新的医药研究器械-超高分辨率显微镜的制造

发布时间：2017-05-15

技术简介：在生物医药方面如果能清晰地观察到生物体各个细胞、细胞器内部大、小分子的结构以及药物分子与生物体内的分子相互作用时所形成的结构，则对于新药的开发具有十分重要的意义。然而，就目前的显微镜技术来看，这几乎是不可能的。光学显微镜观察不到小于波长的物质，而电子显微镜虽然使用了更短的波长，但是其材料需要复杂的处理方法，并且其分辨率也受到电子波长的限制，探针类显微镜只能观察物体的表面形态。有没有一种显微镜既可以观察生物体的内部结构，又能达到原子和分子的分辨率呢？我们认为在理论上是可行的的，并且这种显微镜具有很多现实优势。

我们常常提到限制显微镜分辨率的波长，其基本物理事实是波在遇到比其波长小的障碍物时会发生衍射，比如光波、无线电波、Ｘ射线和声波。揭示电磁波传播规律的是麦克斯韦方程，在静电场中，电场线通过电介质时，电介质可以使电场线（或场强）发生折射，不管这个电介质线度多么小，麦克斯韦方程都适用于这种电介质（在大学物理教材静电场以及电介质章节中都有详细的论述），这个定律又被称为“电场线或电力线的折射定律”，根据这一点可以推出，在匀强电场中，凸透镜可以使电场线聚焦。比如我们使用两块比较大的金属平板，在这两块平板间就会形成匀强电场，继而可以用凸透镜实现电场线也就是电能的聚焦，我们知道，折射是放大（显微）的理论基础，而电场线聚焦的焦点就类似于探针显微镜的探针。

这种显微镜的主要思想就是先观察成分结构已知的标准品，然后再观察样品。首先实现电场线的聚焦，但是我们必须清楚焦点的大小和结构，也就是对显微镜的校正。设计一个大的平板电容，可以获得匀强电场。使用凸透镜来聚焦电场线，在样品的另一侧探测场强。使用化学药品在晶体上腐蚀掉一部分材料，用原子力显微镜初步测出这个图形的原子结构。使用微动系统控制标准品或样品的移动。由于晶体的键长已知，通过微动系统可以知道移动的原子数目。通过对标准品的观察，首先初步明白原子的介电常数空间模型（化学研究表明，不同原子基团的介电常数不同，显示介电常数是一个微观量）也即介电常数的空间模型和凸透镜对平行电场线的汇聚效果。首先对样品的表面原子进行扫描，得知表面原子的组成后，计算出电场线的汇聚效果，结合微动系统的移动距离，对深层次的原子进行扫描。从而获得整个样品的原子或分子结构。

这种显微镜的优点一个是分辨率高，跳出了波长衍射理论的限制，另一个是可以观察样本的内部，并且样品处理简单，而且可以使电子机械技术与生物医药有机的结合起来，具有巨大的市场潜力，最后一个优点是成本低廉，技术上易于实现，因为我们知道医药医疗的市场是多么大，而微电子和微动系统的能力是多么强。

应用范围：1、病理诊断。2、新药研发。3、物质微观结构研究。4、生理学研究。

技术前景：显微镜是生物医药以及其它需要微观研究的必备仪器，医院、企业、大专院校都有巨大的市场，该显微镜具有分辨率较高，样品处理简单、技术容易实现等特点，既可以解决医学问题，又可以化解机械电子行业的过剩产能。