電子顯微鏡，是科學(xué)家觀(guān)察微觀(guān)世界的“眼睛”，堪稱(chēng)現(xiàn)代科學(xué)分析中不可或缺的利器。

復(fù)旦大學(xué)電鏡中心集結(jié)20余臺(tái)高端電鏡，助力物質(zhì)科學(xué)、生命醫(yī)學(xué)、信息科學(xué)等領(lǐng)域的前沿探索，把“看見(jiàn)未知”變成可能。

讓電鏡成為實(shí)驗(yàn)室，從“租借儀器”到“參與科研”，電鏡中心更致力構(gòu)建新型科研生態(tài)，不再以“設(shè)備共享+人力服務(wù)”為終點(diǎn)，而是以“提煉問(wèn)題+共同解題”為出發(fā)點(diǎn)，嵌入式參與科研全過(guò)程。

如果你還沒(méi)體驗(yàn)過(guò)電鏡的魅力，快跟我們一起解鎖這個(gè)面向未來(lái)的高精尖特色平臺(tái)！

20余臺(tái)高端設(shè)備集結(jié)，7×24小時(shí)全天候服務(wù)

十月的上海高溫不退，電鏡中心卻一年四季保持“清涼”。這里對(duì)溫度、濕度、噪音及磁場(chǎng)的控制都有著極高要求，只為讓復(fù)旦“電鏡家族”時(shí)刻處于最佳狀態(tài)，7×24小時(shí)全天候服務(wù)師生科研。

復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系碩士生楊帆和高分子科學(xué)系碩士生李文遷在中心老師張曼的指導(dǎo)下，最近在學(xué)習(xí)如何使用場(chǎng)發(fā)射透射電鏡，對(duì)樣品進(jìn)行高分辨成像分析。

“這臺(tái)透射電鏡拍出來(lái)的照片細(xì)節(jié)非常清晰，可以幫助我們?cè)谘芯恐猩僮邚澛??！睏罘d奮地展示剛剛拍下的樣品圖片。一旁的李文遷和同伴認(rèn)真交流著加樣手法：“插入樣品臺(tái)的時(shí)候是不是要推到底……”

電鏡，全名電子顯微鏡（Electron Microscope，簡(jiǎn)稱(chēng)EM），是用電子束代替可見(jiàn)光進(jìn)行成像的“超級(jí)放大鏡”。 由于電子的波長(zhǎng)極短，可以突破傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的極限，把納米級(jí)、甚至原子分辨率的結(jié)構(gòu)也“看”得一清二楚。物理、化學(xué)、材料、信息、生物、環(huán)境、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、文博、人工智能等“十個(gè)指頭都數(shù)不過(guò)來(lái)”的領(lǐng)域，都離不開(kāi)它。

復(fù)旦大學(xué)科研服務(wù)共享平臺(tái)（籌）于2025年1月掛牌成立，電鏡中心同步成立，作為科研服務(wù)共享平臺(tái)的核心子平臺(tái)，由融合創(chuàng)新研究院統(tǒng)籌管理。今年4月開(kāi)始運(yùn)行以來(lái)，中心系統(tǒng)注冊(cè)總?cè)藬?shù)以及課題組數(shù)不斷增長(zhǎng)。

中心集結(jié)20余臺(tái)用于物質(zhì)科學(xué)和生命科學(xué)研究的電鏡，液氦低溫指標(biāo)、聲子譜分辨率等關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到全球領(lǐng)先。不久前，中心迎來(lái)一位新朋友——Thermo Scientific Arctis冷凍等離子體聚焦離子束電鏡（Cryo-PFIB）。這是一款全新的自動(dòng)化顯微鏡，具有高通量快速、持續(xù)制備適用于冷凍電子斷層成像（Cryo-ET）功能，加快生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域原位解析細(xì)胞內(nèi)生物大分子結(jié)構(gòu)的研究步伐。復(fù)旦是國(guó)內(nèi)第二個(gè)、世界上第三個(gè)擁有這臺(tái)頂尖儀器的高校。下一步，中心還將圍繞師生需求，繼續(xù)添置不同型號(hào)的新型電鏡。

如今，中心每月都會(huì)為全校師生組織不同型號(hào)電鏡的集中培訓(xùn)?！芭嘤?xùn)通常安排三四天，理論加操作實(shí)訓(xùn)，每人都能多次練習(xí)。學(xué)完只要多動(dòng)手，很快就能上手?！睆埪榻B。

