本报告简要讨论了几种常用于评估表面形貌（也称表面结构或表面光洁度）的重要计量方法和标准定义。随着纳米技术、薄涂层以及电路和装置小型化的出现，表面计量学已经成为一个极其重要的科学和工程领域。其从微米级和亚微米级特征的角度研究表面形貌的精确、代表性表征。这些特征构成了表面的波纹度、粗糙度和层次。形貌在确定许多现代技术、组件、部件和产品（例如电机、涂层、电子设备等）所用材料的机械、热、光学和电气性能方面起着至关重要的作用。

什么是表面计量学？它为什么有用？
表面计量学是测量表面的特征（规则图案、不规则性、粗糙度、波纹度、关键尺寸等）。表面形貌（也称为表面纹理或光洁度）在很大程度上决定了其机械和物理性质，例如摩擦、粘附、氧化、导热性和导电性等。形貌对于先进技术和设备（高级涂层、轴承、热、光学和电子/半导体装置）所用的材料很重要。例如，较大的表面粗糙度通常会增加两个接触部件之间的摩擦力。部件之间的摩擦力变大会导致更快的磨损和更短的寿命。半导体表面微小不规则性的形成可引起电荷局部化和非均匀电学性质。

由于氧化、表面张力、污染或加工，表面区域的性能通常而与主体区域不同，表面区域可大致定义为材料表层的前100个原子层。例如，机械或化学抛光或蚀刻等材料制备方法会导致表面缺陷和粗糙。由于用于制备表面的大多数工艺（机械或化学）会导致缺陷和不规则性，因此需要计量仪器和方法来评估表面形貌，并确定其对设备性质（包括性能、可靠性和使用寿命）的影响。

表面计量学方法用于检查和测量表面不同长度尺度和空间频率的形貌。粗糙度通常通过测量表面图案或不规则性的高度、宽度和周期性/频率来确定。波纹度由比粗糙度更大尺度（较低频率范围）的表面不规则性定义。均匀表面是各向同性的。层次是指表面特征的方向性（各向异性），其通常是由于材料制造或处理引起的。下文将讨论这些标准形貌或纹理参数（粗糙度、波纹度、层次和缺陷）。

表面表征方法
肉眼、指尖和低分辨率光学显微镜通常可快速评估宏观特征和大缺陷。然而，精细表面轮廓和形貌的详细测量则需要先进的表面表征技术。

可使用各种高分辨率技术，通过二维或三维（2D或3D）测量来确定表面形貌。为特定目的选择合适的技术非常重要，因为它们都有其优势和局限性。在这里，我们仅介绍材料科学中一些最广泛使用的方法，例如表面探针（触针、AFM）、光学与干涉测量方法和电子束方法。

测量落在表面线轮廓或区域上的点的垂直（z）高度，并显示表面的2D轮廓或3D图。使用定义的统计分析方法分析数据，所得值用作表征表面形貌的参数，更具体地说，即表面粗糙度、波纹度、层次和缺陷。

可使用各种方法获取2D或3D的表面形貌图像。最常用的是^[1-3]：
接触/非接触式轮廓测量法和探针显微镜，其中形貌数据通过表面上的精细探针扫描来收集；
使用光的干涉测量、聚焦和相位检测或共聚焦显微镜的光学轮廓测量法；以及
使用通常需要特殊软件来显示3D形貌的扫描电子显微镜（SEM）。
常用的探针成像方法是原子力显微镜（AFM）。虽然其可获得非常高的横向（XY）和垂直（Z）分辨率，但获取形貌数据非常缓慢，且存在表面改变或损坏的风险。此外，由于磨损和污染，探针的形状和尺寸可能在扫描期间发生改变。这种现象会影响所获取表面形貌中特征的外观，因为探针和特征几何形状混合在一起，这是一种卷积[4]。图1显示了一个示例。通过AFM获取良好结果，还要求用户拥有一定的经验。
表面表征的光学方法可以具有高垂直（z）分辨率，但不如探针方法或电子显微镜的横向（xy）分辨率。但是形貌采集要快得多。这意味着光学方法可提供大面积的表面形貌数据，使其更适用于可靠、准确的统计分析。

