在食品冷冻、生物医药、材料科学与文物保护等领域，“结冰”从来不是一个简单的物理过程：冰晶从哪里形核、以怎样的速度生长、何时连成网络、晶界又在何时稳定下来，直接决定着冷冻食品的质地、生物样品的活性、复合材料的耐久性以及文物在冻融循环下的保存状态。然而，以往研究者只能在样品完全冻结后进行离线观察，冰在“何时、何地、以何种形态”诞生的关键瞬间，往往被定格在了视野之外。
为了把这一过程“看清楚、测准确”，果果仪器利用自研的原位冷热显微分析测试系统，在程序化降温条件下对样品进行连续原位显微成像，并结合正交偏光观察，完整记录了冰晶从初始低对比纹理到清晰冰晶网络的全过程。
一、实验设备与软件
• 果果仪器原位冷热显微分析测试系统（CH600S-XY 冷热台）
• 三目反射/透射/偏光显微镜（5X–50X 可选）
• 2000万像素高分辨率显微相机（U820）
• 全新温控视觉集成软件GoGoSYS（程序化温控 + 自动成像 + 温度—图像同步记录）
二、实验目的
本次实验旨在利用上述原位冷热显微分析平台，在程序降温过程中实时追踪样品内部的结冰演化，明确冰晶形核温度、快速生长温度区间以及冰晶网络稳定形成的温度点；并通过正交偏光观察，提升冰晶轮廓与晶界的对比度，为抗冻配方筛选、冷冻工艺优化及材料低温性能评价提供直观、可量化的原位显微数据。
三、实验过程
1. 实验条件
• 温区：约 -20℃ ～ -8℃
• 时间分辨：约 1min / 帧（自动连续采集）
• 显微倍率：10X；标尺：100μm
• 观察方式：明场透射 + 正交偏光对照
2. 原位观察步骤
将样品置于冷热台中心视场内，通过上位机软件编写多段升降温程序并同步启动显微图像自动采集。系统按设定速率将样品由低温初始状态逐步回温，相机以约1分钟一帧的节奏连续记录视场内的形貌变化。当冰晶演化进入关键区间后，切换正交偏光观察模式。
四、实验结果
在 -20℃ 至 -8℃ 的关键温区内，系统完整捕捉到冰晶从“隐而不显”到“连成网络”的四个典型阶段。四个时序帧 A → B → C → D 直观呈现了由低对比纹理到清晰冰晶网络的动态变化过程：
A 低温初始
-20.06℃ • 00:09:12
特征：细纹理、低对比
B 快速显现
-7.81℃ • 00:13:51
特征：边界在短时间内明显增强
C 网络清晰
-8.00℃ • 00:25:51
特征：连续形貌覆盖视野，辨识度高
D 后期形貌
-7.77℃ • 00:36:51
特征：约 -8 ℃附近保持清晰网络
◈ 正交偏光增强观察｜让冰晶边界“一眼可见”
在正交偏光条件下，冰晶轮廓与晶界的对比度显著提高，纹理更立体、边缘更锐利，原本隐在背景中的细微晶界被清晰勾勒出来，便于研究者快速定位冰晶形核点、测量晶界长度并统计冰晶尺寸分布。
正交偏光后冰晶图 • -7.88℃ • 00:43:44
偏光条件下，冰晶轮廓与晶界对比度明显提高，纹理更立体、边缘更锐利。
五、果果仪器原位冷热显微分析测试系统
① 高精度温度控制
◎ 冷热方式：液氮致冷，电阻加热
◎ 温度范围：-190℃~600℃（ 真空-190℃ ~400℃ ）
◎ 温度稳定性：±0.1℃
◎ 控温速率：最大升温速率：150℃/min，最大降温速率：40℃/min
◎ 载样台：银质；23mm*23mm
◎ 腔室：气氛 / 真空
◎ 样品位移：XY轴位移距离：±6mm，位移精度：0.01mm
CH600S-XY
CH400SV-XY
② 高分辨率显微成像：
③ 一体化控制软件：
系统搭载自主开发的一体化控制软件，将温度控制、显微成像、图像测量、自动采集与数据分析集中于同一界面，实现实验过程的可视化、程序化与自动化管理。
• 多模式温度控制：支持斜率模式、程序段模式和曲线模式三种温控方式。可直接设定目标温度及升降温速率，运行过程中可随时调整；也可编辑多段“变温-恒温-阶跃-调用子程序”程序，并支持整个程序或者调用的子程序多次循环控制；同时支持设置正弦波形等曲线控温，还可以导入外部曲线控温，满足复杂冷热循环及动态温变实验需求。
• 显微成像参数可调：集成CCD相机控制，可对分辨率、曝光、增益、白平衡、色温、饱和度、亮度、对比度、伽马及HDR等参数进行调节，便于针对不同样品和照明条件获得清晰、稳定的显微图像。
• 自动采集与全过程记录：支持单张拍照、周期性自动拍照、视频录制，可按照设定时间间隔连续采集显微图像，完整记录样品在升温、降温、恒温及循环过程中的微观结构演变。
• 显微测量与图像标注：内置物镜倍率配置、比例尺标定及多种图像测量工具，可实现长度、距离、角度、面积等参数测量，并支持十字线、网格、文字及图形标注，以及倍率同步切换。
• 温度—图像同步分析：实验过程中可同步显示实时温度、运行时间、物镜信息、比例尺及温度变化曲线。
④ 应用领域：
该平台可广泛应用于食品冷冻与冻干、生物医药（蛋白/细胞/乳液低温研究）、材料结晶与相变、地质流体包裹体、文物冻融老化、涂料与胶粘剂低温性能评价等研究领域，尤其适合需要在极端温度条件下进行高精度、长时间连续原位显微观测的科研与工业场景。
六、结语
从 -20℃ 下几乎不可见的细微纹理，到 -8℃ 附近清晰稳定的冰晶网络，果果仪器原位冷热显微分析系统用一帧帧带温度戳记的显微图像，把“结冰”这一瞬间发生的物理过程完整地记录了下来。未来，果果仪器将继续以高精度温控与原位显微成像为核心，为材料、食品、生物医药与文物保护等领域的研究者，提供更直观、更可量化的低温表征工具。
为科研保驾护航！
