明美显微成像，了解一下！ 如果给你30块预算买个装备开始做考古，你会买什么？你可能和我一样，会选择买一个洛阳铲。如果预算提升到100亿美元，你又会怎么做？反正我会选择上天，不过当然不是我自己上天，而是给国家买个詹姆斯·韦伯同款太空望远镜上天，这玩意能看到135亿年前的过去，看到盘古开天辟地前的宇宙，是不是很厉害？我们今天来聊聊，韦伯望远镜怎么用相机拍的宇宙起源。  01 詹姆斯·韦伯太空望远镜简介 12月25日，詹姆斯·韦伯太空望远镜，在库鲁发射场中心使用阿里安-5大型运载火箭发射升空，预定在一个月后到达部署位置拉格朗日2点（L2），进入调试调整阶段，并于明年6月前结束调整，进入观测运行状态。  韦伯望远镜有很多区别于老前辈哈勃望远镜的点，从外观颜值来说主要两个：  韦伯望远镜最大特征是6.5米宽的"黄金甲"主镜，由18片六角形镀金铍质反射镜组成，面积相当于哈勃的6倍以上，光学性能大幅提升，以前半个月才能拍出来的画面，现在可能只需要7小时。  韦伯望远镜第二大特征是5层菱形的超级“遮阳伞”隔热罩，采用镀硅和镀铝的杜邦聚酰亚胺材质，尺寸接近一个网球场，能遮蔽来自太阳方向的光线，并把光辐射的热量发散到侧面宇宙空间，保障主镜和科学仪器部件可以免受来自太阳的高温炙烤和强光干扰，稳定运行在超低温环境下。 02 看到过去的秘密：红外成像  韦伯望远镜采用了和哈勃望远镜完全不一样的设计思路，哈勃是以可见光成像为主，而韦伯是近红外和中红外成像。两种成像区别可以看上图哈勃望远镜拍的星云，红外成像没有那么丰富的色彩，但有更多的细节。  韦伯望远镜的红外效果会比哈勃更好，因为它运行在远离太阳和地球的L2，并且使用了5层菱形隔热罩，能有效减少太阳、地球带来的红外干扰和热干扰，L2点-200℃以下的超低温度也更适合红外成像仪器工作。  前面说过，韦伯望远镜能看到宇宙的过去，但这里面是什么原理？我们简单说说。 首先，我们的观测是延迟的。因为光传播速度有限，比如观测1个光年外的星球，光从该星球传过来耗了1年，所以实际看到是该星球1年前的景象。 第二，宇宙膨胀会让光线传播发生红移，即光线向光谱的红外段偏移。距离越远，红移量越大，如果要观测130多亿光年外的光，那么早已脱离可见光范围，需要用到近红外和中红外。 综上，韦伯望远镜能看到近红外和中红外，因此有机会观测到135亿年前的宇宙，让我们得以验证宇宙起源大爆炸等理论。 03 让人瞠目结舌的成像设备  为了看清红外，韦伯望远镜采用了相当复杂的多传感复合设计，分为4类模块，包括：NIRCam近红外相机、NIRSpec近红外光谱仪、FGS/NIRISS精细制导传感器/近红外成像无缝隙光谱仪、MIRI中红外仪，合共18个传感，光路结构相当复杂。  跟我们日常显微成像相机比较接近的是NIRCam近红外相机，有2个模块，其外观如上图，每个由4个传感组成，覆盖600-2500nm的光谱范围。一般我们显微观察看近红外用的相机有CCD、InGaAS和sCMOS三种，但近红外相机用的不是上述之一，而是天文常用的碲镉汞HgCdTe传感，其核心优势是技术成熟、光谱覆盖范围广，缺点是需要非常低的工作温度，一般要使用液氮降温。  那么近红外相机的HgCdTe灵敏度有多高呢？灵敏度和QE量子效率正相关，我们来看看量子效率数据：一个截止在1.75um的典型HgCdTe传感，在800-1000nm区间QE只有10-60%之间，不太理想，韦伯望远镜用的HgCdTe来自Teledyne，经过特殊的处理，可以做到800-1750nm全程QE都在80-90%之间，相当厉害。  Teledyne的HgCdTe传感为什么这么强？其中一个原因是其结构更合理更高效，光先到感光层，再到导电层，最后到读取电路。这是不是有点熟悉？没错，这和背照式sCMOS传感是一样的。  背照式结构能有效提升量子效率，传统sCMOS峰值量子效率大概只有72%-82%，而采用背照式sCMOS的明美MSH12-BI，峰值量子效率可以达到惊人的95%，和EMCCD不相上下，并且采用主动制冷，读取噪声低至2.0e-，不仅能应用于CY5、CY7等荧光成像，还能搭配TIRF做单分子成像，适合光激活定位显微技术（PALM）和随机光学重建显微技术（STORM）等超分辨显微成像应用。 MSH12-BI优势特点：1、1.2英寸大靶面科学级sCMOS传感2、超高灵敏度，量子效率可达95%3、主动制冷，读取噪声低至2.0e- rms4、高帧率，420万全分辨率下46fps5、适合搭配TIRF做单分子成像  韦伯望远镜用的HgCdTe传感跟我们一般生物医疗领域的应用还是差得比较远，它看的是“过去”，而背照式sCMOS看的是“现在”，也是“未来”，MSH12-BI可以在远红到近红外光谱范围内取代传统EMCCD和InGaAS，取得理想的成像效果，而对于想兼顾高灵敏度、高信噪比和优秀色彩还原的用户，明美还提供采用背照式sCMOS技术的MSH12-C彩色科学相机，适合科研、工业等应用。 如果您有单分子成像、弱光成像、荧光成像、光谱成像等需求，欢迎咨询我们的MSH12系列科学相机，咨询电话：400-880-1910，期待您的来电！ *本文图片大部分引用自NASA官网nasa.gov  明美--显微成像解决方案  |
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