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走进牛津仪器ANDOR:普通相机到科学相机,为“弱光成像”点亮科技之光

 1989年,ANDOR在贝尔法斯特女王大学创立,总部设立在北爱尔兰的贝尔法斯特, 致力于为学术、工业和政府机构客户提供专业的光学探测解决方案和优质服务。

上世纪八十年代,在贝尔法斯特女王大学物理系,ANDOR创始人Donal Denvir在研究工作时发现当时应用的相机不能满足他们的实验需求,因此开发研制了一台全真空密封的相机供自己使用,新研制的相机成功应用于各种成像和光谱研究。此后,女王大学的其他研究团队和众多其他高校研究人员也对此类相机产生了科研需求。此背景下,1989年,ANDOR在贝尔法斯特女王大学创立,总部设立在北爱尔兰的贝尔法斯特, 致力于为学术、工业和政府机构客户提供专业的光学探测解决方案和优质服务。

创立32年以来,这家从实验室成功转化的企业已取得系列亮眼成绩,如2000年推出EMCCD相机,为单光子探测、多维活细胞显微观察等应用提供了强大而经济的解决方案,在生命科学等领域被广泛应用;2009年,联合推出sCOMS相机,被广泛应用于物理科学、生命科学、材料科学、工业等领域;2015年,ANDOR推出高速共聚焦显微成像系统Dragonfly,并在市场上取得巨大的成功。

2015年,ANDOR加入牛津仪器,引领牛津仪器战略扩展至纳米生物领域。2020-2021两年期间,ANDOR中国实施多项调整措施,发挥出色供应链管理能力,进一步满足国内科研工作者的需求。

如上,ANDOR已经发展成为科学成像、光谱解决方案和显微系统的全球知名品牌。其产品技术应用广泛,涵盖物理科学、生命科学,以及工业等领域。为全面认识ANDOR,BCEIA 2021期间,仪器信息网采访了牛津仪器ANDOR中国区经理朱飞,请其分享了他眼中的ANDOR,及ANDOR在中国市场的本土化发展现状。

访谈现场(右:牛津仪器ANDOR中国区经理朱飞)

从普通相机到科学相机:解决“弱光”、“快速”问题

我们生活中常见的单反相机等普通相机与ANDOR主要产品技术的科学相机原理相同,都是一种利用光学成像原理形成影像并记录影像的设备。但也有许多不同之处,为便于理解,本次的访谈首先从结构功能和解决哪些问题两方面谈了科学相机的“科学”之处。

结构功能方面的两点不同

首先,科学相机的芯片尺寸更大。这意味着可以获得的光子数目更多,更灵敏的探测到光信号,即承载光子的能力越强。如此,在弱光条件下,科学相机相比普通相机,就可以展示其弱光成像的优势。

其次,科学相机整体尺寸也更大,这与其配置更多智能化功能有关。比如,在傍晚使用普通相机拍照时,需要较长时间的曝光量,而科学相机或许只需几个毫秒就可以达到更高的清晰度。这是由于科学相机更高的灵敏度,除了芯片更大,另外基于ANDOR的UltraVac专利技术,将芯片密封于一个真空腔中,与外部环境间的热交换控制在最低水平,得以实现对芯片的深制冷,芯片噪声极大下降,进而大大降低了图像的噪点。

科学相机主要解决的三个科学问题

首先,科学相机解决的最多的是“弱光”成像问题,这是普通相机无法企及的。

其次,科学相机可以解决动态范围大的问题,动态范围即在一个视场下最强信号与最弱信号的比值,比值越大,则包容的信息越多,更容易得到各层次都清晰的图像。比如拍摄火焰,普通相机会过曝,而科学相机则可以通过一定的方法,将火焰的每个层次都拍出来,这对于航天发动机的研究中通过火焰成像反演浓度配比、工艺等都十分重要。

第三,科学相机可以解决“快”的问题,单反相机连拍功能可以每秒连拍几张照片,而科学相机则可以达到成千上万幅的帧速。而快速成像在物理科学、生命科学等领域都有着广泛的应用。

光信号→电信号→数字信号

拓展来讲,所有相机的功能都是一样的,就是把光信号转变成电子信号,然后电子信号再通过数位数模转换,转换成数字信号,所以我们看到的图像都是不同信号强度呈现的结果。

科学相机大部分的探测器范围在200nm-1100nm之间,在这个波长范围内的光,科学相机都可以探测到。如果超出此范围,则可以在相机探测器前加一个材料(如晶体)将光的波长转换成可以探测的范围内,进而便可以用科学相机观测。比如,电镜中成像的相机,由于发射的二次电子等电子波长超出了科学相机的探测范围,因此往往会在探测器前加一个闪烁体,将其转变成科学相机可以探测的波长进而将信号转变成电信号,再通过数位数模转换成数字信号,最终得到电镜图像。

