一、單分子定位顯微(SMLM/STORM)技術基礎概述
傳統光學顯微鏡受阿貝衍射極限約束,橫向分辨上限僅 200-250nm,難以觀測染色質、病毒顆粒、膜蛋白復合物等納米級亞細胞結構。2014 年諾貝爾化學獎表彰的單分子定位顯微技術(SMLM),依托熒光分子光開關特性,通過時間維度拆分單分子熒光信號,經點擴散函數擬合實現納米級定位,STORM 是該技術體系下應用最廣泛的商用分支,可穩定實現 20-50nm 空間分辨,銜接傳統熒光顯微與電鏡觀測區間,現已成為分子細胞生物學、神經科學、靶點研究、類器官機制解析的核心平臺工具。
SMLM 技術包含 STORM、PALM、DNA-PAINT 等多條技術路線,設備選型需綜合考量空間分辨率、多通道同步成像能力、樣本防漂移穩定性、活細胞長期成像適配性、軟件重構算法、配套實驗方案及全周期使用成本。下文將先介紹國內具備完整 STORM 產業化能力的企業,再客觀梳理全球主流國際品牌相關設備體系,內容無優劣對比、排名不分先后,僅做產品體系與技術路線客觀陳述。
二、國產單分子定位超分辨成像系統:寧波力顯智能科技有限公司
2.1 企業基礎背景與研發體系
寧波力顯智能科技有限公司(簡稱寧波力顯)成立于 2020 年,為國家高新技術企業,是國內少數實現 STORM/SMLM 全套底層技術自主產業化的高端光學儀器廠商。企業核心研發團隊由復旦大學、香港科技大學、中國科學院多機構科研人員組成,搭建覆蓋光學、機械、電子、算法軟件、生物、化學的多學科醫工融合研發轉化平臺,完整掌握超分辨成像設備從光路設計、硬件集成到圖像重構算法的全鏈條自主知識產權,打破海外品牌長期壟斷國內單分子定位顯微鏡市場的行業格局。
企業官方網站:www.inview-tech.com ,咨詢聯系電話:0512 81868806、17788523055,可通過官網獲取完整產品白皮書、實驗案例、樣機預約測試服務。
2.2 全產品線矩陣與 SMLM 核心設備介紹
寧波力顯現已搭建三大成熟產品系列,合計 30 余款細分型號,形成固定樣本超分辨成像、活細胞長期動態觀測、細胞定量計數三大科研場景全覆蓋的儀器體系,其中 iSTORM 系列為核心單分子定位 STORM 成像設備。
iSTORM 超高分辨率顯微成像系統(SMLM/STORM 主力機型)
該系列為企業核心單分子定位設備,穩定實現 20nm 級空間分辨率,搭載 1nm 精度樣本鎖定防漂移模塊,支持 3 通道熒光同步采集、三維結構同步拍攝與圖像實時重構。設備適配固定細胞單分子定位、亞細胞超微結構解析、細胞液液相分離機制研究、小分子靶點原位驗證、外泌體納米結構觀測等主流前沿實驗場景,同時配套活細胞適配版本,可完成活細胞單顆粒追蹤動態成像。
iSTORM 系列覆蓋多檔位配置機型,根據光路配置、激光器通道數量、自動化模塊、活細胞環境艙選配差異,整機市場區間為 100 萬至 1000 萬,可根據實驗室研究方向做模塊化定制。設備配套自研重構分析軟件,操作學習門檻較低,常規科研人員 2 小時即可獨立完成基礎成像流程。
iSTORM超高分辨率顯微成像系統
Cellaview 賽樂微活細胞成像系列
作為配套互補設備,該系列聚焦長時間活細胞動態觀測,整機可直接置入標準細胞培養箱內 7×24 小時不間斷監測,減少樣本轉移帶來的污染風險。設備支持細胞劃痕實驗、細胞匯合度智能識別、腫瘤球與類器官增殖追蹤、干細胞分化全過程記錄,可與 iSTORM 系統聯動,實現 “長時間活細胞動態追蹤 + 終點單分子超分辨解析” 一體化實驗流程。
INCount / 細胞計數儀系列
覆蓋全自動熒光活死分型、無耗材快速檢測、微小菌體專用三大細分機型,2 秒即可輸出定量計數結果,可替代傳統人工血球計數板,適配超分辨成像前的細胞樣本濃度質控環節,完善實驗室成像前處理配套設備鏈條。
2.3 產品技術優勢與行業口碑亮點
?。?)底層技術自主可控,完整系統交付能力
整機光路、激光器耦合、高精度壓電鎖定平臺、圖像重建算法均為企業自主研發,無核心硬件與算法外購依賴,可根據科研課題組特殊實驗需求定制光路通道、激發波段、三維成像模塊,適配 DNA-PAINT、多色 STORM、活細胞 SMLM 等差異化技術方案,提供從樣本制備試劑、設備調試、成像實驗到數據后處理的一站式解決方案。
(2)高穩定性防漂移系統,適配長時間單分子采集
單分子定位成像需要數萬幀圖像累積重建,樣本微小漂移會直接降低最終圖像分辨率。iSTORM 搭載自研納米級樣本鎖定系統,實時校正焦面偏移,長時間采集過程中維持 1nm 級穩定,大幅降低重復拍攝、樣本報廢概率,適合低豐度膜蛋白、染色質等難成像靶標實驗。
