发布网友 发布时间:2024-06-03 14:45
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热心网友 时间:2024-06-23 11:07
深入探索光子成像技术的奥秘:显微镜世界
上一课揭示了光与物质互动的基石,今天我们将踏上光子成像技术的探索之旅,深入解析其原理与基础。从传统显微镜到现代科技的突破,光学技术犹如一部多元化的交响乐,包括传统显微术、定量相位成像、光学工具,以及近场显微术、激光点扫描、远场超分辨率和三维显微术,特别是多光子显微术,它在三维成像领域独树一帜。
传统显微镜的构造由物镜和目镜组成,而现代显微镜引入了无限矫正系统,为光学设计提供了更大的灵活性。物镜的NA(数值孔径)决定分辨率,然而,追求高分辨率与广角视野之间常常是一场微妙的平衡。突破传统局限的尝试包括超大型透镜或精密的拼接技术,但代价可能是体积的增加或复杂性的提升。
在光学世界的挑战中,电动平移台(价格不菲,超过十万人民币)和样本的微小漂移可能导致图像伪影。光学系统的局限性要求我们在分辨率和视野之间做出抉择。生物样品的无色透明性在明场显微镜下造成低对比度,关键的相位信息往往隐藏其中,而现有相机往往无法有效捕捉。
解决低衬度问题的传统手段,如化学染料,虽能改善图像,却伴随着制备时间长和光毒性的问题。荧光标记技术,如绿色荧光蛋白(GFP),无疑是一次飞跃,但其潜在问题也需警惕。未来,无标记技术的兴起无疑将引领新的潮流。
在相位成像领域,泽尼克像衬和微分干涉像衬是定性的手段,而数字全息显微术则能提供定量的相位信息,但对环境稳定性提出了较高要求。非干涉技术如Shack-Hartmann传感器和TIE也各有其局限性。科学家们正在寻求无透镜成像技术,如相干衍射成像(CDI)和光流控,以减少光学系统带来的像差问题,尽管物镜的存在使得这些技术的吸引力有所受限。
片上显微技术尽管有其局限性,如样品选择和应用场景的清晰定义,但傅里叶叠层显微成像术(FPM)通过LED阵列和低分辨率物镜,实现了大视场和合成孔径的结合,提供了高分辨率的相位图像。显微镜按照功能可分为倒置和正置,服务于生物、金相、体视和荧光等多个领域。明场和暗场成像的对比度调整,需要精细操作聚光镜,以确保最佳图像质量。Nomarski显微镜(DIC)提供了伪三维立体效果,但对观察角度有特定要求。
荧光成像则有透射和反射模式,可用多种染料,然而分辨率和光毒性依然是关注焦点。这个领域还有许多有待挖掘的潜力和改进空间。