ANDOR业务布局:纵向基于弱光成像,横向围绕多学科交叉

纵向:围绕弱光、快速成像的五大产品线

从产品层面而言,ANDOR希望产品技术契合的是“弱光”、“快速”成像领域。围绕“弱光”、“快速”,ANDOR推出一系列产品技术方案,并广泛应用于物理科学、生命科学等领域。

“弱光”方面,比如EMCCD相机,在物理科学领域可以用于天文观测,通过观测一些恒星微弱的光变,来帮助科学家探寻系外星系。近年来,EMCCD相机在量子光学领域也被大量应用,主要用于冷原子的拍摄,进而探索原子更多纯粹的性能,这些都解决了“弱光”的问题。

“快速”方面,是大多数科学研究领域都需要的技术需求。比如ANDOR于2009年推出的sCOMS相机在生命科学领域,应用于DNA测序、高内涵、高通量药物筛选,这些都需要快速的筛选速度,拍摄每秒上百幅的帧频,以极大提高观测的通量。天文观测时,大气抖动会导致星星闪烁,要消除这一现象,可以采用幸运成像的方式,将曝光时间调至很短,如毫秒级,不断拍摄,然后通过后期软件处理得到更清晰图像。再如,生命科学应用中的钙离子成像,通过电火花信号传导,过程很快,也需要短时间内快速拍摄多幅图像,才能通过图像分析整个动态过程。

围绕“弱光”与“快速”,ANDOR产品主要涵盖五大类。一是科学相机,基于弱光成像,相关型号最为丰富,从灵敏度最高的可以探测到单光子级别的EMCCD,到业内广为使用的sCMOS相机,再到应用于需要长时间曝光的极弱光实验的专用CCD等。产品囊括观测范围小至细胞观察,大至整个宇宙星系观测的科学相机。二是光谱,主要包括光谱仪、紫外-近红外-短波红外光谱相机、光谱附件等。如2019年ANDOR推出智能化光谱仪,利用Adaptive Optics技术,给用户提供了区别于传统光谱仪的智能对焦功能,帮用户简化实验、操作更容易。三是显微成像系统,其中就包括2016年获得R&D 100(国际科技研发领域极为推崇的科技研发奖)的Dragonfly转盘共聚焦成像系统,其扫描速度相比传统点扫描快10倍以上,在市场上被广泛认可,并取得巨大成功。同时,ANDOR收购了Spectra Instrument公司,其Borealis™均匀化照明技术帮助ANDOR在显微成像均匀度方面脱颖而出,从小尺寸的细胞到大尺寸的组织等成像方面都具有明显优势。四是Imaris图像分析软件,在多维图像处理领域,三维、四维图像处理软件的客户主要是生命科学研究者,这些研究者用Imaris进行跟踪分析从而得到想要的结果,且该软件可以和高速共聚焦成像平台联合使用。具体应用包括细胞之间动态化研究、神经免疫学、癌症治疗研究等。五是光学恒温器,该产品系列今年首次纳入ANDOR,来自牛津仪器纳米科学部门。该产品系列主要服务于物理科学,为科学家提供从3k到500k范围的低温环境从事相关研究,比如,拉曼光谱、荧光光谱、太赫兹、傅里叶红外光谱等手段表征时,样品材料需要在低温条件下才能更加显著的吸收信号,而光学恒温器就为这些实验提供合适的低温环境。

横向:多学科交叉发展下的三大应用领域

从产品应用领域而言,当下,物理科学与生命科学在许多场景下结合紧密。时下火热的超分辨成像技术多数便是一群物理学家在开发生命科学领域的应用仪器。如STED成像技术、SIM成像技术、单分子开关技术等,无一例外都利用了物理科学的一些方法。而ANDOR也是物理科学背景起家,基于对产品的理解,为生命科学家们开发出一系列生命科学的仪器。

未来,各学科之间的交叉将会越来越多,科学仪器领域相关交叉表现也十分明显。比如,以往的光谱仪并没有配置显微镜,主要通过拉曼、荧光光谱等检测一些晶体或块状样品。而随着整个研究向微观尺度的发展,拉曼光谱等逐渐开始与电镜、原子力显微镜等联用,以进一步解决纳米尺度的科学问题。从此角度而言,ANDOR也在以仪器为核心,探寻各类仪器之间的契合点,并不断开发或拓展能够满足未来科学发展融合需求的仪器技术或解决方案。基于此,ANDOR主要业务可分为三大应用方向,即生命科学、物理科学,以及工业三大领域。

