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百年创造—我们生命科学成像系统的故事

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最初的奥林巴斯东京公司标识

一百年前,东京商人山下长(Takeshi Yamashita)梦想创立一家有能力设计和生产完全由日本制造的显微镜的企业,让显微镜不用再依赖进口。

1919年10月12日成立的奥林巴斯公司正是源自于他对创立这样一家企业的渴望。我们公司最初名称为高千穗制作所,在成立之初即专门从事温度计和显微镜业务。奥林巴斯公司创立六个月后,山下和他的工程师们以“旭号”显微镜让他最初的目标得以实现。

在关东大地震和第二次世界大战的三十年乱世中,山下带领奥林巴斯不断创造出屡获殊荣的显微镜,推进生命科学研究和实践。第二次世界大战结束后,业务开始蓬勃发展,我们也成为恢复战后工厂运营并迈向现代化的首批企业之一。

尽管奥林巴斯百年历史拥有诸多创新丰碑,但我们使命的驱动力始终是山下长(Takeshi Yamashita)最初的愿景,即“创造真正原创的产品,并为社会带来价值”。

奥林巴斯的首款产品,“旭号”显微镜

1920年推出的“旭号”显微镜是我们的第一款产品

光学创新的百年

1950年,奥林巴斯取得突破性进展-我们利用不断增加的光学专业知识开发出可供临床使用的胃内照相机,让医生能够仅用采用微创技术即可观察患者胃内部情况。

20世纪60年代,我们凭借在医疗设备、民用相机和工业设备方面的创新,成为业内光学解决方案的杰出制造商之一。长期以来,我们始终致力于提高产品的易用性和功能性,并着眼于客户的需求。20世纪70年代,为了满足显微镜行业不断发展的需求,我们针对包括研究、临床实验室和教育在内的特定应用开发出三个系列的正置显微镜。

20世纪70年代的正置显微镜

20世纪70年代推出的正置显微镜系列(从左至右):AH系列(1972年),BH系列(1974年)和CH系列(1976年)

并为该系列的旗舰产品VANOX AH显微镜专门设计了主机身。该主机身成为后续型号的基础。只需更改不同型号的组件即可满足各种应用需求。这一机身设计标志着我们开始向针对各种应用定制组件的模块化显微镜迈进。如今,我们仍然在制造模块化显微镜,从而让客户能够实现对其系统的充分利用。

我们最初的模块化显微镜具备出色的灵活性和易用性,可以满足客户不断变化的需求。例如,多功能BH显微镜让用户能够通过切换显微镜顶部组件或物镜改变观察方法。可选观察方法包括偏光、相衬、微分干涉和简单的透射荧光显微成像。

专为多功能性而设计的模块化CH系列可实现简单的偏光、绘图或落射照明(冶金)显微成像,让这些产品特别适合生物学研究、临床实验室和工业应用。

不断推进以客户为中心理念的百年

20世纪80年代,奥林巴斯将自动对焦(AF)功能整合到我们的高性能显微镜中。在当时,自动对焦功能是一项先进技术。电动组件让物体聚焦这一耗时过程得到简化。由于用户能够快速实现对样品的清晰聚焦从而可以专注进行观察,自动对焦成为显微镜可用性方面的一大飞跃。

可配置显微镜系统也在这十年问世。这些多功能显微镜可提供用于明场、偏光、荧光和相衬显微成像的长颈(LB)物镜(1X–100X油浸)。该功能为获得较大尺寸样本(如胚胎或电路)可视化3D结构的高级体视显微镜铺平道路。

技术发展的百年

20世纪80年代和90年代迎来一波技术革新浪潮。荧光蛋白标记技术的进步最终推动了绿色荧光蛋白(GFP)在活细胞成像中的应用,刺激了产品的开发。GFP可以展示从前无法观察的活细胞内部动态过程。这意味着生命科学研究人员需要具有更高灵敏度和更低光毒性的观察技术。我们推出的新型共聚焦显微镜、活细胞成像(LCI)系统和其他空间成像解决方案满足了这一需求。