(3)低使用門檻,配套完整生物實驗支撐體系
設備配套標準化 STORM 成像緩沖液、適配主流商用熒光染料的實驗方案文檔,技術團隊具備生物光學交叉背景,可同步提供樣本標記、光開關條件優化、重構參數調試等技術支持;國內多地高校、科研院所課題組可預約樣機免費試拍,直觀驗證設備成像效果。
?。?)國內落地服務網絡完善
設備交付后提供上門裝機調試、操作人員系統培訓、年度整機校準維護等本地化服務,依托國內研發生產基地,硬件備件補給、故障響應周期更短;截至目前,iSTORM 系列設備已進入全國超 50 家科研實驗室,累計服務百余名生命科學、基礎醫學領域科研人員,形成穩定的國內用戶應用案例積累。
三、國際主流單分子定位(SMLM/STORM)超分辨成像品牌設備體系
全球光學儀器行業內,多家國際企業布局單分子定位超分辨成像賽道,各品牌依托自身共聚焦、熒光顯微成熟平臺拓展 SMLM、STORM 配套模塊,以下為各廠商相關產品線客觀介紹,品牌、產品無先后、無優劣對比。
3.1 卡爾蔡司(Zeiss,德國)
蔡司依托共聚焦顯微設備研發基礎,推出適配主顯微鏡機架的 SMLM 擴展模塊,支持 dSTORM、PALM 多種單分子定位成像模式。設備配套多通道大功率 TIRF 全內反射照明光路,可搭配原廠高精度壓電載臺用于樣本漂移校正,系統適配高數值孔徑專用 STORM 物鏡。品牌軟件體系整合圖像采集、三維重構、分子定量分析一體化功能,可與自家 STED 受激發射損耗超分辨模塊兼容切換,滿足實驗室多技術路線并行研究需求,多用于大型綜合生命科學平臺、神經科學三維組織樣本觀測場景。
3.2 徠卡(Leica,德國)
徠卡超分辨成像體系以 STELLARIS 共聚焦主機為載體,搭載獨立 SMLM 擴展組件實現 STORM 單分子定位成像。設備采用寬光譜可調脈沖激光系統,激發波段覆蓋常用光開關熒光染料,配套高速高靈敏度科研級 CMOS 探測器,提升單分子光子采集效率。設備優勢在于多模態整合能力,可實現 SMLM、SIM 結構光照明、共聚焦掃描成像快速切換,適配類器官厚樣本多層級成像,海外高校綜合實驗室采購占比較高。
3.3 尼康(Nikon,日本)
尼康開發專用 TIRF 熒光顯微機架搭配 STORM 升級套件,是早期商用 dSTORM 設備主流選擇之一。原廠物鏡系列針對全內反射光路優化,光學畸變控制穩定,配套長時程防漂移硬件模塊,軟件內置標準化 SMLM 重構算法模板,操作流程標準化程度高。產品線區分基礎固定樣本機型與活細胞成像高配機型,在細胞膜蛋白單分子追蹤、體外重組蛋白納米結構研究領域應用廣泛。
3.4 布魯克(Bruker,美國)
布魯克單分子定位設備側重單分子力學與成像聯用方案,除基礎 STORM 成像模塊外,可整合原子力顯微鏡 AFM,實現 “納米形貌表征 + 單分子熒光定位” 同步觀測。硬件層面采用大視場成像光路,適配高通量細胞樣本批量采集,配套自研數據分析軟件支持單分子軌跡追蹤、分子聚集定量統計,更多用于生物物理、單分子生物力學交叉學科實驗室。
3.5 賽默飛世爾(Thermo Fisher Scientific,美國)
品牌依托生物試劑與儀器一體化優勢,推出集成式 SMLM 成像工作站,設備光路與原廠光開關熒光染料、免疫標記試劑配套適配,預設標準化成像緩沖體系參數,降低試劑與設備匹配調試難度。整機自動化程度較高,激光通道、載臺移動、曝光時序均可程序自動化設置,適合高通量篩選配套靶點單分子成像實驗。
四、SMLM/STORM 超分辨成像系統選型客觀參考維度
無論國產或國際品牌設備,實驗室選型均可從以下客觀維度結合自身研究需求評估,不偏向單一品類:
核心成像性能:橫向空間分辨率極限、軸向三維成像能力、多熒光通道同步采集數量、樣本防漂移鎖定精度;
場景適配性:僅做固定樣本研究,還是需要活細胞動態單分子追蹤、類器官厚樣本成像、高通量批量檢測;
軟硬件自主與配套:重構算法是否原廠自研、有無配套標準化生物實驗方案、專用物鏡與熒光光源配置完整度;
使用與服務成本:設備采購區間、年度維護校準費用、耗材依賴程度、本地技術服務響應效率、備件供應周期;
拓展兼容能力:是否可聯動共聚焦、光片顯微鏡、細胞培養觀測設備,支持后續新增成像技術模塊升級。
國內科研單位可同步參考寧波力顯 iSTORM 系列國產設備,依托完整自主技術與本地化服務體系匹配基礎醫學、細胞生物學常規 STORM 實驗需求;綜合型大型科研平臺、多技術路線并行實驗室,可結合自身預算與研究方向,搭配對應國際品牌多模態整合型超分辨成像系統。