形貌看了、力学测了、成分查了，却不是同一个点？AFM/SEM/EDS 三合一显微镜一次到位
发布日期：2026-10-22
食品科学的纳米级挑战
食品的质地、口感与稳定性，本质上由分子层面的组织结构决定。然而，传统表征手段长期面临一个结构性矛盾：想要看清纳米结构，往往以牺牲样品原始状态为代价。
扫描电镜（SEM）需要导电涂层与高真空环境，而食品样品普遍含水量高、质地柔软， “先脱水、再观察”得到的结构已偏离真实状态；透射电镜（TEM）分辨率更高，但样品制备过程更为严苛。原子力显微镜（AFM）虽可在液相环境中工作，却长期受困于一个关键问题：如何精准地找到并定位到感兴趣的纳米区域。在复杂的蛋白网络、淀粉颗粒或乳液界面中，常规光学引导的 AFM “盲人摸象”。
更根本的问题是：即便分别获得了 SEM 形貌图和 AFM 力学数据，两者来自不同设备、不同样品、不同区域，难以建立“同一点位”的结构—力学对应关系。食品研究需要的，是一种在同一位置、同一状态下同步获取形貌、力学与化学信息的手段。
Quantum Design FusionScope：真正的关联显微分析平台
Quantum Design公司推出的AFM/SEM/EDS三合一显微镜FusionScope，是一台将扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）与能谱仪（EDS）深度集成于同一真空腔体、共享统一坐标系统的多功能关联显微平台，也是目前业内真正实现SEM与AFM原位同步联用的商用系统。
这一集成方式带来三项直接优势：其一，样品无需在设备间转移，避免了转移过程中的污染、形变与定位漂移；其二， SEM的大视场高分辨率成像能力让AFM探针的导航与定位变得直观而精准；其三，AFM的纳米级力学与形貌表征，EDS 的元素种类与分布信息，可与SEM图像在统一坐标下互为印证。
图1. AFM/SEM/EDS三合一显微镜FusionScope获得R&D大奖
核心能力一：SEM 实时导航，终结 AFM 的“盲找”
对于AFM而言，最具挑战性的样品往往是食品这类表面粗糙、特征不规则的样品。FusionScope自研的Profile View功能可支持AFM与样品台同时旋转80°，研究人员能够以侧视角度实时观察探针与样品的相互作用，在SEM的实时引导下精准抵达目标纳米区域。这对于研究淀粉颗粒表面结构、蛋白纤维等食品纳米特征具有重要意义。
图2. 探针精确定位在纳米纤维顶部，通过SEM侧向视野记录动态视频。
核心能力二：形貌与力学同步获取，数据来自同一位置
FusionScope的AFM模块支持接触模式、动态模式、FIRE模式、力曲线测量、导电AFM（C-AFM）及磁力显微镜（MFM）等多种表征模式。在食品研究中，这意味着研究人员可以在观察纳米级表面形貌的同时，定量获取弹性模量、粘附力等关键力学参数，而这些参数正是连接纳米结构与宏观口感、质地和稳定性的核心桥梁。
图3. SEM侧向视野中将探针精准定位在薄片顶部并通过薄片下压过程记录力-位移曲线。
核心能力三：EDS 元素分析，补齐化学维度
配套 EDS 能谱可在同一平台提供元素种类与分布信息。形貌、力学、化学三者在统一坐标系下交汇，使“这一点的力学响应由什么结构、什么成分决定”成为可以直接回答的实验问题。
食品纳米力学表征的“游戏规则改变者”
SEM 的大视场、EDS 的元素分布与 AFM 的定量力学，在同一坐标系下拼合成一条从纳米到微米的连续证据链。最新发表于《Trends in Food Science & Technology》的综述指出，AFM-SEM关联显微技术为食品科学中层级结构分析（如多孔烘焙基质、脱水粉末、菌类制品）提供了跨纳米至微米尺度的有效路径。FusionScope正是这一技术方向的工程化典范。
传统食品表征往往止步于“观察到了什么结构”。FusionScope所代表的关联分析范式，使研究人员能够建立“结构-力学-功能”之间的定量关联。当SEM揭示出食品基质的空间分布，AFM量化了局部力学响应的异质性，研究人员便可据此预测该材料在加工、储存或制作过程中的行为表现。
面向未来的智能化平台
FusionScope统一的多模态数据架构，为人工智能驱动的自动化分析提供了理想的基础设施。正如田纳西大学Sergei Kalinin教授课题组在引入FusionScope时所展望的，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”。FusionScope能够在统一坐标系下同步获取SEM形貌信息与AFM力学、电学信号，为AI算法提供多模态输入，从而支持自动目标识别、智能扫描参数优化乃至闭环实验控制等前沿应用。
在同一平台上“看见”结构、“触摸”力学、“感知”化学
从植物细胞壁的力学异质性到蛋白凝胶的网络结构，从乳液界面的稳定性机制到活性包装材料的表面功能，FusionScope为食品科学家提供了一种重要的研究工具：在同一平台、同一位置，以纳米级精度同步获取形貌、力学与化学信息。
Quantum Design中国将持续致力于将这一前沿关联显微技术引入国内食品科学研究，助力中国学者在食品纳米科学领域实现从“观察描述”到“定量预测”的范式跨越。
参考文献：
1. Atomic force microscopy in food industry: Bridging nanoscale analysis and real-world applications. Trends in Food Science & Technology, 2026 Feb 17.
