生物显微镜发展方向及未来前景商业计划书

　　 第一节 生物显微镜的概念

　　 生物显微镜是一种用来观察生物切片、生物细胞、细菌以及活体组织培养、流质沉淀等也可以观察其他透明或者半透明物体以及粉末、细小颗粒等物体的精密光学仪器。生物显微镜用来供医疗卫生单位、高等院校、 研究 院所用于微生物、细胞、细菌、组织培养、悬浮体、沉淀物等的观察，可连续观察细胞、细菌等在培养液中繁殖分裂的过程等。在细胞学、寄生虫学、肿瘤学、免疫学、遗传工程学、工业微生物学、植物学等领域中应用广泛。其光学技术参数包括：数值孔径、分辨率、放大率、焦深、视场宽度、覆盖差、工作距离等。这些参数并不都是越高越好，它们之间既相互联系又相互制约的，实际应用中应当在保证分辨率的基础上根据镜检的目的和实际情况来协调参数间的关系。（可行性 研究 报告）

　　 第二节 生物显微镜的分类

　　 1. 按照定位级别分类。可以分为学生级、实验级、 研究 级生物显微镜。

　　 2. 按照目镜的个数分类。可以分为单目型、双目型、三目型生物显微镜。

　　 3. 按目镜和移动台的相对位置分类。可以分为正置生物显微镜和倒置生物显微镜。正置(常规)生物显微镜的物镜在移动台的上方，倒置生物显微镜的物镜在移动台的下方。

　　 4. 按成像原理分类。可以分为光学生物显微镜和电子生物显微镜。

　　 光学显微镜主要由目镜、物镜、载物台和反光镜(集光镜)组成。目镜和物镜都是凸透镜，焦距不同。物镜的凸透镜焦距小于目镜的凸透镜的焦距。物镜相当于投影仪的镜头，物体通过物镜成倒立、放大的实像。目镜相当于普通的放大镜，该实像又通过目镜成正立、放大的虚像。经显微镜到人眼的物体都成倒立放大的虚像。

　　 电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像。由于电子束的波长远远小于可见光的波长，所以即使电子束的锥角仅为光学显微镜的1%，电子显微镜的分辨本领仍远远优于光学显微镜。光学显微镜的最大放大倍率约为2000倍，而现代电子显微镜最大放大倍率已经超过了300万倍。

　　 第三节 生物显微镜的发展过程

　　 伴随着历代科学家的艰辛探索，到18世纪显微镜已有许多改进，放大率、分辨率及其他性能得到大幅的提升，应用也变得较为普遍，开始作为商品进行生产。到了19世纪，显微镜观察微细结构的能力大为提高。1872～1873年，德国物理学家和数学家阿贝（Ernst Abbe，1840～1905）提出了光学显微镜的完善理论，从此，镜头的制作可按预先的科学计算进行。

　　 同时德国化学家肖特（Friedrich Otto Schott，1851～1935）成功地研制出供制作透镜的优质光学玻璃。他们和德国显微镜制作者卡尔·蔡司（CarlZeiss，1816～1888）合作，建立了蔡司光学仪器厂，于1886年生产出具复消色差油镜的现代光学显微镜，达到了光学显微镜的分辨限度。这些都促进了显微镜制造和显微观察技术的迅速发展。

　　 从19世纪后期至20世纪，显微镜的发展已不拘泥于光学领域，各种原理各异、功能优越的显微镜被发明出来，如：偏光显微镜、暗视场显微镜、相差显微镜、干涉差显微镜、荧光显微镜、电子显微镜以及共焦激光扫描显微镜（CLSM）和扫描隧道电子显微镜（STM）。由此导致的新技术革命也如火如荼地展开，人类已经开始在微观世界大显身手，探寻更加深层次的未解之谜，在认识自我、认识自然界本源的路上不断前行。 

　　 第四节 生物显微镜发展方向

　　 一、拍得更清晰

　　 显微镜目的就是为了更好地观察微生物，要求看得更清楚。显微镜厂商为此开发出各种各样的显微镜镜头来消除各种色差和场曲。最近，在显微镜上普遍采用了UIS2光学系统，它充分体现了无限远校正方式的优越性。光线通过物镜后成为平行光束通过镜筒，并在结象透镜处折射或完成无相差的中间象。UIS2无限远光学系统的物镜具有在宽波长范围内（由紫外至近红外区）具有一致的高透过率。同时具有更高的信噪比，不需要额外补偿就可以得到更为清晰的图像。例如美国AMG公司的EVOS fl大屏幕数码荧光显微镜所拍出的图像已经接近于激光共聚焦的水平。

　　 二、放大倍数更高

　　 对于大多数显微镜来说，对样本的物理放大倍数是物镜放大倍数与目镜的放大倍数乘积。通常情况下，目镜的放大倍数为10倍或者16倍。以40倍物镜为例，也不过是放大400倍或者是640倍，如今却能够将放大倍数提高到840倍。例如美国AMG公司开发的倒置显微镜，在物镜下采用了21倍的光学放大，使得我们能够通过40倍的物镜就可以观察到放大倍数更高的图像了。如果换成100倍的油镜，就可以通过显示器观察到放大到惊人的2100倍甚至更高的图像，无不让人赞叹技术的发展之快。

