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光学技术如何提高显微镜分辨率?

[2024/6/25]

光学技术的进步是提高显微镜分辨率的关键,这些技术使得科学家和研究人员能够观察到更细微的结构和现象。以下是一些提升显微镜分辨率的光学技术方法:

  1. 相差显微镜:利用光的相位差来增强样本对比度,尤其适合观察无色透明样本。相位板会引入轻微的相位延迟,使得不同密度区域的光波相遇时产生可检测的明暗差异,从而提高细节分辨能力。

  2. 共聚焦激光扫描显微镜:通过聚焦一束激光点到样本上,并仅收集来自焦点处的荧光或反射光,排除了非焦点平面的散射光,减少了背景噪声,显著提高了轴向分辨率。此外,通过逐点扫描并重建三维图像,可以得到高清晰度的细胞内部结构图像。

  3. 全内反射荧光显微镜(TIRF):利用全内反射现象,在样本与覆盖介质的界面附近形成一个非常薄的激发光层,只激发紧邻界面的荧光分子,极大地减少了背景荧光,非常适合观察贴附在基底上的细胞膜及其附近的动态过程。

  4. 超分辨显微镜:

    • STED显微镜(受激发射损耗显微镜):通过在激发光周围施加一个环形的抑制光,精确地去激发那些不在焦点中心的荧光分子,仅留下中心区域的荧光信号,从而突破了传统光学分辨率的限制。
    • PALM/STORM(光激活定位显微镜/随机光学重构显微镜):基于单分子定位原理,通过控制荧光分子在时间上分离,逐一记录并重建单个分子的位置,实现远高于衍射极限的分辨率。
  5. 结构光照明显微镜:通过在样本上投射特定模式的光(如条纹或网格),采集多幅图像,并利用数学算法分析这些图案的变形,重建出高分辨率的样本图像。

  6. 干涉技术:如数字全息显微镜,利用光的干涉原理记录样本的光波前信息,通过数字处理重建出具有高分辨率的样本图像,特别适合非破坏性测量和动态过程的观察。



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