光学显微镜的创新

2022-10-22 12:37:08 admin

图1牛肺动脉上皮细胞

举一个例子，产生的图像，今天的改进的显微镜呈现在图1，说明一个数字捕获多色荧光图像的组织培养细胞在Eclipse Ci-L显微镜使用cfi60 40x萤石物镜和尼康的DS-Ri2数码相机。

一个世纪前，显微镜的分辨率极限达到经典的光的性质的理论预测。然而，*过决议需要显微镜进行实时活细胞的内部运作。以前做技术在少数实验室通过技术*高的大师是减少到现在的容易，临床常规程序。显微镜的设计师，仔细听显微镜，带来了巨大的**。本文总结了显微镜的设计进展和研究一种新开发的光学系统可以提高科技进步。

有限远与无限远的光学系统

当生物显微镜是相对简单的日子，在荧光显微镜和激光共聚焦技术，有一点需要插入厚的光学元件的物镜和目镜之间的interlens空间。标准的160或170毫米管长度，物镜安装法兰和目镜座之间的距离，服务好这。这些仪器在interlens空间有聚光灯。冶金学家和地质学家需要偏振光，在极薄的偏光片的发明，这需要在空间巨大的棱镜和其他附件插入。在上世纪30年代一个制造商，跑出房间在标准管和困扰的像差校正问题由于棱镜，第一次尝试一个版本的无限光学绕过这些麻烦。

“无限”是指物镜的设计项目形象到无限大，没有一些有限的距离。在无限远光学系统提供的物镜和目镜之间的平行光的区域。有了这些系统，复杂的光学组件可以插入在平行光空间而引入的光学像差或降低物镜的自由工作距离。该系统还保留着齐焦套物镜（图2）。在图2的概念图cfi60光路。无限远光学系统包括一个物镜，一个管透镜汇聚光束，和一个目镜。模块和组件可以放在目的和管透镜之间的平行光路建立一个完全灵活的系统无需额外的中继光学系统。图像的点的位置保持不变，轴向和横向一样对准物镜和管透镜之间。

图2 CFI60光学通路

当然，形成一个图像，我们可以看到或记录，从无限型物镜的光必须收敛又由管透镜，或第二物镜平行光的空间和目镜之间。通常，在一个案例中多达三个，主要的光学元件可以被放置在这个空间不降低性能。

配件和插入组件现在可以实现放大是1X，这是很有价值的几种光学技术具有相同的试样。例如，当光学荧光和微分干涉对比（DIC）的安装，仍有第三的设备放大器的空间，一个教学的头，一个两摄像机多端口组件，或一头用数字化板追踪神经元。

在年前的古典显微镜透镜设计师曾考虑物镜和目镜在像差校正的奢侈品，球形，色（纵向和横向）异常，昏迷，散光和场曲。横向色差（LCA）也被称为放大率色差的红色、绿色的形成，并在同一个焦平面的蓝色图像，但每种颜色形成不同大小的图像。

传统上，LCA已改正是非常困难的，往往是在物镜长此下去，可以补偿在目镜。光学玻璃的品种和计算方法年前不足以纠正LCA在目的任务。在裸interlens梁厚部件的插入会进一步破坏光学矫正。

即使在今天，并非所有的厂商都在目的达到了LCA完全矫正。新的玻璃配方由尼康公司开发的（梅尔维尔，NY）具有极低的色散；因此，所有像差校正的目的本身。公司推出的第一个完全纠正CF（无色差）的物镜在1976，这一新技术不断发展的cfi60（无铬无限，60毫米的齐焦肩高）物镜，管透镜和目镜（尼康）。的各种显微镜系统设计与无限的管长度，仅此一项结合了其他设计变更需要充分利用这个概念。

新的镜头

一个无限显微镜系统的理想物镜的设计需要更多的镜片通常数量，从出射光束必须聚焦在无穷远。添加到要求的荧光技术如M-FISH（多色荧光原位杂交技术（图3）），这是基于收集尽可能多的光子，而这需要眼镜的高数值孔径（NA）。加上今年要求共聚焦技术的高钠、长工作距离的镜头，渗透到厚厚的组织。为了满足这些需求，今天的镜片必须有较大的物理直径的玻璃元素。总之，这些要求使镜片陈旧老尺寸标准。的例子在图3是一个多色荧光图像的成纤维细胞，被拍到与Eclipse Ni-U显微镜使用cfi60 60X，NA 1.4油浸物镜。

图3 荧光原位杂交

图片3.png

一个标准的建立在世纪中叶由皇家显微镜学会在英国设立的目的安装螺纹直径。这个维度，而在其时间和适当的旧黄铜显微镜光学设计大方，成为一个严重的限制。此外，原行业标准肩高的齐焦距离试样的目的安装法兰-证明是不够的，当前设计的复杂性。这些尺寸的新标准（25毫米直径和60毫米齐焦肩膀的高度，尼康）使得创新的新镜头可能保证充分的提升空间。管透镜的焦距为200毫米，允许很长的工作距离结合高NA透镜。这些新的标准和管透镜实现这些物镜的自由工作距离。

