泽攸科技 | 原位样品杆：给透射电镜装上一双“会动的手”-泽攸科技

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泽攸科技 | 原位样品杆：给透射电镜装上一双“会动的手”

发布时间：

2026-06-01

如果你对透射电子显微镜有些了解，你大概知道，它能把原子级别的微观世界拍得一清二楚。但你可能不知道的是，在很长一段时间里，透射电镜其实只能看“静态”的样品——就像用一台相机给一颗钉子拍证件照，钉子是什么样，照片就是什么样。研究人员想知道这颗钉子被加热、被拉伸、被通电后会发生什么，通常只能通过前后两张照片来推测中间发生了什么。这个过程有点像看一部电影，却只能看到开头和结尾。

近年来，一种叫做“原位样品杆”的技术逐渐改变了这种局面。顾名思义，所谓“样品杆”，就是承载样品进入透射电镜的那根细长的杆子。而“原位”这个词，翻译自英文的in situ，意思是在原本的位置上、真实的条件下。所以，原位样品杆的核心任务，就是在电镜内部给样品施加外界刺激——比如加热、通电、拉伸、冷冻，甚至通入气体或液体——同时用电子束实时记录样品的动态变化。简单说，它让透射电镜从一台静态的“超高清照相机”，变成了一台能拍“微观纪录片”的摄像机。

原位样品杆在实际科研中能做些什么呢？我们可以举几个例子来理解。比如，在材料科学领域，当一根金属纳米线被拉伸时，内部到底是哪些原子发生了错位？裂纹最初又是从哪里长出来的？如果只是拉伸前拍一张，拉断后拍一张，中间所有细节都是黑箱。而原位拉伸样品杆可以在电镜里一边慢慢拉一边录视频，研究人员能亲眼看到位错如何运动、裂纹如何萌生和扩展。又比如，电池研究者在开发新型电极材料时，最关心的问题之一是充放电过程中材料会不会膨胀或开裂。传统方法只能拆开电池去看最终的状态，但原位电学样品杆可以直接在电镜内搭建一个微型电池，实时观察锂离子嵌入过程中材料的体积变化和结构演化。

当然，原位样品杆的能力远不止于此。除了力学和电学加载，加热功能同样重要。借助微型加热芯片，研究人员可以在电镜内将样品加热到几百甚至上千摄氏度，同时观察材料在高温下的相变、晶粒长大或者催化反应。而在低温领域，则可以通过液氮制冷的冷冻样品杆，在零下一百多摄氏度的环境中对易受损的生物样品或敏感材料进行保护性观察。值得一提的是，近年来的研究还进一步发展出了液体样品杆和气体样品杆，可以在电镜内模拟催化反应或电化学反应的真实环境，直接看到催化剂表面在反应过程中的形貌变化。

从科学研究的角度来看，这些技术的价值不仅在于“看得见”，更在于“看得准”。中国本土的企业泽攸科技也在原位样品杆这个方向上有长期积累，其PicoFemto系列产品涵盖了探针、拉伸、加热、冷冻、三维重构等多种功能类型，并且在国内外多个研究团队的高水平论文中提供了硬件支持。比如在钠离子电池、钾离子电池、忆阻器、二维材料力学测量等研究领域，都能找到这些设备的应用案例。不过需要指出的是，一件仪器在科研中的价值，最终取决于研究问题本身的深度和实验设计的严谨性，再精密的设备也只是服务于科学目标的工具。

目前原位样品杆技术的发展仍然面临一些客观限制。例如在样品杆狭小的空间内集成多个外场加载模块，会不可避免地增加结构复杂度，对电镜内部的真空度和成像稳定性提出更高要求。同时在实验过程中，电子束本身也可能对样品产生辐照损伤，如何区分观察到的现象是来自外界刺激还是电子束效应，一直是研究人员需要谨慎对待的问题。此外不同电镜机型的接口标准存在差异，样品杆的通用性也是实际推广中需要持续优化的方向。

未来原位样品杆的技术趋势可能会朝着“多场耦合”和“更高时空分辨率”两个方向继续前进。所谓多场耦合，就是在一根样品杆上同时集成热、电、力、光、气氛等多种功能，让科研人员能更真实地模拟材料在复杂工况下的服役环境。而在分辨率方面，随着像差校正电镜以及超快电子显微技术的成熟，原位实验有望实现皮米级空间分辨率和皮秒级时间分辨率的同步观测。这些进步，将帮助人类更深入地理解材料在真实条件下的动态行为，也为新材料的理性设计提供更加可靠的依据。

或许我们可以这样形容原位样品杆的角色：它不是在改变透射电镜本身，而是在拓展透射电镜的边界，让它从一台“观察工具”真正转变为一个“实验平台”。而在这个平台上，每一个微观的动态过程，都有可能成为新的科学发现。