针对个性需求,设立“客户需求定制部门”

ANDOR科学相机等产品经常可以搭配在其他仪器上使用,ANDOR会有许多对产品设计有个性化需求的客户。针对此,除了要求每一位销售/售后工程师都具备丰富的产品知识、客户应用知识,ANDOR还特别设置了“客户需求定制部门”,为工业合作伙伴的特殊需求提供便利。比如,ANDOR已有的科学相机、光谱商品化产品可能不能符合这些客户需求,相关个性需求包括:个性外壳需求、公司VI喷涂、不同功能模块的选配、光谱范围的定制等,客户需求定制部门则可以与客户进行沟通并尽量满足。而定制化能力也是ANDOR长期专注于工业领域解决方案的一个基础。

ANDOR在中国:科学相机保有量超5000台,加速本土化发展

业绩同比增30%,中国业绩占比20%

牛津仪器在过去20年,具有保持每年20%左右增长的不俗表现,而ANDOR的业绩表现也十分亮眼。据朱飞介绍,ANDOR中国在去年业绩受疫情影响不大,今年更是通过内部的快速调整、人员架构的变动、新品发布等措施,目前业绩已实现相比去年同期30%的增长。

从全球布局来看,ANDOR全球业务按地区分为北美洲、欧洲、亚太,三者基本三分天下,而中国市场业绩占比约近20%,已成为ANDOR最重要的市场之一。ANDOR在中国,除了20余位销售和应用团队的支持,也在2016年成立中国客户服务中心,解决维修等本土化售后问题。同时,为便于更好的售后服务落地,ANDOR中国的售后应用团队规模还在不断壮大。

各兄弟部门之间协同合作,提供更全面解决方案

2015年,ANDOR加入牛津仪器,随之ANDOR在人事、财务、市场推广等方面得到牛津仪器的大力支持。牛津仪器各个业务部门之间定期会有产品技术培训、市场信息、客户关系等方面的沟通交流活动,为客户提供更加专业高效的服务。例如ANDOR和纳米科学部门在量子领域、ANDOR 和 AR部门在生命科学领域等都可以有很多灵活的合作方式。 同时各业务部门之间会定期安排内部分享会,分享产品技术,增进相互了解与合作;分享各自业务,便于为各自覆盖的用户提供更全面的解决方案,帮助业务得到更好的拓延等。典型的案例就是,牛津仪器在锂电领域开展的综合解决方案便融合了纳米分析、原子力显微镜、拉曼光谱等系列相关技术。

ANDOR科学相机中国保有量超5000台!加速中国本土化发展

谈及ANDOR中国客户的印象,朱飞回顾道,自己入行15年有余,见证了中国科学家用户的快速成长,从最初许多的跟随发展,到目前中国科学家在许多领域的领衔发展。尤其是近几年,中国在生命科学、量子科学等领域已经走在世界前列,甚至引领世界向前发展。ANDOR也很荣幸能通过一些仪器技术为这些科学家的研究发展不断助力。

伴随在中国市场的长期耕耘,ANDOR十分重视中国本土化发展。对于中国本土化建设,朱飞表示,第一,要培养本土化的人才。首先是销售,ANDOR的销售不仅可以做产品演示,也可以做产品安装,甚至走出去也是某一个行业的专家,为客户分享ANDOR产品知识及广泛应用。而售后应用工作者则除了了解产品知识,也需要充分学习客户的研究与应用,为客户的需求提供更加合理的解决方案。第二,要保障售后的落地与高效。根据近期的统计,ANDOR在中国市场科学相机的保有量大概超过5000台!如此庞大的基数和时间积累,难免有故障需要维修。如上文提到,ANDOR已经实现本地维修,为客户提供便捷的售后服务,使服务周期由几个月降至一周以内,帮助客户节省时间与金钱成本。第三,通过相关培训,提高ANDOR中国团队的软实力。越来越多的本土化思维与理念,对团队进行系统培训,不仅仅是产品知识,还包括管理能力、演讲能力、英文口语能力、销售技巧等全方位的培训,让团队每一位员工找到自己的价值,ANDOR希望为大家提供一个共同学习进步的平台,为大家创造更多机会,实现个体与公司共同成长。

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