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创造精神:奥林巴斯显微镜发展史中的里程碑

一个世纪的创新

图1:奥林巴斯制造的第一台显微镜:Asashi显微镜,于1920年面世。

图1:奥林巴斯制造的第一台显微镜:Asashi显微镜,于1920年面世。

一百年前,东京商人山下长高瞻远瞩,胸怀未来。他梦想着创办一家不依赖进口,而完全在日本设计和制造显微镜的公司。正是他的创造欲望,孕育了奥林巴斯!山下长先生于1919年10月12日创建了奥林巴斯公司。奥林巴斯公司最初的名字叫高千穗制作所,在成立之初,专门生产温度计和显微镜两种产品。在奥林巴斯公司建成之后仅仅六个月的时间内,山下和他的工程师们就实现了他的最初目标:推出了Asashi显微镜,一项有助于改善人们生活质量的国产技术。

通过30年的艰苦奋斗,历经了苦难重重的关东大地震和第二次世界大战的奥林巴斯,在山下长的带领下,研制出各种屡获殊荣的显微镜,也推动着生命科学的研究和实践不断地向前发展。二战结束后不久,百业待兴,而奥林巴斯成为最早恢复战后工厂运营并走向现代化道路的公司之一。

纵然在奥林巴斯的百年历史中屹立着众多的创新里程碑,奥林巴斯人却始终秉承着山下长最初为公司的长远发展而定下的使命:“创造出真正的原创产品,造福社会与人民”。

百年光学创新

奥林巴斯不断积累着光学专业知识,终于在1950年,实现了一项使临床医学大受裨益的重大突破:开发出世界上第一台胃内摄像头。这项发明创造也奠定了奥林巴斯在内窥镜商业领域中的一席之地。在二十世纪60年代,奥林巴斯成功跻身于杰出集成光学设备制造商的行列。一直以来,奥林巴斯始终专注于客户的需求,勤勉工作,努力使推出的产品更加方便好用,并提供更多的功能。在二十世纪70年代,为了满足显微镜行业不断出现的新的需求,奥林巴斯针对以下3种特定应用开发了3个正立显微镜系列:研究(AH系列)、临床实验室(BH系列)和教育(CH系列)。

二十世纪70年代推出的正立显微镜系列,从左到右分别为AH系列(1972年)、BH系列(1974年)和CH系列(1976年)

图2:二十世纪70年代推出的正立显微镜系列,从左到右分别为AH系列(1972年)、BH系列(1974年)和CH系列(1976年)

奥林巴斯为这些系列的旗舰产品:VANOX AH显微镜,设计了一种适用性很强的平台(或称主体)。此后,奥林巴斯所生产的AH、BH和CH系列的所有型号显微镜都沿用了这种平台。使用这种平台,只需更换不同型号显微镜的组件,就可以满足不同应用的需要。

例如:购买了多功能BH显微镜的用户,只需更换显微镜的头部和透镜,就可以改变观察方式。用户可以选购的显微镜包括偏光、相差、微分干涉和简易透射荧光显微镜。BH系列显微镜是今天仍在使用的BX系列显微镜的前辈。

CH系列显微镜的模块化结构专为教学目的而设计,用户使用不同的模块可以装配出特别适用于生物研究及临床实验室应用的简易偏光、绘图或反射照明(冶金)显微镜。

以客户为中心的百年发展

二十世纪80年代,奥林巴斯将自动对焦(AF)功能添加到高性能的AH-2系列显微镜中。自动对焦(AF)功能在当时是一项非常先进的技术。这种功能可使电动机械设备根据物镜的放大倍率和亮度,自动设置显微镜的视场光阑和孔径光阑,并自动对聚光镜进行选择。在便捷操控显微镜方面,自动对焦功能无疑是一次重大的飞跃。无需再考虑聚焦问题的用户,可以集中全部精力观察样品了。

在80年代,还诞生了可配置的显微镜系统,如:BH2系列。BH2显微镜的长筒(LB)物镜(1X–100X,油浸)可用于明场、偏光、荧光和相差显微镜。这个功能为SZH高端立体显微镜的问世铺平了道路,而SZH高端立体显微镜则是取代屡获殊荣的SZ显微镜的后起之秀。

