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正置时间分辨荧光显微系统

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  • 高分辨率激光共焦显微成像技术新进展

    共焦显微镜因其高分辨率和能三维立体成像的优点被广泛应用在生物、医疗、半导体等方面。文章首先分析了影响共焦显微镜分辨率的因素,主要有光源、探测器孔径和杂散光等;并结合这些因素介绍了双光子共焦碌微镜、彩色共焦显微镜、荧光共焦显微镜、光纤共焦显微镜;然后从提高系统成像速度的方面介绍了波分复用共焦显微镜和频分复用共焦显微镜;最后分析了共焦显微镜的发展趋势。一、引言随着人们对于生物医学的研究,传统的光学显微镜已经无法满足研究的需要,人们需要可以实现三维成像的显微镜。1957年Marvin Minsky提出了共焦扫描显微镜的原理。1969年,耶鲁大学的Paul Davidovits和M.David Egger设计了第一台共焦显微镜,1987年第一台商业化共焦显微镜的问世,真正实现了三维立体成像。与普通光学显微镜相比,共焦显微镜具有极其明显的优点:能对物体的不同层面进行逐层扫描,从而获得大量的物体断层图像;可以利用计算机进行图像处理;具有较高的横向分辨率和纵向分辨率;对于透明和半透明物体,可以得到其内部的结构图像;还可以对活体细胞进行观察,获取活细胞内的信息,并对获得的信息进行定量分析。自共焦显微原理被提出以来,引起了研究者的广泛关注,提高显微系统的分辨率和改善系统的性能是研究者开发新型显微镜时考虑的主要因素。近几十年,国内外学者通过对共焦显微成像系统的三维点扩散函数、光学传递函数等方面的分析,得出影响显微系统分辨率的因素,主要包括系统的激励光源、探测器孔径、杂散光等。此外,共焦显微镜的成像速度也是决定系统性能的一个重要因素,专家们也一直在进行提高系统成像速度的研究。本文主要从提高显微系统分辨率和系统成像速度这两个方面来介绍共焦显微镜的发展情况。二、共焦扫描显微镜分辨率的提高光源、探测器孔径和杂散光等是影响共焦显微镜分辨率的几个主要因素,因此可以通过改善这些方面来提高显微系统的分辨率。1.光源显微镜的成像性质在很大程度上取决于所采用光源的相干性,有关研究表明,光源相干性好的系统其分辨率要比相干性差的系统要好,并且照明光源对分辨率的改变范围达到了26.4%。因此,选取适合的照明光源对提高显微系统的分辨率有很大帮助。常规的共焦扫描显微镜主要使用普通单色激光作为光源,随着技术的进步,目前已经出现了使用飞秒激光、超白激光、高斯光束作为光源的共焦显微镜,以提高系统性能,获得更高的分辨率。①飞秒激光为光源的双先子扫描共焦显微镜双光子扫描共焦显微镜通常使用近红外的飞秒激光作为激发光源,由于红外光具有较强的穿透性,它能探测到生物样品表面下更深层的荧光图像,并且生物组织对红外光吸收少,随着探测深度的增加衰减会变小,另一方面红外光的衍射低,光束的形状保持性好。2005年,Wild等人利用双光子扫描共焦显微技术实时观察和定量分析了PAHs在植物叶片表面和内部的光降解过程。后来又进一步研究了菲从空气到叶片的迁移过程、菲在叶片内部的运动及其分布情况等,该技术可观测PAHs在叶片内部的最大深度约为200μm。②白激光( supercontinuum laser)为光源的彩色共焦显微镜彩色共焦显微镜是利用光学系统的彩色像差,光源的不同光谱成分会聚焦到样品的不同深度,通过分析由样品反射的光谱能有效地获得样品的扫描深度。2004年,美国宾夕法尼亚州立大学的Zhiwen Liu课题小组使用光子晶体光纤产生的超连续谱白光作为彩色共焦显微镜的光源,这种超连续谱白光具有大的带宽,能够提高系统的扫描范围,能达到7μm扫描深度。