　　 三、    更为人性化的设计

　　 一提到显微镜，我们的第一印象就是：弯着腰，低着头，抬着手臂，眼睛盯着目镜来观察。对于长期从事显微镜观察的科研人员来说，这一“固定姿势”往往会引起身体上的疲劳，肌肉损伤。曾经有一位科研人员因为长期观察显微镜而落下了颈椎病。因此改变传统的显微镜观察模式成为一项非常有必要而且紧迫的任务。
 

　　 不过最近，各大显微镜厂商相继推出了一些更为人性化的显微镜，如美国AMG公司推出了大屏幕倒置显微镜系列，Nikon推出的Coolscope 显微镜，Olympus推出的智能生物导航仪FSX100，leica推出的DMD108等，均是无目镜的显微镜，直接通过液晶显示器来观察，实现了观察细胞就像玩电脑，就像看电影，大大减轻了显微镜观察时的疲劳。

　　 四、    一体化的显微镜

　　 也许现在我们接触到的显微镜大多是机械式的，需要手动来调焦距、调光源、调样品的位置，特别是针对细胞培养，出现了大量连续培养过程中显微观察的要求。为此，各个显微镜厂商设计了能够用于连续培养显微观察的显微镜或配件，如Nikon公司的显微活细胞工作站Biostation IM和Biostation CT，其中Biostation IM是专门针对35mm细胞培养皿设计的，系统中包含了温控系统，CO2气体系统和显微成像系统，可以实现自动化控制，连续培养显微成像。Biostation CT则是更为大型的系统。AMG公司整合了美国Ibidi公司开发的连续细胞培养配件，在其倒置显微镜上也可以实现温控和CO2的供气，从而实现细胞连续培养显微观察，它可以连续观察达60个小时，所采集的图像可进行视频连续播放，从而观察细胞生长过程中形态的动态变化。德国显微镜厂商Leica和Zeiss也开发了自己的连续培养显微观察配件。

　　 五、    专门的网络化显微镜

　　 在临床医学上，专家远程会诊，病理资源共享将会为疑难杂症的诊断和对症治疗提供更大的可能性，这就需要能够实现自动化远程操作的显微镜来观察病理切片。Nikon公司的Coolscope和Leica公司的DMD108为临床远程病理会诊提供了方便，它们专门为载玻片显微观察设计，自动转换物镜，自动对焦，得到的图像可直接通过网络发送到异地进行专家会诊。

　　 六、    光源的革新

　　 对于荧光显微镜，其稳定的激发光源对样本数码成像起着关键性的作用，到现在为止绝大多数显微镜还在使用卤钨灯或者是高压汞灯，一方面这类光源使用寿命短，需要3到4各月更换一次，每次更换后都需要专业工程师进行位置校准；另外一方面，这类光源的强度会随着使用寿命而衰减；还有一方面，这类光源对于显微镜操作来说需要预热来等待光源强度稳定，而且光源关闭后需要等待30分钟左右才能重启，这就造成了使用上的极大不便。

　　 现在LED灯成为大家公认的新一代照明产品，它具有能耗低、光强稳定、寿命长等优点。AMG公司的倒置显微镜系列全部采用了LED光源系统，完全消除了前面所提到的卤钨灯和高压汞灯的使用不便，而且AMG针对荧光倒置显微镜开发了专利的Light cube“光立方”单色激发光源系统，光源强度可调，不同的单色激发光源可自由更换，在显微镜光源方面可以说是一场前所未有的革命。Leica的DMD108和Nikon的Coolscope也采用了LED光源，因此可以预见未来将会有更多的显微镜厂商采用LED光源。

　　 第五节  生物显微镜未来前景      

　　 目前世界市场对高端显微镜的需求在增长，中国市场这方面的需求增长更快，超分辨显微镜在中国市场的增长更是超过20%。未来五年显微镜市场的发展在亚太地区将围绕中国、印度、澳大利亚和中东国家。

　　 教学、生命科学、纳米技术以及半导体技术等领域的应用支撑着显微镜市场需求。2010 年至今，尽管欧债危机、中东政局震荡等国际事件不断爆发，显微镜市场依然保持了平缓稳定的增长势头，显示了其具备一定的刚性需求，产品可替换性较低。目前美国作为世界的教育、科研大国，其教育支出、研发支出均位居世界第一，系全球最大的显微镜市场，消费全球显微镜市场的1/3，西欧及日本则紧随其后。而以中国为首的发展中国家在教育、工业化、技术产业化、科研设施建设方面仍有巨大的提升空间。

　　 未来随着政府以及私人机构加大纳米技术、半导体等新兴应用领域的研发投资以及生命科学领域的蓬勃发展将推动显微镜的市场需求。在微型晶体管芯片和量子点制造领域，高分辨率显微镜的使用率提高中，新兴的亚太和拉美市场存在尚待开发的机遇，也是促进显微镜市场未来增长的重要动力。

　　 根据2013 年的全球显微镜市场容量为56.8 亿美元，从2014 年至2020 年的年均复合增长率预计为7.7%，到2020年全球显微镜市场容量预计将达到95.4 亿美元。

　　 我国作为全球显微镜生产大国，每年约有70%左右的显微镜用于出口。受益于全球显微镜市场的稳健发展，显微镜的产量与市场规模稳步提升，未来随着国内外显微镜在教学、生命科学、纳米技术以及半导体技术等领域的渗透，以及国内显微镜产品的升级替代，我国显微镜产业前景巨大。


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