近日，美國專利商標局（USPTO）正式授予由中國科學(xué)院生物物理研究所持有的發(fā)明專利 US 12,723,984 B2。該專利保護的是生物成像中心團隊自主研發(fā)的 ELI-TriScope 三束共焦精準減薄系統(tǒng)的核心技術(shù)——在冷凍聚焦離子束（cryo-FIB）加工樣品的同時，以倒置熒光系統(tǒng)對目標結(jié)構(gòu)進行熒光強度實時監(jiān)測，實現(xiàn)電子束、光束、離子束"三束共焦"，為原位結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究裝上了"透視導(dǎo)航"。

1. 專利檔案 PATENT PROFILE

★ 美國發(fā)明專利（United States Patent）

專利號US 12,723,984 B2

專利名稱 Real-time Fluorescence Monitoring System for Cryo-Focused Ion Beam Milling Device and Method

（冷凍聚焦離子束減薄實時熒光監(jiān)測系統(tǒng)、裝置及方法）

專利權(quán)人 中國科學(xué)院生物物理研究所 Institute of Biophysics, CAS

授權(quán)公告日2026 年 9 月 1 日

PCT 申請PCT/CN2022/087612

中國優(yōu)先權(quán)2021 年 8 月 11 日

美國專利商標局頒發(fā)的發(fā)明專利證書

2. 研究背景 THE BOTTLENECK

冷凍電子斷層成像（cryo-ET）能夠在近生理狀態(tài)的冷凍細胞中，直接觀察生物大分子機器的原位高分辨率結(jié)構(gòu)，是當下原位結(jié)構(gòu)生物學(xué)的核心手段。然而，透射電鏡的電子束只能穿透幾十到幾百納米厚的樣品，數(shù)微米厚的細胞必須先被減薄成約 200 納米的冷凍含水切片（lamella）才能成像。冷凍聚焦離子束（cryo-FIB）用聚焦至數(shù)納米的高能離子束"削"出平整薄片，是目前最主流的高質(zhì)量制樣技術(shù)。但難題隨之而來：電鏡只能看到樣品表面，看不到藏在細胞內(nèi)部、豐度往往很低的目標結(jié)構(gòu)——隨機減薄極易把目標"削丟"，實驗成功率很低。如何讓離子束"指哪打哪"，長期困擾著整個領(lǐng)域。

3. 我們的方案：三束共焦，實時導(dǎo)航 THE INNOVATION

生物成像中心技術(shù)團隊將一套倒置熒光成像系統(tǒng)從真空腔底部嵌入雙束掃描電鏡，置于冷凍樣品的正下方：激光激發(fā)樣品中的熒光標記物，熒光信號經(jīng)物鏡、反射鏡原路返回并成像；上方是斜置交匯的電子束與離子束系統(tǒng)。由此，電子束（E）、光束（L）、離子束（I）被精確聚焦到樣品臺的同一點。離子束加工全程無需停機、樣品無需移動：熒光成像系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測熒光圖像與信號強度的實時變化，精準判斷"哪里已被削掉、目標還在不在"，動態(tài)引導(dǎo)離子束的下一步加工位置，直至獲得保留目標結(jié)構(gòu)的 200 納米薄片。

ELI-TriScope 系統(tǒng)

整套裝置還集成了真空法蘭密封光路、物鏡/反射鏡多維精密調(diào)節(jié)臺、冷凍樣品傳輸系統(tǒng)與角度調(diào)節(jié)機構(gòu)等關(guān)鍵設(shè)計：冷凍樣品可經(jīng)預(yù)抽真空通道快速、無污染地送入腔內(nèi)，并在電子束成像位與離子束加工位（與離子束呈 10°–20° 夾角）之間自動切換。真空室門可適配改造不同型號的雙束掃描電鏡，具有很強的通用性。

4. 技術(shù)優(yōu)勢 KEY ADVANTAGES

5. 從專利到成果：看見細胞里的"納米機器" FROM PATENT TO DISCOVERY

依托該專利技術(shù)形成的 ELI-TriScope 系統(tǒng)（內(nèi)置 cryo-STAR 同步監(jiān)測光學(xué)系統(tǒng)），能夠精確、高效地制備包含目標結(jié)構(gòu)的冷凍含水切片。團隊利用它開展了人源中心體結(jié)構(gòu)研究，配合 cryo-ET 分析，發(fā)現(xiàn)了人源中心粒新的原位結(jié)構(gòu)特征，并應(yīng)用于細胞器互作位點等細胞超微結(jié)構(gòu)研究。相關(guān)成果于 2023 年 1 月發(fā)表于國際權(quán)威方法學(xué)期刊 Nature Methods。

生物物理所生物成像中心 ELI-TriScope 光電關(guān)聯(lián)成像系統(tǒng)現(xiàn)已面向國內(nèi)外科研工作者開放技術(shù)共享服務(wù)。

該設(shè)備入選 2024 年度《中國科學(xué)院自主研制科學(xué)儀器》產(chǎn)品名錄。現(xiàn)由國科科儀（北京）高端科學(xué)儀器技術(shù)創(chuàng)新研究院有限公司推動完成該成果工程化開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作，2025 年產(chǎn)品樣機落戶南方科技大學(xué)開展試用。

附錄：ELI-TriScope 光電關(guān)聯(lián)系統(tǒng)相關(guān)論文

1.     2'3'-cGAMP-induced membrane shearing promotes broad antiphage immunity. Cell, 2026

2.     Rising Stars: From the Development of Cryo-Electron Tomography to In Situ Structural Biology Research. J Mol Biol, 2026

3.     Oncogenic RAS Induces a Distinctive Form of Non-Canonical Autophagy Mediated by the P38-ULK1-PI4KB Axis. Cell Res, 2025

4.     HOPE-SIM, a cryo-structured illumination fluorescence microscopy system for accurately targeted cryo-electron tomography. Commun Biol, 2023

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