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

1. 專利檔案 PATENT PROFILE

★ 美國發明專利（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測系統、裝置及方法）

專利權人 中國科學院生物物理研究所 Institute of Biophysics, CAS

授權公告日2026 年 9 月 1 日

PCT 申請PCT/CN2022/087612

中國優先權2021 年 8 月 11 日

美國專利商標局頒發的發明專利證書

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構，是當下原位結構生物學的核心手段。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）用聚焦至數納米的高能離子束"削"出平整薄片，是目前最主流的高質量制樣技術。但難題隨之而來：電鏡只能看到樣品表面，看不到藏在細胞內部、豐度往往很低的目標結構——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"，長期困擾著整個領域。

3. 我們的方案：三束共焦，實時導航 THE INNOVATION

生物成像中心技術團隊將一套倒置熒光成像系統從真空腔底部嵌入雙束掃描電鏡，置于冷凍樣品的正下方：激光激發樣品中的熒光標記物，熒光信號經物鏡、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。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：熒光成像系統持續監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"，動態引導離子束的下一步加工位置，直至獲得保留目標結構的 200 納米薄片。

ELI-TriScope 系統

整套裝置還集成了真空法蘭密封光路、物鏡/反射鏡多維精密調節臺、冷凍樣品傳輸系統與角度調節機構等關鍵設計：冷凍樣品可經預抽真空通道快速、無污染地送入腔內，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. 技術優勢 KEY ADVANTAGES

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

依托該專利技術形成的 ELI-TriScope 系統（內置 cryo-STAR 同步監測光學系統），能夠精確、高效地制備包含目標結構的冷凍含水切片。團隊利用它開展了人源中心體結構研究，配合 cryo-ET 分析，發現了人源中心粒新的原位結構特征，并應用于細胞器互作位點等細胞超微結構研究。相關成果于 2023 年 1 月發表于國際權威方法學期刊 Nature Methods。

生物物理所生物成像中心 ELI-TriScope 光電關聯成像系統現已面向國內外科研工作者開放技術共享服務。

該設備入選 2024 年度《中國科學院自主研制科學儀器》產品名錄。現由國科科儀（北京）高端科學儀器技術創新研究院有限公司推動完成該成果工程化開發和產業化工作，2025 年產品樣機落戶南方科技大學開展試用。

附錄：ELI-TriScope 光電關聯系統相關論文

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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