“電鏡太重要了，越早學(xué)會(huì)越好?！?/strong>參加電鏡中心培訓(xùn)的化學(xué)系博士后葉兆祺認(rèn)為。專(zhuān)攻納米晶體的博士后萬(wàn)思妤今年2月以一作身份在Science發(fā)表成果，之所以來(lái)這里學(xué)習(xí)，因?yàn)?strong>“這里的電鏡不僅可以讓我看到納米晶體的形貌，還有原位加熱功能，把電爐子放到電鏡內(nèi)部”。 

集成電路與微納電子創(chuàng)新學(xué)院碩士生沈琳旖也是報(bào)名培訓(xùn)的學(xué)生之一。“在半導(dǎo)體器件制造中，電鏡常被用于缺陷檢測(cè)、材料表征和失效分析，在先進(jìn)制程工藝中具有不可或缺性。”她介紹。

“如果不是用電鏡，根本想象不到這種結(jié)構(gòu)”

早在1994年，復(fù)旦引進(jìn)了首臺(tái)高端電鏡，硬件水平一直保持在國(guó)內(nèi)外一流水平。多年來(lái)，一系列高水平電鏡成為學(xué)?？蒲泄ぷ鞯闹匾瘟α?。

近年來(lái)，復(fù)旦一批頂尖成果的誕生，都借助了電鏡的力量——電化學(xué)領(lǐng)域，高悅團(tuán)隊(duì)提出外源鋰供給重塑鋰電池壽命極限，發(fā)表于Nature；催化劑領(lǐng)域，張波團(tuán)隊(duì)以“熟化誘導(dǎo)嵌入”構(gòu)建超穩(wěn)定負(fù)載型析氧電催化劑，發(fā)表于Science；仿生材料領(lǐng)域，陳國(guó)頌團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)超分子聚合物的螺旋蛋白納米管組裝，發(fā)表于Nature Synthesis；醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，徐彥輝團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究重建了人源Pol III轉(zhuǎn)錄起始的完整動(dòng)態(tài)過(guò)程，發(fā)表于Nature；物理領(lǐng)域，車(chē)仁超團(tuán)隊(duì)利用液氦低溫原位洛倫茲球差矯正電鏡技術(shù)發(fā)現(xiàn)了在氧化物超導(dǎo)材料中存在拓?fù)渥孕棙?gòu)，發(fā)表于Nature......

超分子聚合物的螺旋蛋白納米管組裝 Nature Synthesis

生命科學(xué)學(xué)院教授麻錦彪表示，雖然現(xiàn)在AI工具已很強(qiáng)大，但自然界還是存在很多未被發(fā)現(xiàn)、也無(wú)法用AI預(yù)測(cè)的生物結(jié)構(gòu)。這就需要研究人員使用功能強(qiáng)大的電鏡進(jìn)行解析。

今年6月，麻錦彪團(tuán)隊(duì)于Nature發(fā)表關(guān)于天然RNA納米籠結(jié)構(gòu)的重要成果，使用的正是中心的Titan Krios G4（場(chǎng)發(fā)射冷凍透射電子顯微鏡的型號(hào)之一）。

長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long non-coding RNAs，lncRNAs，長(zhǎng)度超過(guò)200個(gè)核苷酸）在生命過(guò)程中的多個(gè)方面發(fā)揮著重要作用，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究有利于深入揭示其功能調(diào)控的分子基礎(chǔ)，進(jìn)而為解析生命活動(dòng)規(guī)律、闡明疾病發(fā)生機(jī)制及開(kāi)發(fā)新型治療策略提供關(guān)鍵支撐。

ROOLEfa和ROOLFirm的冷凍電鏡分析

麻錦彪團(tuán)隊(duì)借助冷凍電鏡，發(fā)現(xiàn)并解析了在細(xì)菌和噬菌體基因組中的長(zhǎng)鏈非編碼RNA ROOL形成的兩種天然RNA納米籠結(jié)構(gòu)（ROOLEfa與ROOLFirm）。這一成果極大拓展了人們對(duì)于RNA的認(rèn)知，為設(shè)計(jì)新型醫(yī)藥載體提供了思路。

“如果不是用冷凍電鏡親眼看到，我們根本想象不出來(lái)RNA還會(huì)形成這種結(jié)構(gòu)。”他感嘆道。

讓平臺(tái)成為“納米級(jí)實(shí)驗(yàn)室”，探索“共同解題”新模式

科學(xué)研究的核心不止于“個(gè)人突破”，更在于“系統(tǒng)協(xié)同”。

面對(duì)日益復(fù)雜的科技前沿問(wèn)題，傳統(tǒng)以課題組為小單位的研究方式已難以完全滿(mǎn)足高水平交叉研究的需求，迫切需要跨學(xué)科深度合作。電鏡中心在做好共享的定位之上，努力將平臺(tái)轉(zhuǎn)化為“實(shí)驗(yàn)室的延伸”，實(shí)現(xiàn)從“工具提供者”向“科研共創(chuàng)者”的角色轉(zhuǎn)變。

