超分辨扫描光学显微镜

时间:2012-9-24 11:27:46  来源:本站


由于光学显微成像的非侵入性、可穿透性以及对样品无损伤等优点,当今生命科学中的显微成像研究大约80%仍然使用光学显微镜。但是由于光学衍射的限制,传统光学显微镜只能达到波长量级的空间分辨率(一般在200nm-500nm),限制了它在纳米尺度对生物分子结构和功能进行研究中的应用。


受激辐射耗尽(Stimulated emission depletion-STED)显微镜通过使用一束STED光束形成空壳形状焦斑,将衍射光斑周围的荧光分子转换为非辐射态,实现了好于50纳米的空间分辨率。由于使用全光设置,图像采集时间大致与普通共聚焦显微镜相同,对样品准备没有特殊要求,因此可以实现活细胞内生物分子的实时成像和动态跟踪。STED显微镜要求激发和STED两束光,STED波长位于荧光标记发射波长的红限,并且要求STED光束比激发光束延迟几个皮秒,以便及时将激发光激发的荧光分子退激发,所以STED显微镜的困难在于STED光束波长的选择以及两列脉冲的同步调节,技术难度较大,设备花费也非常昂贵。


近几年各国研究人员提出了几种突破衍射极限的方法。其中光活化定位显微镜(Photoactivated localization microscopy-PALM,美国人发明并转让给蔡司公司,400万元人民币左右)通过触发光活化荧光蛋白发光,然后利用高斯拟合实现高分辨率单分子定位,定位精度可以达到10nm。由于需要等待荧光分子漂白,采集一幅图像需要几个小时甚至更长的时间,对显微镜的稳定性要求很高,难以实现活细胞动态成像,而且定位精度受信噪比影响很大。随机光学重构显微镜(Stochastic optical reconstruction microscopy – STORM,美籍华人发明并转让给尼康公司,400万元人民币左右)通过利用光开关荧光蛋白,同样使用高斯拟合方法,达到了8纳米的定位精度。该方法与PALM技术相似,同样需要较长的成像时间,难以实现活细胞成像。上述两种方法还要求样品含有较低浓度的荧光分子。


基于超连续产生的宽带光源,可以同时提供STED显微镜所需要的激发和STED光波长及能量。由于使用同一台激光光源,不存在两光束的同步失调问题,设备成本也大大降低。通过使用该宽带光源,结合自主搭建的共聚焦显微镜,我们已经实现宽带光源激发的超分辨STED显微成像,成像分辨率已经达到40纳米量级,为单分子成像研究提供一种高分辨率的光学成像设备。


产品及技术简介

(产品及技术情况、应用领域、在国内外行业领域的地位、知识产权状况等)


该设备主要用于细胞和单分子生物学研究、生物医学研究、生物制药等高端科研领域。


该技术首先由德国马普生物物理化学研究所在1994年提出并于2006年实现,本人曾经访问该实验室,德国政府每年提供上千万欧元的免申请资助,以期该技术发明人获得诺贝尔奖。


国内还没有科研机构进行该设备研制的报道,究其原因,无外乎技术难度大,资金投入大,难以在短期内出成果。


据本人所知,该技术首先由德国人在1994年提出并于2006年实现,但是相关专利首先由美国人获得,德国人实现后将该技术转让给德国某著名显微镜公司,知识产权情况不详。


我们首次提出并使用超连续光源作为激发光源,该超连续光源可以同时提供绝大多数荧光染料和荧光蛋白所需要的激发波长和能量;由于使用同一台激光光源,不存在两光束的同步失调问题,设备成本也大大降低。我们使用该技术,结合自主建立的共聚焦显微镜,已经实现了实验室样机,获得了40nm的空间分辨率,远远高于传统共聚焦显微镜的300nm水平。我们已经将该超连续光源作为显微激发光源的创意已经申请国家发明专利。


市场分析

(所属行业特征、市场细分及产品定位、目标市场、市场规模及增长率)


根据本人判断,该技术主要用于细胞和单分子生物学研究、生物医学研究、生物制药等高端科研领域,属于高附加值小众化产品。进一步的市场调研需要相关市场人员参与进行。


竞争分析及优势

(国内外主要竞争对手,公司的主要竞争优势,竞争策略等)


该技术首先由德国人提出并实现,转让给德国某国际著名显微镜公司,但是相关专利首先由美国人获得,德国人的知识产权情况不详。


在国际上,该产品只有上述德国公司生产和销售,他们的报价为100万欧元。在具体技术实现上,他们使用了多台连续激光器提供荧光染料或者荧光蛋白的激发光和STED光,由于使用连续激光器,分辨率难以进一步提高,只能保证90nm水平;并且容易导致荧光样品的淬灭,难以实现长时间观察;使用多台激光器难以满足不同荧光染料或者荧光蛋白对波长的需要。


我们研制的设备造价在100万元人民币左右,还有进一步降低的空间。通过使用超连续光源,上述三个技术困难都已经得到克服,因此更有技术优势。


但是我们也有自己的弱势:首先是面对国际知名显微镜公司,从人员、资金、信誉以及知名度等方面都处于劣势。


所以本人建议的竞争策略是价格和服务优势,价格优势自不必说,高端科研产品对售后服务的要求很高,我们的开发者在中国本土,更容易提供及时的售后服务。


经营模式及经营发展规划


需要进一步的建议


主要技术及管理团队成员简介


暂无


资金计划及收益预测


销售价格需要进一步的市场调研确定,但是本人的目标价位是每台400万元人民币左右,扣除硬件成本和公司运营成本,收益率可达100%-200%,以每年销售2-5台计算,收益大约是400万-1000万,或者更高。


由于是高技术产品,有望得到国家科技部等相关单位的政策和资金支持。