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本項(xiàng)目針對電子束激發(fā)高分辨光學(xué)顯微鏡設(shè)計(jì)和制造中涉及到的電子源、薄膜發(fā)光材料以及超高真空隔離窗等關(guān)鍵部件進(jìn)行創(chuàng)新性研究，探索超越衍射限制的高分辨率光學(xué)顯微鏡設(shè)計(jì)的新原理、解決主要部件設(shè)計(jì)和制造中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)問題。研究內(nèi)容包括：（1）將具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的薄膜發(fā)光材料應(yīng)用于電子束激發(fā)光學(xué)顯微鏡，實(shí)現(xiàn)發(fā)光波長的調(diào)控及提高檢測靈敏度和成像速度；揭示制約發(fā)光波長、發(fā)光強(qiáng)度及余輝時(shí)間的關(guān)鍵因素，獲得具有波長可調(diào)、高發(fā)光強(qiáng)度及超短余輝的薄膜發(fā)光材料。（2）設(shè)計(jì)一種能夠?qū)嵤╇娮邮?光束轉(zhuǎn)換的超高真空隔離窗口，實(shí)現(xiàn)在環(huán)境氣氛下的納米級(jí)分辨成像以及高分辨像的原位研究；（3）設(shè)計(jì)一種具有高空間分辨率并具有高亮度的掃描電子源以及相匹配的超高真空系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高亮度、高分辨率和高速掃描的成像功能。在此基礎(chǔ)上，探索電子束激發(fā)高分辨率光學(xué)顯微鏡在細(xì)胞生物學(xué)的動(dòng)態(tài)研究、可視化研究以及納米材料的原位研究方法。

本項(xiàng)目探索超越衍射限制的高分辨率光學(xué)顯微鏡設(shè)計(jì)的新原理、解決關(guān)鍵技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)超衍射限制的光學(xué)顯微觀察。研究內(nèi)容包括：（1）依據(jù)電子束激發(fā)發(fā)光，研制出具有超衍射限制的空間分辨率的電子束激發(fā)光學(xué)掃描顯微鏡。（2）研制出相應(yīng)的高分辨率掃描電子源，實(shí)現(xiàn)高亮度、高分辨率和高速掃描的成像功能。（3）研制出納米厚度的超薄發(fā)光窗口材料，揭示制約發(fā)光波長和強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，獲得了高亮度的薄膜發(fā)光窗口材料。（4）設(shè)計(jì)一種能夠?qū)嵤╇娮邮?光束轉(zhuǎn)換的超高真空隔離窗口，實(shí)現(xiàn)在環(huán)境氣氛下的納米級(jí)分辨成像以及高分辨像的原位研究。（5）探索電子束激發(fā)高分辨率光學(xué)顯微鏡在細(xì)胞生物學(xué)的可視化研究及納米材料的原位研究方法。 該項(xiàng)目按計(jì)劃完成了電子束激發(fā)的具有高空間分辨率的光學(xué)顯微鏡的研制，并利用該儀器開展了納米材料原位長和細(xì)胞凋亡過程可視化觀察的初步研究。（1）利用掃描電鏡的鎢燈絲電子槍，通過結(jié)構(gòu)改造，實(shí)現(xiàn)了電子槍的倒置工作，電子束束斑的空間分辨率可以達(dá)到6-8nm。（2）利用納米級(jí)厚度的氮化硅的電子束激發(fā)發(fā)光，研制了具有納米尺度和掃描功能的點(diǎn)光源。點(diǎn)光源的尺度主要由電子束束斑大小和發(fā)光薄膜層的厚度決定，表面鍍膜氧化鋅可以大幅增加亮度。其發(fā)光亮度可以通過調(diào)整電子束的能量和束流來實(shí)現(xiàn)調(diào)控。（3）實(shí)現(xiàn)了電子束激發(fā)和光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)的集成。通過微光檢測信號(hào)與電子束掃描信號(hào)的同步，可以獲得不同位置的光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了電子束激發(fā)的白光掃描像以及樣品產(chǎn)生的熒光掃描像。圖像的分辨率均可達(dá)到20nm左右，優(yōu)于50nm的任務(wù)要求。（4）實(shí)現(xiàn)了多種納米材料在環(huán)境氣氛下的形貌生長觀測，可以觀察到納米球的空心化過程以及納米線的原位生長過程。同時(shí)還對細(xì)胞進(jìn)行微觀行為的研究，利用熒光像觀察到了細(xì)胞的凋亡和細(xì)胞質(zhì)的流出過程。 該儀器的成功研制為納米材料的原位研究以及細(xì)胞和生物物質(zhì)的可視化研究提供了新方法，具有重要的科學(xué)意義。^[1]