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| 光學顯微鏡 |
| 發布時間:2018-09-06 15:54:06 | 瀏覽次數： |
光學顯微鏡 一個世紀前，顯微鏡的分辨率極限達到經典的光的性質的理論預測。然而，超過決議需要顯微鏡進行實時活細胞的內部運作。以前做技術在少數實驗室通過技術最高的大師是減少到現在的容易，臨床常規程序。顯微鏡的設計師，仔細聽顯微鏡，帶來了巨大的革新。本文總結了顯微鏡的設計進展和研究一種新開發的光學系統可以提高科技進步。 有限遠與無限遠的光學系統 當生物顯微鏡是相對簡單的日子，在熒光顯微鏡和激光共聚焦技術，有一點需要插入厚的光學元件的物鏡和目鏡之間的interlens空間。標準的160或170毫米管長度，物鏡安裝法蘭和目鏡座之間的距離，服務好這。這些儀器在interlens空間有聚光燈。冶金學家和地質學家需要偏振光，在極薄的偏光片的發明，這需要在空間巨大的棱鏡和其他附件插入。在上世紀30年代一個制造商，跑出房間在標準管和困擾的像差校正問題由于棱鏡，第一次嘗試一個版本的無限光學繞過這些麻煩。 “無限”是指物鏡的設計項目形象到無限大，沒有一些有限的距離。在無限遠光學系統提供的物鏡和目鏡之間的平行光的區域。有了這些系統，復雜的光學組件可以插入在平行光空間而引入的光學像差或降低物鏡的自由工作距離。該系統還保留著齊焦套物鏡（圖2）。在圖2的概念圖cfi60光路。無限遠光學系統包括一個物鏡，一個管透鏡匯聚光束，和一個目鏡。模塊和組件可以放在目的和管透鏡之間的平行光路建立一個完全靈活的系統無需額外的中繼光學系統。圖像的點的位置保持不變，軸向和橫向一樣對準物鏡和管透鏡之間。 圖2 CFI60光學通路
當然，形成一個圖像，我們可以看到或記錄，從無限型物鏡的光必須收斂又由管透鏡，或第二物鏡平行光的空間和目鏡之間。通常，在一個案例中多達三個，主要的光學元件可以被放置在這個空間不降低性能。 配件和插入組件現在可以實現放大是1X，這是很有價值的幾種光學技術具有相同的試樣。例如，當光學熒光和微分干涉對比（DIC）的安裝，仍有第三的設備放大器的空間，一個教學的頭，一個兩攝像機多端口組件，或一頭用數字化板追蹤神經元。 在年前的古典顯微鏡透鏡設計師曾考慮物鏡和目鏡在像差校正的奢侈品，球形，色（縱向和橫向）異常，昏迷，散光和場曲。橫向色差（LCA）也被稱為放大率色差的紅色、綠色的形成，并在同一個焦平面的藍色圖像，但每種顏色形成不同大小的圖像。 傳統上，LCA已改正是非常困難的，往往是在物鏡長此下去，可以補償在目鏡。光學玻璃的品種和計算方法年前不足以糾正LCA在目的任務。在裸interlens梁厚部件的插入會進一步破壞光學矯正。 即使在今天，并非所有的廠商都在目的達到了LCA完全矯正。新的玻璃配方由尼康公司開發的（梅爾維爾，NY）具有極低的色散；因此，所有像差校正的目的本身。公司推出的第一個完全糾正CF（無色差）的物鏡在1976，這一新技術不斷發展的cfi60（無鉻無限，60毫米的齊焦肩高）物鏡，管透鏡和目鏡（尼康）。的各種顯微鏡系統設計與無限的管長度，僅此一項結合了其他設計變更需要充分利用這個概念。 