另外超白激光有较高的空间相干性,无斑点噪声,能提高系统的信噪比和扫描速度。③使用高斯光束的荧光共焦显微镜荧光共焦显微镜是通过激光照射样品激发样品发出荧光,再通过探测器接受荧光对样品进行观察的共焦显微镜。华南农业大学的杨初平等人研究了不同光源孔径和束斑尺寸的高斯光束对荧光共焦显微镜分辨率的影响表明:与一定孔径尺寸的平行光束相比,采用高斯光束系统可以获得更好的分辨率。 2. 探测器孔径和杂散光共焦显微镜中探测器孔径能滤除部分杂散光,提高系统的分辨率和信噪比。根据相关文献对共焦扫描显微镜的三维光学传递函数与探测器孔径之间的依赖关系的研究,可以得到探测小孔直径为:d=β*1.22λ/NA,式中,β为物镜的放大率,λ为光的波长,NA为物镜的数值孔径。由该公式确定探测器小孔的直径,一方面满足了共焦扫描系统对探测器小孔直径的要求,从而保证高的横向和纵向分辨率,另一方面,又最大限度地使由试样中发射的荧光能量被探测器接收。为了更进一步提高系统分辨率,许多研究者对共焦显微镜中探测孔径进行了改进,例如使用单模光纤代替普通针孔孔径,还有双D型孔径等。① 使用单模光纤的光纤共焦显微镜在光纤共焦显微镜中用光纤分路器代替传统共焦显微镜中的光束分路器,并以单模光纤来代替光源和探测器的微米尺寸针孔孔径。使用单模光纤的优点在于:首先,在采用寻常针孔制作的共焦显微镜中,光源、针孔、探测器等有可能不在一条直线上从而会引起像差;但是在光纤作为针孔的共焦显微镜中,即使有的部件偏离直线时也不会引入像差。其次,使用单模光纤代替微型针孔,容易清除针孔的污染,而且不易受污染。第三,在使用光纤的系统中,可以自由移动显微镜部分而不必挪动探测器。2006年德克萨斯大学使用光纤共焦显微镜进行口腔病变检测,测得的系统横向和轴向分辨率分别为2. 1µm和10µm,成像速度为15帧/s,可观测范围为200µm×200µm。② 具有D型孔径的共焦显微镜近几年,具有对称D型光瞳的共焦显微成像技术引起广泛的关注,图1所示是该系统示意图。2006年美国东北大学的Peter J.Dwyer等人使用这种共焦显微镜进行了人体皮肤内部成像的实验,测得横向分辨率为1.7士0.1µm。2009年新加坡国立大学的Wei Gong等人采用傍轴近似方法理论分析了在共焦显微镜中使用双D型孔径对轴向分辨率的影响。分析表明在图1中的d值给定时,进入瞳孔的光信号强度l会随着探测器尺寸的增加而增加;但是在探测器尺寸给定时,光信号强度I会随着d的增加而单调递减。在使用有限大小的探测器时,改变d的大小,轴向分辨率可以得到改善。 http://www.biomart.cn//upload/userfiles/image/2011/11/1321512815.png 图1 双D型孔径共焦成像系统示意图在共焦成像光学系统中,到达像面的杂散光会在像面上产生附加的强度分布,从而进一步降低了像面的对比度,限制了系统分辨率的提高,因此在显微系统设计时,杂散光的影响也是不容忽视的。一般除了使用探测小孔来抑制杂散光,其他的一些设备例如可变瞳滤波器等对杂散光也有很好的过滤作用。最近以色列魏茨曼科学研究所的O.sipSchwartz and Dan Oron等人提出在系统中使用可变瞳滤波器,这个滤波器能够使多光子荧光共焦显微镜达到分辨率阿贝极限的非线性模拟,从而改善系统的分辨率。三、共焦扫描显微成像速度的提高共焦显微镜快速的成像速度为研究者观察生物细胞中快速动态反应提供了良好的条件。在共焦扫描显微成像系统中,传统的方法是通过改善扫描探测技术来提高成像速度。现有的扫描探测技术主要有Nipkow转盘法、狭缝共焦检测法、多光束的微光学器件检测法。这些方法可以改善扫描速度,但是与系统分辨率,视场之间都存在矛盾,因此又诞生了两种提高成像速度的新型显微镜:波分复用共焦显微镜和频分复用共焦显微镜。

