光波長及能量。由于使用同一臺激光光源,不存在兩光束的同步失調問題,設備成本也大大降低。通過使用該寬帶光源,結合自主搭建的共聚焦顯微鏡,我們已經實現寬帶光源激發的超分辨STED顯微成像,成像分辨率已經達到40納米量級,為單分子成像研究提供一種高分辨率的光學成像設備。


產品及技術簡介

(產品及技術情況、應用領域、在國內外行業領域的地位、知識產權狀況等)


該設備主要用于細胞和單分子生物學研究、生物醫學研究、生物制藥等高端科研領域。


該技術首先由德國馬普生物物理化學研究所在1994年提出并于2006年實現,本人曾經訪問該實驗室,德國政府每年提供上千萬歐元的免申請資助,以期該技術發明人獲得諾貝爾獎。


國內還沒有科研機構進行該設備研制的報道,究其原因,無外乎技術難度大,資金投入大,難以在短期內出成果。


據本人所知,該技術首先由德國人在1994年提出并于2006年實現,但是相關專利首先由美國人獲得,德國人實現后將該技術轉讓給德國某著名顯微鏡公司,知識產權情況不詳。


我們首次提出并使用超連續光源作為激發光源,該超連續光源可以同時提供絕大多數熒光染料和熒光蛋白所需要的激發波長和能量;由于使用同一臺激光光源,不存在兩光束的同步失調問題,設備成本也大大降低。我們使用該技術,結合自主建立的共聚焦顯微鏡,已經實現了實驗室樣機,獲得了40nm的空間分辨率,遠遠高于傳統共聚焦顯微鏡的300nm水平。我們已經將該超連續光源作為顯微激發光源的創意已經申請國家發明專利。


市場分析

(所屬行業特征、市場細分及產品定位、目標市場、市場規模及增長率)


根據本人判斷,該技術主要用于細胞和單分子生物學研究、生物醫學研究、生物制藥等高端科研領域,屬于高附加值小眾化產品。進一步的市場調研需要相關市場人員參與進行。


競爭分析及優勢

(國內外主要競爭對手,公司的主要競爭優勢,競爭策略等)


該技術首先由德國人提出并實現,轉讓給德國某國際著名顯微鏡公司,但是相關專利首先由美國人獲得,德國人的知識產權情況不詳。


在國際上,該產品只有上述德國公司生產和銷售,他們的報價為100萬歐元。在具體技術實現上,他們使用了多臺連續激光器提供熒光染料或者熒光蛋白的激發光和STED光,由于使用連續激光器,分辨率難以進一步提高,只能保證90nm水平;并且容易導致熒光樣品的淬滅,難以實現長時間觀察;使用多臺激光器難以滿足不同熒光染料或者熒光蛋白對波長的需要。


我們研制的設備造價在100萬元人民幣左右,還有進一步降低的空間。通過使用超連續光源,上述三個技術困難都已經得到克服,因此更有技術優勢。


但是我們也有自己的弱勢:首先是面對國際知名顯微鏡公司,從人員、資金、信譽以及知名度等方面都處于劣勢。


所以本人建議的競爭策略是價格和服務優勢,價格優勢自不必說,高端科研產品對售后服務的要求很高,我們的開發者在中國本土,更容易提供及時的售后服務。


經營模式及經營發展規劃


需要進一步的建議


主要技術及管理團隊成員簡介


暫無


資金計劃及收益預測


銷售價格需要進一步的市場調研確定,但是本人的目標價位是每臺400萬元人民幣左右,扣除硬件成本和公司運營成本,收益率可達100%-200%,以每年銷售2-5臺計算,收益大約是400萬-1000萬,或者更高。


由于是高技術產品,有望得到國家科技部等相關單位的政策和資金支持。




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