與以往各個(gè)院系自行購(gòu)置儀器使用的模式不同，電鏡中心把各學(xué)科所需的電鏡集中起來(lái)，由專(zhuān)門(mén)技術(shù)人員維護(hù)。這既避免重復(fù)購(gòu)置，建設(shè)“六邊形戰(zhàn)士”的超級(jí)電鏡集群，天然地消除了師生使用其他學(xué)院電鏡的“隱形門(mén)檻”，也讓電鏡在專(zhuān)家手中不斷解鎖新功能、開(kāi)發(fā)深度功能，更好服務(wù)科研。

“電鏡中心的一大特色就是集中，所有類(lèi)型的電鏡設(shè)備、來(lái)自不同學(xué)院和背景的研究者，都能在同一個(gè)空間切磋交流、互相啟發(fā)。利于快速構(gòu)建高維度的數(shù)據(jù)庫(kù)，為機(jī)器學(xué)習(xí)提供特色的高質(zhì)量數(shù)據(jù)?！?/strong>電鏡中心主任、智能材料與未來(lái)能源創(chuàng)新學(xué)院教授車(chē)仁超介紹。

在組織形態(tài)上，中心不再以“設(shè)備共享+人力服務(wù)”為終點(diǎn)，而是以“提煉問(wèn)題+問(wèn)題導(dǎo)向+共同解題”為出發(fā)點(diǎn)，未來(lái)將構(gòu)建“技術(shù)-科研聯(lián)合小組”制度——平臺(tái)工程師與課題組科研人員在課題立項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)解析等環(huán)節(jié)深度共建。對(duì)于重大課題需求，平臺(tái)可以集結(jié)專(zhuān)屬團(tuán)隊(duì)予以對(duì)接，甚至在必要時(shí)組織外部合作資源聯(lián)合攻關(guān)。

值得一提的是，部分電鏡還配置了“原位實(shí)驗(yàn)”功能，可為用戶(hù)提供電場(chǎng)、磁場(chǎng)、力學(xué)等多種實(shí)驗(yàn)條件，支持從樣品制備到檢測(cè)全過(guò)程服務(wù)。

“我們的電鏡不僅僅是‘超級(jí)放大鏡’，更是可以在納米尺度上做實(shí)驗(yàn)的‘微觀(guān)實(shí)驗(yàn)室’?！敝行墓こ處熍峥菩蜗蟮卣f(shuō)，“很多以前只能在宏觀(guān)上做的實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在可以真實(shí)發(fā)生在納米、原子級(jí)別，讓我們能看到許多嶄新的物理和化學(xué)過(guò)程。

“我們本來(lái)都要跑到校外去借用儀器，現(xiàn)在可以在校內(nèi)做實(shí)驗(yàn)了。”復(fù)旦大學(xué)現(xiàn)代物理研究所張宏亮教授說(shuō)，團(tuán)隊(duì)從今年6月開(kāi)始使用電鏡中心的儀器，已依托平臺(tái)在Acta Materialia上發(fā)表了兩篇高水平論文。

核聚變被譽(yù)為能源領(lǐng)域的“圣杯”，其在清潔性、資源量、安全性、能量效率等方面的巨大優(yōu)勢(shì)吸引著全世界科學(xué)家投身于可控核聚變的工程技術(shù)挑戰(zhàn)研究。團(tuán)隊(duì)近年來(lái)在電鏡中心支持下，大大提升了對(duì)核反應(yīng)堆材料的研究效率。

在聚變反應(yīng)堆中，氘和氚在高溫高壓下結(jié)合成氦，同時(shí)釋放出巨大能量，但這只是理想情況，現(xiàn)實(shí)中反應(yīng)往往不能充分進(jìn)行?！半碗暗脑影霃胶苄?，擴(kuò)散速度很快，容易滯留在反應(yīng)器壁中?！睆埡炅帘硎?，“這既會(huì)造成燃料的損耗，也會(huì)導(dǎo)致輻射量超標(biāo)?！?/p>

2025 Acta Materialia

借助中心的Talos F200X透射電鏡和Helios 5CX組合聚焦離子束掃描電鏡，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，核反應(yīng)真空腔內(nèi)碳、氧雜質(zhì)的存在會(huì)導(dǎo)致氘、氚燃料在鎢質(zhì)器壁滯留特征的變化。市場(chǎng)上，一克氚價(jià)值兩百萬(wàn)；如果一克氘氚燃料完全反應(yīng)，產(chǎn)生能量相當(dāng)于燃燒八噸石油。因此，通過(guò)調(diào)整容器條件提高核聚變反應(yīng)效率具有重大意義。

