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光学显微镜(英文Optical Microscope,简写OM)是利用光学原理,把人眼所不能分辨的微小物体放大成像,以供人们提取微细结构信息的光学仪器。目前,光学显微镜有多种分类方法:①按使用目镜的数目,分为三目显微镜、双目显微镜、单目显微镜;②按图像是否有立体感,分为立体视觉显微镜和非立体视觉显微镜;③按观察对像,分为生物显微镜、金相显微镜、体视显微镜;④按光学原理,分为偏光显微镜、相衬显微镜、微差干涉对比显微镜等;⑤按光源类型,分为普通光显微镜、荧光显微镜、紫外光显微镜、红外光显微镜、激光显微镜等;⑥按接收器类型,分为目视显微镜、数码(摄像)显微镜等;⑦按成像原理,分为几何光学显微镜、物理光学显微镜、信息转换显微镜等。主要应用领域:目前,光学显微镜的应用范围比较广泛,主要包括国防科技、科学研究、环境保护、农业发展、工业现代化、文化教育、医疗卫生等领域。其细分应用领域包括:
①光学显微镜是科学研究必不可少且应用广泛的仪器设备,在高校、科研院所、工厂、国防等领域的科研机构都有它们的身影。
②光学显微镜是医疗卫生领域常用的检测设备,在中国几乎所有的医院、防疫站、卫生所以及医疗院校都离不开光学显微镜。光学显微镜可以供医疗卫生单位用于微生物、细胞、细菌、组织培养、悬浮体、沉淀物等的观察,在维护广大人民群众的身体健康、疾病检查等方面的作用巨大。
③光学显微镜在工业生产中也是常用的检测设备,广泛地应用于电子、化工等领域。它还可以观察不透明的物质和透明的物质,如金属、陶瓷、集成电路、电子芯片、印刷电路板、液晶板、薄膜、粉末、碳粉、线材、纤维、镀涂层等。同时它也是材料学、金相学、岩石鉴定等领域必不可少的检测仪器。
④光学显微镜已经成为现代国防建设技术装备的重要组成部分。在国防科学领域许多新型材料的研制、新产品的开发、新技术的验证、新成果的鉴定都离不开光学显微镜。
⑤光学显微镜在环保、生命科学、畜牧、植物保护、刑侦、司法鉴定等方面,作为重要的检测手段和保障技术被普遍采用。
(2)常用光学显微镜及应用领域:常用的光学显微镜主要有生物显微镜、体视显微镜、金相显微镜、偏光显微镜、荧光显微镜、相衬显微镜、倒置显微镜、电视显微镜和电荷耦合器显微镜、扫描显微镜等。
①生物显微镜:生物显微镜放大倍数一般在40X-2000X之间,光源为透射光。生物显微镜供医疗卫生单位、高等院校、研究所用于微生物、细胞、细菌、组织培养、悬浮体、沉淀物等的观察,同时可以观察其他透明或者半透明物体以及粉末、细小颗粒等物体。在细胞学、寄生虫学、肿瘤学、免疫学、遗传工程学、工业微生物学、植物学等领域中应用广泛,是食品厂、饮用水厂办QS、HACCP认证的必备检验设备,同时也是医院里常规检查的必备检验设备。
②体视显微镜:又称"实体显微镜"或"解剖镜",是一种具有正像立体感的目视仪器。体视显微镜放大倍数在7X-45X左右,也可以放大到90X、180X、225X。在生物学、医学领域广泛用于切片操作和显微外科手术;在工业中用于微小零件和集成电路的观测、装配、检查等工作。
③金相显微镜:电脑型金相显微镜或是数码金相显微镜是将光学显微镜技术、光电转换技术、计算机图像处理技术完美地结合在一起而开发研制成的高科技产品,可以在计算机上很方便地观察金相图像,从而对金相图谱进行分析,评级等以及对图片进行输出、打印。
中金企信国际咨询公布《2020-2026年中国光学显微镜行业市场分析及投资前景研究预测报告》
金相显微镜电子目镜适用于任何标准的生物、体视、金相显微镜的拍摄,可以广泛的应用于医疗卫生机构、实验室、研究所、高等学校做生物学、病理学、细菌学观察、教学和研究、临床实验和常规医疗检验;工厂、实验室对材料的分析和鉴定。
