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光學技術如何提高顯微鏡分辨率？

[2024/6/25]

光學技術的進步是提高顯微鏡分辨率的關鍵，這些技術使得科學家和研究人員能夠觀察到更細微的結構和現(xiàn)象。以下是一些提升顯微鏡分辨率的光學技術方法：

  1. 相差顯微鏡：利用光的相位差來增強樣本對比度，尤其適合觀察無色透明樣本。相位板會引入輕微的相位延遲，使得不同密度區(qū)域的光波相遇時產生可檢測的明暗差異，從而提高細節(jié)分辨能力。

  2. 共聚焦激光掃描顯微鏡：通過聚焦一束激光點到樣本上，并僅收集來自焦點處的熒光或反射光，排除了非焦點平面的散射光，減少了背景噪聲，顯著提高了軸向分辨率。此外，通過逐點掃描并重建三維圖像，可以得到高清晰度的細胞內部結構圖像。

  3. 全內反射熒光顯微鏡(TIRF)：利用全內反射現(xiàn)象，在樣本與覆蓋介質的界面附近形成一個非常薄的激發(fā)光層，只激發(fā)緊鄰界面的熒光分子，極大地減少了背景熒光，非常適合觀察貼附在基底上的細胞膜及其附近的動態(tài)過程。

  4. 超分辨顯微鏡：

    • STED顯微鏡(受激發(fā)射損耗顯微鏡)：通過在激發(fā)光周圍施加一個環(huán)形的抑制光，精確地去激發(fā)那些不在焦點中心的熒光分子，僅留下中心區(qū)域的熒光信號，從而突破了傳統(tǒng)光學分辨率的限制。
    • PALM/STORM(光激活定位顯微鏡/隨機光學重構顯微鏡)：基于單分子定位原理，通過控制熒光分子在時間上分離，逐一記錄并重建單個分子的位置，實現(xiàn)遠高于衍射極限的分辨率。

  5. 結構光照明顯微鏡：通過在樣本上投射特定模式的光（如條紋或網(wǎng)格），采集多幅圖像，并利用數(shù)學算法分析這些圖案的變形，重建出高分辨率的樣本圖像。

  6. 干涉技術：如數(shù)字全息顯微鏡，利用光的干涉原理記錄樣本的光波前信息，通過數(shù)字處理重建出具有高分辨率的樣本圖像，特別適合非破壞性測量和動態(tài)過程的觀察。