新的鏡頭 一個無限顯微鏡系統的理想物鏡的設計需要更多的鏡片通常數量，從出射光束必須聚焦在無窮遠。添加到要求的熒光技術如M-FISH（多色熒光原位雜交技術（圖3）），這是基于收集盡可能多的光子，而這需要眼鏡的高數值孔徑（NA）。加上今年要求共聚焦技術的高鈉、長工作距離的鏡頭，滲透到厚厚的組織。為了滿足這些需求，今天的鏡片必須有較大的物理直徑的玻璃元素。總之，這些要求使鏡片陳舊老尺寸標準。的例子在圖3是一個多色熒光圖像的成纖維細胞，被拍到與Eclipse Ni-U顯微鏡使用cfi60 60X，NA 1.4油浸物鏡。 圖3 熒光原位雜交
一個標準的建立在世紀中葉由皇家顯微鏡學會在英國設立的目的安裝螺紋直徑。這個維度，而在其時間和適當的舊黃銅顯微鏡光學設計大方，成為一個嚴重的限制。此外，原行業標準肩高的齊焦距離試樣的目的安裝法蘭-證明是不夠的，當前設計的復雜性。這些尺寸的新標準（25毫米直徑和60毫米齊焦肩膀的高度，尼康）使得創新的新鏡頭可能保證充分的提升空間。管透鏡的焦距為200毫米，允許很長的工作距離結合高NA透鏡。這些新的標準和管透鏡實現這些物鏡的自由工作距離。 的cfi60鏡片比NAs通常可用于標準的放大倍率，提供詳細的分辨率提高了，更大的光功率，高性能聚焦應用。產權共享的物鏡為Eclipse的工具是比平常更長的工作距離。這允許厚樣品將集中從上到下不用擔心打破玻璃蓋或破壞目的本身。將浸泡油是很容易的，因為改變的標本。厚底室是可用的，和微操作成為可能，隨著高倍放大鏡。 在研究中，已經揭示的內在機制和細胞的動態活動，熒光發射的每一個光子是寶貴的。收集這些最有效率的需求物鏡盡可能高的數值孔徑。平場40x Na 1.30氟油鏡結合放大、高鈉、平坦度、工作距離長、高紫外透射在熒光研究工作高效優化。對于相同的放大鏡片，EPI圖像亮度照明系統的數值孔徑第四功率成正比。計算表明，在比較一般高的干物鏡0.65 NA NA 40X物鏡浸沒透鏡1.30，得到一個亮度增加16倍。 更高的干圖片 許多觀察與普通，nonimmersion 40倍的物鏡，所謂的高干透鏡。在這種程度的放大，客觀上需要一個相當高的NA提供豐富的細節，放大40倍應揭示。最低的鈉通常為40x鏡片是0.65。即使在這吶，顯微鏡的光學性能變得依賴于一個光學元件上的標本玻片鏡頭設計師和制造商無法控制。顯微鏡制造商推薦的0.17毫米蓋玻片厚度，他們把它刻在客觀身體（這相當于1個1 / 2 #蓋玻片，在實驗室供應房屋的條款）。 許多標本與其他制備厚度蓋玻片。這對于低功率的觀察產生的后果很小，但它已經在40倍以上的強烈影響。在鏡頭的設計方面，非標準蓋玻片打亂目的的球面像差；在用戶方面，圖像失去對比看起來多云。 而0.65是那普通40x鏡片，高性能干物鏡可高達0.95。這些是由蓋玻片厚度校正衣領必須安裝在物鏡產生不利的影響。圖像質量是通過把它在觀察外觀形象優化。把衣領改變內部間隔的一些組件的目的，其中，不幸的是，也改變了鏡頭的有效焦距。在實踐中，必須同時把領一方面與其他精細聚焦旋鈕，同時尋找最爽的形象。許多用戶沒有掌握這種技術。專利的高數值孔徑的設計，高乾眼鏡（尼康）已大大減少重點轉移，使圖像質量更優化。