中国科学家探寻微观世界，迎来了一双国产“慧眼”。

由生物岛实验室领衔研制，拥有自主知识产权的首台国产场发射透射电子显微镜TH-F120于1月20日在广州发布。这标志着我国掌握了透射电镜的电子枪等核心技术，并具备量产透射电镜整机产品的能力。

透射电镜技术跨越多个学科、工程技术复杂、攻关难度大。经过三年多努力，中国科学家们完成了我国首台100%自主知识产权的120千伏场发射透射电镜的整机研制，实现了0.2nm分辨率的成像能力，达到了产品化的水平。

“这对于我国摆脱进口依赖、实现高水平科技自立自强具有重大意义。”中国科学院院士、生物岛实验室主任徐涛介绍，场发射透射电子显微镜将为我国在材料科学、生命科学、半导体工业等前沿科学及工业领域的高质量发展提供有力支撑。

取名“太行”：挺起透射电镜产业的中华脊梁

1933年，世界上第一台透射电镜诞生，经过逾半世纪的发展，现已成为现代科学研究不可或缺的重要工具。它为科学家提供了一双“慧眼”，为人们清晰地呈现原本不可企及的纳米级微观世界，被誉为高端科学仪器皇冠上的“明珠”。

透射电镜具有极高的行业垄断性与技术门槛。行业数据显示，此前，我国透射电镜100%依赖进口，国产化尚属空白。2022年，我国进口透射电镜约300台，进口总额超30亿元，预计2022年至2028年期间，年复合增长率超5.8%。

生物岛实验室生物电子显微镜技术研发创新中心研究员孙飞早在2016年便带领团队联合中国科学院生物物理研究所启动了预研工作。2020年，他们在生物岛实验室组建起一支体系完整的研发团队，展开技术攻关。

“在前期调研阶段，我们集合了电子光学、自动化控制、软件科学等相关领域，具备研发能力的科学家、工程师。”孙飞介绍，比如扫描电子显微镜和探测相机领域的人才，都抱有同样的心愿，即造出我国自主研发的透射电镜。

团队成立三年多以来，在国家自然科学基金委、科技部、广东省科技厅、广州市科技局的大力支持下，相关研发工作接连取得重大突破——先后成功研制120千伏场发射电子枪、120千伏低纹波高压电源、400万像素和1600万像素棱镜耦合CMOS电子探测相机、100万杂合像素直接电子探测相机等透射电镜核心关键部件。

为了进一步推动透射电镜的产业化，生物岛实验室与国内领先的科学仪器公司国仪量子联合成立了广州慧炬科技有限公司，致力于将透射电镜技术商业化应用。

“我们成功走到今天，得益于生物岛实验室作为新型研发机构的特殊体制机制，保证了研发队伍的稳定。同时，国家部委项目的支持，保证了项目研制的可持续性。”孙飞说。

此次广州慧炬科技有限公司推出的首款透射电镜新品TH-F120，取名源自中华名山“太行”，寓意TH-F120将如太行山一样成为中国透射电镜产业的脊梁。

跨过“门槛”：显微设备可以看到“原子级”

“120千伏场发射透射电镜，是拥有原子级分辨率的显微放大设备。”广州慧炬科技有限公司总经理曹峰介绍，“它是多个技术的复合体。我们必须在每个环节都做到极致，才能保证设备整体达到超高分辨率。”

曹峰表示，该场发射透射电镜的信息分辨率达0.2nm，可以看到大多数晶体的排列结构。

“场发射透射电镜的用武之地非常广泛，对于科研、产业发展意义重大。”曹峰说，它用在生命科学研究领域，可以看到蛋白质的生物结构；用在集成电路领域，可以实现半导体的缺陷检测；用在新材料领域，可开展锂电池的研发等等。

首款透射电镜新品TH-F120“太行”初生不凡，现已具备多项先进性能——

一是自主研制的高亮度场发射电子枪，相比于同级进口产品的热发射电子枪，亮度更高，发射稳定性和相干性更优，匹配自主研制的电磁透镜系统，针对120kV成像平台特别优化电子光学设计，可为用户带来更佳的图像衬度和分辨率；二是自主研制的高稳定性低纹波高压电源，实现了高压自动控制，保证电子枪稳定发射；三是标配自主研制的高像素CMOS相机，在低电子剂量的工况下仍可呈现丰富的样品细节；四是以人机分离为设计理念，匹配高度自动化的控制系统，使图像采集工作更加舒适高效；五是预设充足的拓展接口和整机升级空间，满足用户需求迭代，有效延长整机使用年限。

“这是我们的第一代入门级产品，可谓是一个好的开端。”曹峰提到，团队明年计划研制出200千伏场发射透射电镜。“电压虽然看起来只是增加了80千伏，但研制难度却是指数级增加，设备的稳定性、防护性都需要进一步探索。”

曹峰表示，电压越高意味着电子能量越高，就越能穿透更厚的样品。目前120千伏的电镜，可以穿透大约50纳米厚度的材料。但是对于常见的100纳米的材料，还需要200甚至300千伏的电镜。

【文字】南方+记者 李鹏程

【摄影】南方+记者 刘力勤