  • “光敏定位超高光学分辨率显微镜系统”通过验收

    http://www.cas.cn/ky/kyjz/201207/W020120712608069274506.jpg验收专家现场核查设备情况 7月11日,中国科学院计划财务局组织专家在生物物理研究所对徐涛研究员负责的“光敏定位超高光学分辨率显微镜系统”仪器研制项目进行了现场验收。 验收专家组听取了研制工作报告及经费决算报告、用户报告和技术测试报告,现场核查了设备的运行情况,审核了相关文件档案及财务账目。经过提问与讨论,验收专家组一致认为该项目实现了预期的研制目标,完成了实施方案规定的各项任务,同意通过验收。 2006年9月,美国科学家Eric首次在Science杂志上提出光敏定位显微镜(PALM)的概念,使得光学显微镜能够获得与电子显微镜相匹配的分辨率。PALM的基本原理是将荧光分子附著在目标蛋白上,利用全内反射显微镜(TIRFM)技术和单分子定位技术得到细胞内荧光蛋白纳米级分辨率的精确定位。“光敏定位超高光学分辨率显微镜系统”研制项目总体设计灵活高效,结合了TIRFM、EMCCD成像系统、闭环锁焦系统等技术,提出了新的单分子定位算法,实现了三维防漂移反馈校正、细胞内单分子的三维定位和超精细结构观察,完成了一套具有国际领先水平的超高分辨光学显微成像系统,具有较高的创新性。 目前,该系统已在细胞内单分子(如微管蛋白、离子通道等)成像方面发挥了关键作用。研究人员在Nature Methods、PNAS等杂志上发表了世界领先的研究成果,可应用于细胞生物学的超高分辨荧光成像,具有广泛的应用前景。 该项目研制的仪器符合目前蛋白质科学和系统生物学对创新仪器设备和技术的有关需求,有望产生一定的经济效益。

  • 实时超分辨率显微成像系统特点介绍

    [url=http://www.f-lab.cn/microscopes-system/storm.html][b]实时超分辨率显微成像系统[/b][/url]突破了光学显微镜的半波长分辨率极限,提供了比宽视场,共聚焦显微镜更好分辨率。实时超分辨率显微成像系统采用尼康或奥林巴斯显微镜,Chroma 滤波片,Andor公司EMCCD相机以及独特的照明系统,为客户提供全球同步的超分辨率成像系统。[img=实时超分辨率显微成像系统]http://www.f-lab.cn/Upload/storm-2.JPG[/img][b]实时超分辨率显微成像系统特点[/b]横向分辨率可达20nm,轴向分辨率可达40nm实时和线下图像重建GPU加速处理图像先进的自动聚焦硬件高分辨率X-Y-Z工作台灵活的配置[img=实时超分辨率显微成像系统]http://www.f-lab.cn/Upload/storm-1.JPG[/img]实时超分辨率显微成像系统:[url]http://www.f-lab.cn/microscopes-system/storm.html[/url]