百年技术革新

一款计算机时代的采集系统:FLUOVIEW 300/500激光扫描共聚焦显微镜,可以采集2048 × 2048像素的图像

图3:一款计算机时代的采集系统:FLUOVIEW 300/500激光扫描共聚焦显微镜,可以采集2048 × 2048像素的图像。

在20世纪的80年代和90年代,荧光蛋白标记技术不断进步,并达到了登峰造极的境地:可以将绿色荧光蛋白(GFP)应用于活细胞成像。这项技术鞭策着显微镜产品继续创新发展。绿色荧光蛋白(GFP)有助于呈现出从前无法看到的活细胞内的动态过程。这就意味着生命科学研究人员需要一些可以提供更高灵敏度和更低光毒性的新型观测技术。

与此同时,数码技术也得到了突飞猛进的发展。随着计算机革命的蓬勃发展,得益于微处理器、CPU、GPU和数字式内存技术,许多行业的产品都开发出了自动化功能。

二十世纪90年代,两款意义非凡的生命科学产品:FLUOVIEW显微镜系列和DP显微镜专用的数码摄像头系列,应运而生。FLUOVIEW激光扫描共聚焦显微镜借助一种激发激光器进行扫描,并有选择性地采集样品的切片层,以生成3D图像。上述系列产品堪称后来奥林巴斯为满足高端生命科学研究的需求而生产的系列产品的基石。

提高图像的质量,百年追求的目标

为了坚定不移地追求为客户提供高质量图像的目标,奥林巴斯开发并推出了一系列通用无限远光学系统(UIS)目镜。通用无限远光学系统(UIS)目镜不仅大大提高了观察图像的质量,而且还完成了奥林巴斯显微镜所用的所有目镜的标准化。在90年代初期推出的这些光学目镜,最初用于AX、BX和CX显微镜,后来又用于FLUOVIEW系列显微镜。

大约10年之后,随着BX正立显微镜和IX倒置研究用显微镜的问世,奥林巴斯又推出了更新一代的UIS2系列物镜。UIS2物镜可以提供高分辨率的清晰图像、较低的自发荧光和较长的波长性能,因此目前仍然很受欢迎。而显微镜所用的目镜可以提供更高的透明度,且由无铅玻璃制成,因此更具环保性能。

二十一世纪之初,奥林巴斯推出了FLUOVIEW系列的一款双激光扫描显微镜:FV1000型号显微镜。这款显微镜使用双激光器同时进行扫描,一个用于成像,另一个用于激发,这样一来,不仅可以获取高灵敏度采图,而且还可以进行实时荧光成像。3年后,奥林巴斯又推出了FV1000多光子激光扫描显微镜,将此类观察水平提升到了新的高度。由于这款FV1000显微镜的多光子激光扫描只激发光学聚焦区域的荧光分子,因此减少了背景噪声。与早期的显微镜型号相比,神经科学研究人员使用FV1000多光子显微镜,可以窥探到大脑中更深层的区域。

追随客户的需求,百年成熟的设计

甚至早在人体工程学成为产品设计的基本原则之前,奥林巴斯就一直在探索着能使客户更舒适地使用显微镜的解决方案。长时间在实验室观察样本的研究人员会感到疲劳,为了增加操作的舒适度,降低研究人员的疲劳感,奥林巴斯推出了装配有低位载物台和倾斜式双目镜筒的BX45显微镜。

为了增加操作的舒适度,奥林巴斯BX45显微镜采用了创新型Y形机身

图4:为了增加操作的舒适度,奥林巴斯BX4显微镜采用了创新型Y形机身

在二十一世纪初期,奥林巴斯又为病理学家和研究人员的工具箱中添加了一款新的工具:可以数码化整个玻片的VS100全玻片成像(WSI)扫描仪。玻片的数码图像可以方便地与同事共享,从而有利于协同分析和远程病理诊断(远程咨询和讨论)。

可以这么说,自从2010年,奥林巴斯便已经开始着重研究显微镜的设计和功能。以客户为中心的多项新的功能被添加到多种型号的显微镜中。奥林巴斯开发了一种具有高光度,颜色逼真,且使用寿命长达50000小时的LED光源,不仅降低了停机时间,还节省了研究经费。BX53、BX43和BX46型号显微镜都采用了真实颜色LED技术。