④偏光显微镜:偏光显微镜(Polarizing microscope)是用于研究所谓透明与不透明各向异性材料的一种显微镜,在地质学等理工科专业中有重要应用。凡具有双折射的物质,在偏光显微镜下就能分辨的清楚,当然这些物质也可用染色法来进行观察,但有些则不可用,而必须利用偏光显微镜。反射偏光显微镜是利用光的偏振特性对具有双折射性物质进行研究鉴定的必备仪器, 可供广大用户做单偏光观察,正交偏光观察,锥光观察。
偏光显微镜是研究晶体光学性质的重要仪器,同时又是其他晶体光学研究法(油浸法、弗氏台法等)的基础。目前主要应用于生物、各种生物和非生物材料鉴定、医学分析等领域,同时,偏光显微镜还用于对各种矿物及结晶体的偏光检测,被广泛应用于石油、采矿及半导体行业。LED照明及专用滤镜更是能够在质量控制及工业分析中进行应用。
⑤荧光显微镜:荧光显微镜(Fluorescence microscope):荧光显微镜是以紫外线为光源, 用以照射被检物体, 使之发出荧光, 然后在显微镜下观察物体的形状及其所在位置。
荧光显微镜用于研究细胞内物质的吸收、运输、化学物质的分布及定位等。 细胞中有些物质,如叶绿素等,受紫外线照射后可发荧光;另有一些物质本身虽不能发荧光,但如果用荧光染料或荧光抗体染色后,经紫外线照射亦可发荧光,荧光显微镜就是对这类物质进行定性和定量研究的工具之一。
⑥相衬显微镜:相差显微镜是荷兰科学家Zernike于1935年发明的,用于观察未染色标本的显微镜。活细胞和未染色的生物标本,因细胞各部细微结构的折射率和厚度的不同,光波通过时,波长和振幅并不发生变化,仅相位发生变化(x相位差),这种相位差人眼无法观察。
而相差显微镜通过改变这种相位差,并利用光的衍射和干涉现象,把相差变为振幅差来观察活细胞和未染色的标本。相差显微镜和普通显微镜的区别是:用环状光阑代替可变光阑, 用带相板的物镜代替普通物镜,并带有一个合轴用的望远镜。
⑦倒置显微镜:倒置显微镜inverted microscope组成和普通显微镜一样,只不过物镜与照明系统颠倒,前者在载物台之下,后者在载物台之上,用于观察培养的活细胞,具有相差物镜。
倒置显微镜供医疗卫生单位、高等院校、研究所用于微生物、细胞、细菌、组织培养、悬浮体、沉淀物等的观察,可连续观察细胞、细菌等在培养液中繁殖分裂的过程,并可将此过程中的任一形态拍摄下来。在细胞学、寄生虫学、肿瘤学、免疫学、遗传工程学、工业微生物学、植物学等领域中应用广泛。
⑧电视显微镜和电荷耦合器显微镜是以电视摄像靶或电荷耦合器作为接收元件的显微镜。在显微镜的实像面处装入电视摄像靶或电荷耦合器取代人眼作为接收器,通过这些光电器件把光学图像转换成电信号的图像,然后对之进行尺寸检测、颗粒计数等工作。这类显微镜的可以与计算机联用,这便于实现检测和信息处理的自动化,多应用于需要进行大量繁琐检测工作的场合。
⑨扫描显微镜是成像光束能相对于物面作扫描运动的显微镜 。在扫描显微镜中依靠缩小视场来保证物镜达到最高的分辨率,同时用光学或机械扫描的方法,使成像光束相对于物面在较大视场范围内进行扫描,并用信息处理技术来获得合成的大面积图像信息。这类显微镜适用于需要高分辨率的大视场图像的观测。
根据中金企信国际咨询研究资料:2018年中国光学显微镜市场应用规模较上年增长25.16%。2019 年,中国经济形势继续延续 2017-2018年总体平稳、稳中向好的态势。随着“网络强国”和“互联网+”等国家战略部署的大力驱动,《网络安全法》、《云计算发展三年行动计划(2017-2019)》、《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》、《新一代人工智能发展规划》、《信息基础设施重大工程建设三年行动方案》、《信息通信行业发展规划(2016-2020年)》等行动计划相继出台,中国光学仪器行业网络化建设将不断升级、转型和成熟,将促使中国光学仪器现代化、显微镜产品智能化建设将实现跨越式发展。新型高分辨率、自动化、智能化、网络化光学显微镜作为我国光学仪器产业重点发展的领域,也将得以长足发展。