“沒(méi)有電鏡的話(huà)，我們只能靠‘手搓’打磨樣品，不僅費(fèi)時(shí)，失敗率也高。用這些先進(jìn)設(shè)備，我們能精準(zhǔn)定位材料表面的特征區(qū)域，還能進(jìn)行納米尺度的加工?！?/strong>張宏亮說(shuō)。

從“用好電鏡”到“自主創(chuàng)新”打造微觀(guān)世界“國(guó)之重器”

電鏡中心不僅從外部采購(gòu)先進(jìn)儀器，也致力于自主創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)了多項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的測(cè)試平臺(tái)和“原位”實(shí)驗(yàn)專(zhuān)用配件。

目前，中心已獲批兩個(gè)國(guó)家科學(xué)儀器制造重大項(xiàng)目“面向存儲(chǔ)器件的自旋極化電流驅(qū)動(dòng)的透射電鏡低溫多場(chǎng)耦合樣品臺(tái)”和“面向電磁功能材料的多頻域?qū)挏貐^(qū)多功能原位透射電鏡表征分析平臺(tái)”。中心還支持了納米前沿專(zhuān)項(xiàng)下的關(guān)鍵科研任務(wù)“多電子束顯微檢測(cè)技術(shù)與高通量成像”課題，旨在突破亞5納米分辨率并行電子束集成電路芯片的高通量檢測(cè)瓶頸，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型顯微檢測(cè)技術(shù)與裝備。

維恩分離器是并行束掃描電子顯微鏡的電子光路中的核心部件，可以直接將入射電子與二次電子進(jìn)行分離，是多束成像的基礎(chǔ)。為了支持并行束掃描電子顯微鏡的開(kāi)發(fā)，中心自行研發(fā)的多物理場(chǎng)耦合原位測(cè)試樣品桿被用于對(duì)維恩分離器的核心材料進(jìn)行分析，探索了多種成分的高磁導(dǎo)率合金在溫度、磁場(chǎng)、電場(chǎng)作用下的穩(wěn)定性和雜散場(chǎng)特性。這些研究結(jié)果不僅服務(wù)于復(fù)旦校內(nèi)，也推動(dòng)了國(guó)產(chǎn)高端電鏡設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步。

電鏡技術(shù)迭代迅速，三到五年就會(huì)迎來(lái)一次全面升級(jí)。如今，電鏡與人工智能（AI）深度融合已成趨勢(shì)。中心目前三臺(tái)球差電鏡都配備了AI交互系統(tǒng)，不但能自動(dòng)識(shí)別分析圖片中的元素，還能為科研人員提供直觀(guān)、快捷的分析參考。

“當(dāng)前電鏡的發(fā)展方向是分辨率持續(xù)提升、功能日益集成、成像速度不斷加快、操作界面愈發(fā)簡(jiǎn)化。然而，這也意味著對(duì)其進(jìn)行深層次的功能性改造變得更具挑戰(zhàn)性?！避?chē)仁超表示，“我們不僅要管好用好這些科學(xué)裝置，更要追求核心技術(shù)自主可控，在高端電鏡研發(fā)上實(shí)現(xiàn)‘中國(guó)創(chuàng)造’?！?/p>

車(chē)仁超期待，未來(lái)打造具備超高時(shí)空分辨能力的高水平電鏡綜合表征平臺(tái)，并自主研發(fā)尖端電鏡，在高端裝備領(lǐng)域留下“中國(guó)印記”，更借助平臺(tái)加快對(duì)青年人才的培養(yǎng)，讓電鏡事業(yè)在復(fù)旦薪火相傳、持續(xù)突破。

電鏡中心不僅面向校內(nèi)師生開(kāi)放，也歡迎全國(guó)乃至全球的科研同行預(yù)約使用。中心通過(guò)7×24小時(shí)全天候開(kāi)放、數(shù)智化管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)約、統(tǒng)計(jì)、繳費(fèi)及評(píng)價(jià)全鏈條透明管理，構(gòu)建“一鍵通辦”的高效服務(wù)模式。

預(yù)約系統(tǒng)支持手機(jī)端一鍵預(yù)約與記錄使用情況，登錄官網(wǎng)，即可預(yù)約參加培訓(xùn)和使用設(shè)備，暢享“微觀(guān)世界”的無(wú)限可能！

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