当显微镜学会"自己做实验"：Sergei Kalinin实验室引入AFM/SEM二合一显微镜，自主实验从科幻走进现实
发布日期：2026-08-18
近日，美国田纳西大学（University of Tennessee, Knoxville）Weston Fulton Chair Professor Sergei Kalinin 在LinkedIn分享，其课题组正式引入AFM/SEM二合一显微镜- FusionScope，并将围绕扫描探针显微学（SPM）的自动化实验与闭环控制开展新一阶段研究。
"The long-term vision is simple: build microscopes that do not only observe matter, but interact with it in a controlled, interpretable, and eventually autonomous way."
—— Sergei Kalinin
这不仅代表一台新设备的加入，更体现了扫描探针显微学未来的发展方向：从高分辨率成像走向自主实验（Autonomous Experiment）与智能控制。
1. FusionScope打破壁垒的原位联用解决方案
传统工作流程中，扫描电子显微镜（SEM）与原子力显微镜（AFM）各司其职，却彼此割裂。研究者往往需要在不同设备间反复转移样品：SEM 完成全局观察后，取下样品、转移至 AFM、重新寻找目标区域。这一过程中，定位误差不可避免，表面污染难以防控，更关键的是，两种技术获取的数据难以精确关联。研究者得到的永远是"碎片化的真相"。形貌、力学、电学信息分散于不同设备、不同时间、不同条件下，无法构建对材料特性的全景式理解。
FusionScope 的核心优势在于实现了 AFM 与 SEM 的原位同步联用，将两种表征技术集于一体，构建了同一工作流程、同一样品区域、相同实验条件的全维度表征体系，无需转移样品，即可在 SEM 全局视野导航与 AFM 纳米级分辨表征之间无缝切换，既消除了样品转移带来的污染与误差风险，又实现了数据的无缝关联，让材料的微观表征从 "单一信息获取" 升级为 "全景特性解析"。
图1. AFM/SEM二合一显微镜- FusionScope
2. 为何是FusionScope？
Sergei 教授选择FusionScope，并非偶然。在其研究愿景中，未来显微镜的核心使命是“主动作用于材料并实时观察其响应”，重要的不仅仅是测到了什么，更是探针如何作用在样品表面，以及材料如何反馈。围绕这一科学需求，FusionScope展示了强大的优势：
（1） 同平台融合SEM+AFM
传统实验流程不仅耗时，而且容易因样品转移造成定位误差，通常需要SEM观察-取下样品-转移到AFM-再次寻找目标区域；FusionScope将SEM与AFM集成于同一腔体，实现SEM快速全局定位以及AFM高分辨率局部表征两种技术无缝切换，显著提高实验效率。
图2. FusionScope的工作模式
（2） 精准定位同一区域
自动化实验要求能够反复返回同一纳米级位置，开展成像，力学测试和电学测试，对原位操控能力具有很高的要求，FusionScope利用SEM大视场导航能力与AFM纳米级定位能力，实现目标区域的快速精准定位，为自动化实验提供可靠基础。
图3. FusionScope刀尖起舞，精准定位复杂形貌
（3） 更适合构建闭环控制
未来自主实验强调：观察-分析-决策-操控-再观察形成实时闭环，FusionScope能够统一获取SEM图像信息，AFM形貌，力学和电学信号，为AI算法提供多模态输入，结合机器学习算法可实现：自动寻找目标区域，自动优化扫描参数，自动执行实验流程等功能。
图4. FusionScope原位动态测试纤维力曲线过程
3. 从显微镜到自主科学
随着人工智能，机器人控制和机器学习的发展，显微镜正逐步从“观察工具”演变为“自主实验平台”，正如Sergei Kalinin所描绘的愿景：未来的显微镜不仅能够观察物质，更能够以可控，可解释，并最终自主的方式与材料进行交互。
FusionScope所提供的一体化SEM+AFM平台，不仅提升了传统显微分析效率，也为自动化实验，闭环控制以及AI驱动的材料研究提供了新的可能。
未来，我们期待与更多的科研团队共同探索智能显微学的发展方向，让显微镜从“看见世界”迈向“理解并改变世界”。
关于Sergei Kalinin教授
Sergei Kalinin是知名的扫描探针显微学（Scanning Probe Microscopy, SPM）、机器学习材料科学（Machine Learning for Materials Science）和自主实验（Autonomous Experiment）领域学者，现任美国田纳西大学Weston Fulton Chair Professor，同时长期与美国能源部橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory, ORNL）保持密切合作。近年来，他持续推动人工智能，自动化控制与扫描探针技术的深度融合，是全球智能显微学（Autonomous Microscopy）的代表性研究者之一。
图5. Sergei Kalinin教授
