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：

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。
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。
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。
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。
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。
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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