NAs高于0.95，提供浸沒透鏡。 通用物鏡 每一個制造商列出觀測技術不同于一般的光波技術如相襯，DIC不同的特殊物鏡，和熒光。一旦需要使用多種技術人員對于任何給定的放大買幾個這些物鏡。直到現在，它是不可能設計一個目的這四個目的沒有顯著的性能損失。平場氟DLL鏡頭（尼康）在所有這四種模式在不犧牲圖像質量功能。他們提供節省錢，方便，對鼻甲空間 最低功耗的目的 在生活中，我們通常觀察到的場景首先在概述然后放大的細節，抓住我們的眼睛。在顯微鏡下，我們開始與低權力第一，然后移動到更高的力量。病理學家，神經學家和植物學家在眾多的生命科學專業人士經常依靠定位低功耗和字面“越來越大的畫面。在許多顯微鏡，然而，最低功率用10X物鏡和10X目鏡100X，自然大小相當的飛躍。因為顯微鏡通常不愿意改變對低功率目鏡、低功耗的物鏡是低水平的放大的最佳選擇。 圖4 視野在低放大倍率的圖像
與cfi60 0.5x目的，用戶可以觀察和在很寬的視場照片。以一個實際視場為50毫米，這樣做的目的是用于宏觀觀測的大型標本，如椴樹莖細節說明在圖4。相比傳統的無限遠光學系統，由目的提供的圖像區域面積的五倍以上。實際尺寸是35毫米膠片攝影的可能。 主要制造商已經提供了約4倍，2x物鏡，甚至1X功率。CFI市鼎策0.5x目的，以其特殊的配件，提供了5倍的圖像在目鏡，并將照片自然1x圖像大小，35毫米膠片上（參見圖4）。鏡頭的細節和色彩校正提供了一個非常高的水平，使顯微鏡提供盡可能寬的放大倍數范圍。 符合人體工程學的設計 顯微鏡不僅僅是光學；它是實驗室儀器的科學家最有物理接觸。當購買一個儀器，人可以坐在一小時的時間，考慮身體的舒適是很重要的。這是不能在規格表容易表達。它必須親身經歷。 在許多古老的顯微鏡（甚至更近一些的），各種控件被放置在他們的制造商最方便。這有時會導致尷尬或不便。 各大廠商已經將人機工程學在他們站的設計，但Eclipse工具帶來符合人體工程學的考慮到一個更高的水平。用戶如何在他們的儀器的廣泛研究，方便到達的距離測量，和舒適的手臂和頭部位置測定的設計考慮。位置的載物臺處理和聚焦控制旋鈕Ni-U顯微鏡與傳統顯微鏡在圖5）。保持一個自然的位置，雙手從體等距，應變能。此外，舞臺處理和精細聚焦旋鈕位于可單手操控，提高舒適的觀察。直立和傾斜目鏡管可在很多尼康的顯微鏡（圖5）保證檢測效率的提高，操作舒適性提高了使用一個系統在自然的位置。 圖5 符合人體工程學的顯微鏡設計 圖片5.png
在新的看臺上，放在顯微鏡的最方便的地方是最常用的控件，無論制造方便。配合使用的控件，如運動載物臺和細焦點，被放置在那里他們可以用同一只手的手指調整。用前臂擱放在桌面上，最常用的控制自然落下的指尖。一個很低的位置的載物臺進行換片方便。載物臺控制可以安裝在左或右手操作方。 另外，新設計的入站包括大大提高時間性能和熱穩定性，為延續時間的調查是非常重要的，如有絲分裂和胚胎學研究。振動阻尼也提高了圖像的分辨率。 結論
具有終極的光鏡被創造的嗎？雖然市場上的新工具帶來了顯微鏡下高水平的發展，我們可能永遠不會達到這個物鏡只要繼續科學研究。未來的需求將需要創新，我們還不能甚至預見。但今天最好的工具提供給用戶更多的性能和多功能性可能比幾年前。 |