搭配计算机的FLUOVIEW™300/500共聚焦激光扫描显微镜

作为计算机时代的采集系统,FLUOVIEW 300/500共聚焦激光扫描显微镜能够产生2048×2048像素的图像

20世纪90年代初,我们开发出第一台商用共聚焦显微镜:LSM-GB正置显微镜和LSM-GI倒置显微镜。生物学家可以使用共聚焦显微镜观察有机结构和分子的空间分布。这让他们能够确定细胞内是否存在目标有机体。快速光学扫描、暗光检测、光子计数和采用高精度多层镀膜技术的光学玻璃滤光片等技术强化了我们显微镜的功能。

在这十年间,奥林巴斯推出了两款出色的生命科学系列产品:FLUOVIEW显微镜系列和DP显微镜专用数码相机系列。FLUOVIEW激光扫描共聚焦显微镜利用激光激发并扫描产生3D图像。DP系列显微镜数码相机可以捕捉图像并将其保存在数字介质上,让数据保存和共享更加方便。这些系列产品成为我们推出满足先进生命科学研究需求解决方案的基石。

在此期间,数字技术蓬勃发展。随着计算机革命如火如荼,微处理器、CPU、GPU和数字存储推动的自动化让许多行业的产品开发获益匪浅。

高品质图像的百年

为了延续对高品质图像的执着,我们在90年代初开发并推出一系列通用无限远系统(UIS)物镜。这些经过无限远校正的物镜让用户能够在光路上插入多个光学组件,从而大大扩展显微镜的功能。比如说,您可以在不影响图像质量的情况下添加检偏器或DIC棱镜实现偏光功能。或者,您还可以通过添加落射照明器和荧光镜组将其改造为荧光显微镜。

UIS光学器件不仅显著提高了观察图像的质量,而且还让物镜普遍适用于我们的所有显微镜产品。

大约在十年之后,新一代UIS2系列物镜发布问世。至今仍然得到广泛使用的UIS2物镜能够提供清晰的高分辨率图像,并具有低自发荧光性以及更长波长的透过性能。目镜具有更高透明度,并由无铅玻璃制成,因此更加环保。

21世纪初,双激光同步扫描FLUOVIEW型产品问世。一个激光用于成像,另一个激光用于刺激,双激光进行同步扫描,不但提高了灵敏度,还实现了实时荧光成像。这项创新技术让研究人员能够对生物现象进行实时观察。

三年之后,我们推出的第一台多光子激光扫描显微镜更进一步让这种观察如虎添翼。由于多光子激光扫描仅激发荧光分子的光学聚焦部位,因此这款显微镜具有更低的背景噪声。与早期型号相比,神经科学研究人员可以利用显微镜对脑部进行更深层观察。

以用户为导向精湛设计的百年

甚至在人体工程学成为产品设计的基本原则之前,我们就一直在寻求让显微镜的使用更为舒适。长时间在实验室筛选标本的病理学家和细胞学家推动了低位置显微镜和倾斜式双目镜的问世。这些功能可以让研究人员工作时将手臂放在桌子上,而倾斜式的目镜可让头部保持更舒适的姿态。

同样在21世纪前十年,病理学家和研究人员获得能够利用我们的全玻片成像(WSI)扫描系统对整个载玻片进行数字化的另一工具。载玻片图像的数字化让病理学家和癌症研究人员可以与同事对数据进行远程共享和讨论以及定量分析,从而获得更精确的病理学认知。研究人员和病理学家还可随时查看数字载玻片数据,不会由于缺乏存储患者载玻片的物理空间而受到影响。

自2010年以来,可以说我们始终在致力于显微镜的设计和功能。我们开发出一种具有高亮度、逼真色彩以及50,000小时使用寿命的LED光源,让研究人员不但可以节省资金,还可以缩短停用时间。

BX46显微镜则体现了我们对用户舒适度的承诺。操作所涉及的每个组件均按人体工程学进行设计。可移动的物镜转盘和超低位置载物台等创新功能有助于缓解反复性常规显微观察对于身体素质的要求。2017年推出用于临床病理的BX53显微镜具有光强管理功能,可以随物镜倍率同步调制亮度。这是实现更舒适、更省时显微镜观察的另一种方式。

