今天和大家談談顯微鏡當中最重要的部件:
物鏡。為什么是最重要且沒有之一呢?因為科研工作者們關(guān)心的解析度、信噪比等與
成像質(zhì)量息息相關(guān)的
參數(shù)都是由物鏡決定的。當然,顯微鏡的其他部分也一樣不可或缺,但是篇幅有限,即便是物鏡,我們也只能淺嘗輒止的談一談。
VEWi_;=J1 dMh:ulIY> 在生命科學研究領(lǐng)域,
光學顯微鏡的使用率絕對位列儀器的前三甲,如果有人不相信,那請看看周圍吧,不管是在實驗室,還是在醫(yī)院,我們都隨處可見顯微鏡們靚麗的身影。
`F-/QX[: 而隨著科學技術(shù)的不斷進步,在光學顯微鏡的基礎(chǔ)上,衍生出許多其他復雜的成像
系統(tǒng)。例如全內(nèi)反射熒光顯微鏡、
激光共聚焦掃描顯微鏡、多
光子激光掃描顯微鏡等等。絕大多數(shù)的科研工作者們,都需要或多或少的和顯微鏡大家族中的成員們打交道。這個時候,對這些復雜系統(tǒng)的了解就有一些迫切了。
/5S30 |K 那么作為物鏡當中,最不可不談的東西就是物鏡的最重要的參數(shù):數(shù)值孔徑。
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[$mHv,~ 數(shù)值孔徑即Numerical Aperture 所以在中國我們通常稱之為NA值,NA值的大小直接標注在物鏡上,大家平時切換物鏡的時候,有觀察過嗎?通常來說NA值越大,物鏡的成像質(zhì)量越好。為什么會這么說呢?我們先來看看數(shù)值孔徑的計算公式:
fT;s-v[`k NA = n (sin μ)
,k24w7K%d 其中n是物鏡與樣本之間介質(zhì)的折射系數(shù),μ是物鏡孔徑角的一半。
<^VJy5> 作為生命科學領(lǐng)域的研究者,我們不必去深究為什么NA的公式是如上所示,但是,我們需要了解的是為什么NA值是物鏡最重要的參數(shù),所以趁熱打鐵,我們再看看下面兩個公式:
gqZ'$7So R= 1.22λ / [NAObj + NACon]
v:IpMU-+\ R = 1.22 • λ/(2 • NA)
N4v~;;@(
上面兩個公式的左邊R,決定了物鏡的分辨率,即物鏡可以區(qū)分兩點間的最短距離。接著我們再看看公式的右邊,λ是入射光的
波長,實驗條件恒定的情況下,跟數(shù)值一樣都是定制,而我們看到NA都是處在分母的位置上,即NA值越大,R的數(shù)值就越小,分辨率就越高,所以我們觀察樣本的解析度就越高,通俗點來說,就是可放大的倍率越大。那么為什么會兩個公式呢?因為第一個是透射光的計算公式,另一個是反射光的。順帶一提的是,通常來說NACon即聚光鏡的數(shù)值孔徑要小于高倍物鏡的數(shù)值孔徑,所以熒光成像的分辨率要高于明場成像。
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