的cfi60镜片比NAs通常可用于标准的放大倍率，提供详细的分辨率提高了，更大的光功率，高性能聚焦应用。产权共享的物镜为Eclipse的工具是比平常更长的工作距离。这允许厚样品将集中从上到下不用担心打破玻璃盖或破坏目的本身。将浸泡油是很容易的，因为改变的标本。厚底室是可用的，和微操作成为可能，随着高倍放大镜。

在研究中，已经揭示的内在机制和细胞的动态活动，荧光发射的每一个光子是宝贵的。收集这些*有效率的需求物镜尽可能高的数值孔径。平场40x Na 1.30氟油镜结合放大、高钠、平坦度、工作距离长、高紫外透射在荧光研究工作高效优化。对于相同的放大镜片，EPI图像亮度照明系统的数值孔径第四功率成正比。计算表明，在比较一般高的干物镜0.65 NA NA 40X物镜浸没透镜1.30，得到一个亮度增加16倍。

更高的干图片

许多观察与普通，nonimmersion 40倍的物镜，所谓的高干透镜。在这种程度的放大，客观上需要一个相当高的NA提供丰富的细节，放大40倍应揭示。*低的钠通常为40x镜片是0.65。即使在这呐，显微镜的光学性能变得依赖于一个光学元件上的标本玻片镜头设计师和制造商无法控制。显微镜制造商推荐的0.17毫米盖玻片厚度，他们把它刻在客观身体（这相当于1个1 / 2 #盖玻片，在实验室供应房屋的条款）。

许多标本与其他制备厚度盖玻片。这对于低功率的观察产生的后果很小，但它已经在40倍以上的强烈影响。在镜头的设计方面，非标准盖玻片打乱目的的球面像差；在用户方面，图像失去对比看起来多云。

而0.65是那普通40x镜片，高性能干物镜可高达0.95。这些是由盖玻片厚度校正衣领必须安装在物镜产生不利的影响。图像质量是通过把它在观察外观形象优化。把衣领改变内部间隔的一些组件的目的，其中，不幸的是，也改变了镜头的有效焦距。在实践中，必须同时把领一方面与其他精细聚焦旋钮，同时寻找*爽的形象。许多用户没有掌握这种技术。**的高数值孔径的设计，高乾眼镜（尼康）已大大减少重点转移，使图像质量更优化。NAs高于0.95，提供浸没透镜。

通用物镜

每一个制造商列出观测技术不同于一般的光波技术如相衬，DIC不同的特殊物镜，和荧光。一旦需要使用多种技术人员对于任何给定的放大买几个这些物镜。直到现在，它是不可能设计一个目的这四个目的没有显着的性能损失。平场氟DLL镜头（尼康）在所有这四种模式在不牺牲图像质量功能。他们提供节省钱，方便，对鼻甲空间

*低功耗的目的

在生活中，我们通常观察到的场景首先在概述然后放大的细节，抓住我们的眼睛。在显微镜下，我们开始与低权力第一，然后移动到更高的力量。病理学家，神经学家和植物学家在众多的生命科学专业人士经常依靠定位低功耗和字面“越来越大的画面。在许多显微镜，然而，*低功率用10X物镜和10X目镜100X，自然大小相当的飞跃。因为显微镜通常不愿意改变对低功率目镜、低功耗的物镜是低水平的放大的*佳选择。

图4 视野在低放大倍率的图像

与cfi60 0.5x目的，用户可以观察和在很宽的视场照片。以一个实际视场为50毫米，这样做的目的是用于宏观观测的大型标本，如椴树茎细节说明在图4。相比传统的无限远光学系统，由目的提供的图像区域面积的五倍以上。实际尺寸是35毫米胶片摄影的可能。

主要制造商已经提供了约4倍，2x物镜，甚至1X功率。CFI市鼎策0.5x目的，以其特殊的配件，提供了5倍的图像在目镜，并将照片自然1x图像大小，35毫米胶片上（参见图4）。镜头的细节和色彩校正提供了一个非常高的水平，使显微镜提供尽可能宽的放大倍数范围。

符合人体工程学的设计

显微镜不仅仅是光学；它是实验室仪器的科学家*有物理接触。当购买一个仪器，人可以坐在一小时的时间，考虑身体的舒适是很重要的。这是不能在规格表容易表达。它必须亲身经历。

在许多古老的显微镜（甚至更近一些的），各种控件被放置在他们的制造商*方便。这有时会导致尴尬或不便。

各大厂商已经将人机工程学在他们站的设计，但Eclipse工具带来符合人体工程学的考虑到一个更高的水平。用户如何在他们的仪器的广泛研究，方便到达的距离测量，和舒适的手臂和头部位置测定的设计考虑。位置的载物台处理和聚焦控制旋钮Ni-U显微镜与传统显微镜在图5）。保持一个自然的位置，双手从体等距，应变能。此外，舞台处理和精细聚焦旋钮位于可单手操控，提高舒适的观察。直立和倾斜目镜管可在很多尼康的显微镜（图5）保证检测效率的提高，操作舒适性提高了使用一个系统在自然的位置。

图5 符合人体工程学的显微镜设计