奥林巴斯BX45显微镜

专门针对用户舒适性设计的奥林巴斯BX45显微镜具有新颖的Y形机身

其他值得一提的创新包括:

  • 一种用于倒置显微镜的可多模块更换系统,其可容纳更多种类的样品并适用于更宽范围的生命科学应用。
  • 推出具有两种模式的cellSens图像分析软件:适用于临床用途的简单直观界面模式以及适用于高端研究图像分析的高级参数界面模式。

荣誉服务科学界的百年

过去十年中,技术进步显著提高了实验室成像的速度和质量。对于研究人员而言,具备更高量子效率和超分辨率显微观察的科研级CMOS(sCMOS)图像传感器具有极大的优势。由于基于分子和基因的诊断缩短了用时,临床领域的实验室诊断周期越来越短。

显微镜图像采集

上:采用抗体放大的Purkinje细胞Brainbow AAV转染图像。FV3000显微镜采集的Purkinje细胞体、树突和轴突以及颗粒细胞的一些非特异性染色。左下:奥林巴斯IXplore Spin系统采集的DAPI(核)染色的HT-29细胞的透明化微球。右下:DP74数码显微镜相机采集的Azan染色图像。

在20世纪前十年的后期,现代科学家需要新的显微镜功能进行先进科学观察和研究。比如,需要通过更快的成像观察发生速度更快的现象。其他需求如通过弱光成像观察较弱信号,观察更多精细样本以及对活细胞进行更深入观察的需要。科学家还需要更精确的光谱分辨率实现对多种基因和蛋白质的可视化,以便发现生物现象的完整通路。

为满足这些需求,我们于2016年推出了FLUOVIEW FV3000激光扫描共聚焦显微镜。FV3000系列采用高质量光学器件,并具有从宏观到微观、高灵敏度、高速多通道成像功能以及基于工作流的直观用户界面。该显微镜镜架采用模块化设计,可以灵活适应各种应用和预算。科学家可以选择简单的最低配置乃至全面定制的高级成像功能。

奥林巴斯IXplore显微镜系统

可提供多种配置的IXplore系列是基于解决方案的系统

一年后,奥林巴斯推出了IXplore系统。为了让研究人员能够选择最适合其观察需求的系统,六种IXplore配置可供选用:适用于简单记录的标准型以及适用于电动多维观察、活细胞成像、全内反射荧光(TIRF)、转盘共聚焦和超分辨率的五款专业型。

利用超高分辨率超越光学极限已经成为显微技术新的突破。IXplore SpinSR10显微镜系统采用了奥林巴斯超分辨率技术(OSR)。该系统可提供宽场荧光、共聚焦成像和超分辨率模式。这些功能可以让研究人员更快、更轻松地对标本进行深层观察。

在过去一个世纪中,奥林巴斯技术以其更高的分辨率以及更快的操作让各种应用获益。这些创新帮助推动科学研究的方式和方法实现彻底改变。我们的研究人员将继续致力于为临床和研究实验室开发和创新成像系统。我们始终不断寻找更快、功能更强大,乃至更符合人体工学的解决方案。这种精神在全新的X Line物镜上得到体现,由于采用创新制造工艺,X Line物镜同时兼具高数值孔径、图像平场性和色差校正特点,能够获得出色的图像质量。

创始人山下长(Takeshi Yamashita)的创新精神在我们的工作中始终得到贯彻,并且也在推出改变周围世界并为人类更美好社会做出贡献的智能创新解决方案的“True to Life”承诺中得到体现。

欢迎订阅“探索博客”,随时了解我们未来的创新成果。

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奥林巴斯显微镜博物馆

显微镜资源中心

高级产品和策略规划师和产品经理

Takeo Ogama是美洲奥林巴斯公司的高级产品和战略规划师,也是显微镜相机的产品经理。他在相机等各种产品的研发部门拥有八年的工作经验,并且在产品规划、营销和管理方面也拥有八年的经验。他拥有日本大阪大学中微子物理学硕士学位。

2019年10月22日
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