BX46显微镜操作起来得心应手,是一款体现了奥林巴斯的用户至上承诺的杰出代表。这款显微镜参与操作的每个组件的设计都符合人体工程学的要求。创新型功能,如:移动式换镜转盘和超低型载物台,有助于缓解日常从事重复性显微镜观察的研究人员身体上受到的损伤。用于临床病理学的奥林巴斯BX53显微镜于2017年推出,为用户提供了可使亮度与目镜的放大倍率同步的照明控制功能。这款显微镜还为用户提供了另一种更舒适,更省时的显微镜观察方法。

还有如下一些2010年后推出的其他令人瞩目的创新产品:

  • 用于IX倒置显微镜的可更换式模块化平台系统,可容纳更多的不同样品,用于更广泛的生命科学应用。
  • cellSens图像分析软件,提供两种模式:用于临床应用的简单直观的界面,以及用于高端研究图像分析的高级参数界面。
  • 拥有优化光学设计的FLUOVIEW 1200/1200-MPE激光扫描显微镜,与以往的型号相比,可以更快地进行成像操作,且具有更高的灵敏度。

百年服务于科学界,引以自豪的发展史

上图:浦肯野细胞的脑彩虹转染图像,使用抗体放大信号。浦肯野细胞胞体、树突和轴突以及颗粒细胞的某些非特异性染色均可辨识,由FV3000显微镜采集。底部左图:HT-29细胞变得清晰的细胞球,使用DAPI(细胞核)染色,由奥林巴斯IXplore Spin系统采集。底部右图:由DP74数码显微镜摄像头采集的偶氮卡红染色图像。

图5:上图:浦肯野细胞的脑彩虹转染图像,使用抗体放大信号;浦肯野细胞胞体、树突和轴突以及颗粒细胞的某些非特异性染色均可辨识,由FV3000显微镜采集。底部左图:HT-29细胞变得清晰的细胞球,使用DAPI(细胞核)染色,由奥林巴斯IXplore Spin系统采集。底部右图:由DP74数码显微镜摄像头采集的偶氮卡红染色图像。

近十年来的技术进步大大提高了实验室中显微镜的成像速度和成像质量。对于研究人员来说,能够提供高量子效率的科学CMOS(sCMOS)图像传感器,以及超分辨率显微镜大有裨益。在临床领域中,由于越来越多的诊断基于较为省时的分子和基因而完成,实验室检测的周转时间就变得越来越短。

为了帮助现代科学家迎接这些挑战,奥林巴斯于2016年推出了FLUOVIEW FV3000激光扫描共聚焦显微镜。FV3000系列显微镜采用了奥林巴斯著名的高品质光学物镜,提供具有从宏观到微观性能的高灵敏度、高速、多通道成像功能,并配备有一个基于工作流程的直观的用户界面。灵活多变的模块化FV3000机架可适用于不同的应用,满足不同的预算要求,既可被装配为简单基本的显微镜,也可被装配为完全定制的高级成像显微镜。

一年之后,奥林巴斯推出了IXplore系统。IXplore有6种配置方式,研究人员可以从中选择一种最适合自己观察需要的系统配置:标准型号用于简单的文档记录,另外5种分别具有以下特性:电动多维观察、活细胞成像、TIRF(全内反射荧光)、转盘共聚焦,以及超分辨率。

超越了光学极限的超分辨率,已经成为显微镜领域中横空出世的不争事实。奥林巴斯超分辨率(OSR)已经用于IXplore SpinSR10显微镜系统中。这个系统提供宽场荧光、共聚焦成像和超分辨率等模式,可使研究人员更迅速、更轻松、更深入的观察样品。

在过去的一个世纪中,奥林巴斯技术以其更高的分辨率和更快的运行速度惠泽于各种应用,也因此推动了从事科学和定义科学的方式的变革。我们的研究人员将继续为临床和研究实验室开发和创造更先进的成像系统,竭尽全力寻找到更快、更强、更符合人体工程学要求的解决方案。

奥林巴斯的创始人山下长先生的创新精神时刻鼓舞着我们奥林巴斯人不懈地努力,兑现我们“诚对生命”的承诺,我们将一如既往,为我们的客户呈献出智能化、创新型解决方案,我们不仅要改善身边的环境,还要为全人类建造一个更美好的社会做出贡献。

IXplore系列显微镜可以基于解决方案提供多种配置

图6:IXplore系列显微镜可以基于解决方案提供多种配置

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