党的十九大报告首次将“数字经济”纳入关键词,并强调要提高实体经济发展水平,应加快建设制造强国,加快发展先进制造业,推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合,促进传统产业优化升级,加快发展现代服务业。因此,云计算、大数据、物联网和人工智能等新一代信息技术及应用成为产业布局重点,通过夯实网络基础、打造平台体系、提升产品与解决方案供给能力、促进融合应用、强化安全保障等具体方式,助力传统产业数字化、网络化、智能化转型,构建数字经济和传统经济统一体系,我国光学仪器产业及光学显微镜制造行业迎来了重要的发展机遇。
同时,《中国制造2025》指出,加快发展智能制造装备和产品,突破新型传感器、智能测量仪表(包括光学显微镜)、工业控制系统等智能核心装置,推进工程化和产业化。进入“十三五”以来,在《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《国家中长期科学与技术发展规划纲要2006-2020年》、《“十三五”国家科技创新规划》、《“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划》、《增强制造业核心竞争力3年行动计划(2018-2020年)》、《国务院关于印发“十三五”国家科技创新规划的通知》、《“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划》、《仪器仪表行业十三五发展规划建议》等规划的实施下,中国将引导和扶持精密检测仪器、光学仪器以及光学显微镜等制造行业的发展,并着力弥补过去产业存在的一些“短板”。由此可见,随着我国光学显微镜应用规模的不断扩大,其产品逐渐受到国家政府部门的重视,其行业相关政策体制、法律法规将逐渐出台并完善。
此外“一带一路”战略实施:将推动中国光学显微镜产业与东亚的蒙古、东盟10国、西亚18国、中亚5国、独联体7、中东欧16国、南亚8国等65个国家的对外出口和投资道路的拓展,促进国内光学显微镜行业进入新的景气周期,进而实现光学显微镜产品从生产、销售、物流一体化运营,提高相关企业及下游企业国际竞争力。
(2)面临的挑战:
①经济方面:2018-2019年全球经济增速放缓,中国宏观经济形势虽总体发展平稳,依然处在调整的关键时期,且此过程还将长时延续。同时,美贸易摩擦加大全球经济系统性风险,美国公司订单情况明显少于同期;国内经济结构调整深入推进,新旧动能转换效率较低,面临的问题和矛盾将会更加突出,经济下行压力较大。
此外,在国家侧改革政策的继续推进下,光学显微镜行业“去产能、去库存、去杠杆、降成本、补短板”压力依旧很大。且金融市场波动加剧、人民币的骤然升值,让国内光学显微镜出口型企业面临前所未有的压力。
最后,随着我国生产成本不断上涨,东南亚国家成本优势逐渐显露,中国光学显微镜制造业正面临着发达国家“高端回流”和发展中国家“中低端分流”的双向挤压,国内部分外资如日系、美系的客户将陆续撤出中国大陆,拟在东南亚建厂。严重影响了国内光学显微镜产品的消费。
②产业方面:当前,中国宏观经济环境逐步改善,人民生活水平提高,消费理念不断提升,对光学显微镜产品的需求标准不断提高,这将促使中小型企业产品从中低端向中高端转变,其研发投入、产品自我创新、高端人才引进压力增加。
此外,我国光学显微镜生产的关键设备和技术长期以来依赖进口,国内企业在核心技术方面与国外尚有一定差距。而随着国外先进技术外溢效应减弱,以及下游领域对光学显微镜产品技术标准要求的快速提高,国内企业正面临新产品新技术快速升级、开发周期短、标准要求更高的挑战。
与此同时,受国家侧改革“转方式、调结构、去产能”产业政策的影响以及节能减排、环境保护、生态安全等政策趋紧的压力,国内光学显微镜产业也开始由投资刺激、产能扩张的发展方式,转向在产能平稳增长的同时更加注重科技、环保、质量、效益的新常态。在下游需求标准的不断提升下,国内光学显微镜行业将主要面临:产业升级、产品升级、生产技术升级等方面的挑战。
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