SEM也可获得非常高的分辨率，但需要在真空室中进行成像。如果材料的导电性不够，则在电子束中会发生充电，因此样品必须涂一层导电膜。采集图像通常会很耗时。

来源:徕卡显微系统
https://mp.weixin.qq.com/s/em0_cPAcaUIXAo6VRIjx8w
徕卡课堂 - 表面计量学简介（上）

细胞培养

取您所需，利用徕卡显微系统的细胞和组织培养倒置显微镜提高活细胞成像工作流程中的效率。

这些使用简便的显微镜允许您根据自身需求配置相应的成像解决方案，可搭载灵活多样的聚光镜选件和数字成像记录功能，从未为您的实验室打造恰到好处的解决方案。

徕卡细胞培养显微镜系统特性：

操作简便，所需的培训和维护量极小，以便您将精力都集中在研究工作上

冷光源 LED 照明在所有光亮度级别下提供恒定的色温

简易荧光装置 (选配) 可轻松呈现您的荧光标记

高清成像 (选配) - 将高清摄像头直接连接到显示器或 PC；提供高质量的可发表图像

灵活的工作距离，最高可达 80 mm，可容纳载玻片、petri 培养皿、多孔板和较高的培养瓶

细胞工厂解决方案可容纳最高 400 mm 的器皿

细胞分类

细胞外形

实验室培育的动物细胞可根据多项标准进行区分：

显微镜下可以轻松地识别其形态。成纤维样细胞为双极或多极细长形状，而上皮样细胞呈多边形。与上面两种细胞不同的是，淋巴母细胞样细胞并非贴壁生长，而是悬浮生长。

细胞的类型可细分为永生细胞、原代细胞和干细胞。

细胞组织形式可谓丰富多样，从简单的二维单层培养细胞到二维共培养细胞，再到三维球状细胞团和类器官

名称	形态学	来源
COS	成纤维细胞样	非洲绿猴
HEK 293	上皮样	人类
CHO	上皮样	仓鼠
MDCK	上皮样	狗
HeLa 细胞	成纤维细胞样	人类
Jurkat	淋巴母细胞样	人类

将细胞系用于细胞培养的一些实例。

细胞培养材料

如何培养细胞

动物细胞在各类不同的器皿中培养，涵盖用于基础研究的小型微流体装置、用于筛选目的的 96 孔板乃至用于大规模药物生产的细胞培养瓶和细胞工厂。

鉴于其一次性使用特点，多数容器使用塑料制成。其它器皿则专为显微镜应用优化设计，因此具有玻璃底。

动物细胞培养基包含：

水
能量来源
氨基酸
维生素
以及盐类

此外，它还包含缓冲系统和 pH 值指示剂，用于检查 pH 值是否平衡。

细胞培养维护

您的日常工作内容是什么？

由于细胞会消耗培养基中的成分，必须定期补充培养基。在这种情况下，细胞培养过程中应进行目视检查，以观察汇合程度和健康度并检测潜在的微生物污染。

永生细胞系的一个特征就是无限增殖。因此，它们必须时不时进行分裂 (传代) 并转移至单独的培养器皿中。

通常，培养的细胞在用于实验前就进行了基因改造。例如，借助转染操作，研究人员为所需要的蛋白质添加荧光标记，以便通过显微镜将其可视化。

MDCK cells in different confluence stadiums.

显微镜 – 基本要求

我需要哪种工具？

为管理细胞培养实验室的日常工作，显微镜是一件必需品。此类显微镜必须具备倒置配置。倒置显微镜采用“物镜位于样品下方，聚光镜位于样品上方”的设计，这样就能使物镜尽量贴近细胞，并在上方保持较大的工作距离。

由于动物细胞的固有反差极低，细胞培养显微镜必须提供诸如相差等反差观察法。DIC (微分干涉相差) 在这里无法发挥作用，因为该技术无法配合塑料器皿用于细胞培养。DIC 有一个很好的替代方案，那就是 IMC (整合调制相差)，该技术不仅能搭配塑料容器使用，而且无需借助专用物镜或棱镜。此外，细胞培养显微镜应易于操控，以避免浪费时间。

徕卡细胞培养显微镜具备出色的易用性，并可针对个性化需求提供灵活多样的反差观察方法。

显微镜 – 高级要求

我需要哪种工具？

一种很常见的细胞生物学科研手段是使用荧光标记转染细胞，以便使用研究型显微镜进行后续研究。如果您使用荧光蛋白，您的细胞培养显微镜还需要配备荧光选件，以用于控制转染效率。

为实现重要的记录和标准化目的，显微镜应配备数字摄像头，最好能够记录和梳理拍摄的数据。

由于细胞培养实验室都存在空间问题，细胞培养显微镜的尺寸不宜过大，例如，最好能安装在超净台中。此外，最新趋势都要求显微镜设计得足够小巧和稳固，以便在培养箱内部使用。

明场	相差	微分干涉相差 (DIC)	整合调制相差 (IMC)	荧光	放大倍率	工作距离	摄像头
Leica DM IL LED	+	+	-	+	+	PH：5x 至 63x IMC：10x、20x、32x、40x	40 mm、80 mm	+ (自由选择)
Leica DMi1	+	+	-	-	-	10x、20x、40x	40 mm、50 mm、80 mm	+ (集成式)