  • 创新快捷的荧光检测评估方案 —以荧光(共聚焦)显微镜分辨率为例

    创新快捷的荧光检测评估方案 —以荧光(共聚焦)显微镜分辨率为例

    Confocal(激光共聚焦显微镜)现在已经司空见惯,甚至是超分辨(SIM等)也是屡见不鲜,今天我们就定性和定量两个方面分析显微成像系统的性能(以分辨率为例),从而更了解系统性能好坏,才能在选择显微镜时做到有的放矢 。[align=center][img=,445,262]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807261504385121_662_3450141_3.png!w445x262.jpg[/img][/align]这次我们主要测试对象为奥林巴斯(Olympus) SpinSR超高转盘共聚焦系统,搭载超分辨模块SpinSR10,配以Photometrics 公司的Prime 95B相机。[b][color=#00af50]一、定性分析[/color][/b]利用共聚焦模块与超分辨模块分别在100倍油镜下扫描,采集成像。样品采用Argolight标准测试片Argo-SIM。此测试片中的图样由激光写入,不仅无光漂白效应,而且常见波段皆可被激发,使用方便。通过标准测试片中的“间距渐变线对”图样可以快速定性评估系统空间分辨率及信噪比。Argolight的Argo-SIM标准片中共有4组间距渐变线对,分别朝向四个方向,用以测试显微镜对不同方向的分辨率。线对间距以0 nm为起点,30 nm为步进递增至390 nm。[align=center] [/align][align=center][img=,390,266]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807261505109514_806_3450141_3.png!w390x266.jpg[/img][/align][align=center]图一:用户在观看“间距渐变线对”图样(激发光488nm )[/align]实时预览状态下,我们仅用肉眼就可以看出,线对之间有无明显分开,以此大致判定系统的分辨率。线对从下往上数,如从第n根可以分开,则显微镜的分辨率大致为(n-1)*30nm左右。以下图为例:[align=center][img=,690,657]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807261506487351_747_3450141_3.png!w690x657.jpg[/img][/align][align=center]图二 定量分析示意图[/align]但是,人眼判断的精确度有限。对于关注方法学的人,仅仅定性分析已不能满足需求。需要对相关结果定量分析,得出更准确的值。[b][color=#00af50] [/color][color=#00af50]二、定量分析[/color][/b]第二阶段,我们将上述采集到的图像分别送入Argolight测试片配套的图像分析软件Daybook中自动计算出分辨率结果。为了得到更为准确的结果,分析过程中截取图像不同区域,分别计算出其分辨率,平均计算得出最终分辨率数值。[align=center][img=,468,298]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807261508270801_1889_3450141_3.png!w468x298.jpg[/img][/align][align=center]图三 Daybook软件对比度测量计算图[/align][align=center] [/align]分析过程中,Daybook软件首先自动识别图像中的线对,将强度曲线中的峰值和谷值分别进行标定,之后计算不同线对之间峰值和谷值得的光强对比度(见图三)。另外,软件允许用户选择对比度阈值,以此作为分辨率的判定标准。[align=center][img=,545,242]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807261511582801_395_3450141_3.png!w545x242.jpg[/img][/align] [align=center] confocal成像(左) 右:超分辨模块成像(右)[/align][align=center]图四 Argo-SIM测试片中的“间距渐变线对”图样的成像(激发光488 nm)[/align][align=center] [/align][align=center][img=,523,294]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2018/07/201807261513007694_2665_3450141_3.png!w523x294.jpg[/img][/align][align=center]五 Daybook软件测量结果截图[/align][align=center] 通过此次测试,我们清楚了解该显微镜的实际分辨率,验证了与厂家参数的契合度。同时,有赖于Argolight荧光显微镜测试方案的高效和便捷,整个测试过程耗时不超过30分钟。[/align][align=center]Argolight荧光标准评估片除了测试显微镜分辨率外,还可以测试其它性能如照明均匀度、光强光谱响应度、空间共定位、定位误差等等。可关注后续文章或致电了解更多功能。[/align][align=center](注)[/align][align=center]1、图片传送压缩问题,图片可能失真。烦请谅解![/align][align=center]2、测量最终结果涉及其他厂家相关产品,暂决定不公布相关测量准确数值,如需了解结果可咨询相关厂家。我司仅负责提供相关产品测量方案,不负责具体系统的评测。烦请谅解![/align]

  • 显微系统(KEYENCE—基恩士)

    [font=&]【题名】:显微系统(KEYENCE—基恩士)[/font] [font=&]【链接】: https://www.doc88.com/p-8969240676677.html?s=like&id=5[/font]

  • 倒置荧光显微镜与活细胞的培养

    倒置荧光显微镜与活细胞的培养

    细胞活体的培养,是现代生物医学界一重要科研项目,细胞的繁殖,复制,新陈代谢过程,这些都是科学家们都想观察到的现象,借助于荧光显微镜,我们可以很清楚的观察到细胞的所有繁殖过程,那么什么样的倒置荧光显微镜比较好呢? 我们需要注意一下几点:倒置荧光显微镜一般由落射荧光显微系统与倒置生物显微系统组成,采用优良的无限远色差独立校正光学系统,配置长工作距离平场消色差物镜与大视野目镜。紧凑稳定的高刚性主体,充分体现了显微操作的防振要求。落射荧光显微系统采用模块化设计理念,可以安全、快揵地调整照明系统,切换荧光滤色片组件。产品可应用于细胞组织,透明液态组织的显微观察,也可用于生物制药,医学检测、疾病预防等领域内的荧光显微术观察。 我们来看看倒置荧光显微镜到底是怎么样的!http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/06/201606131012_596689_1783654_3.jpg倒置荧光显微镜成像效果http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/06/201606131014_596690_1783654_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/06/201606131014_596691_1783654_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/06/201606131014_596692_1783654_3.jpg

  • 【分享】显微镜分辨率新极限

    德国Stefan Hell 教授获得德国未来奖, Leica将开发STED 显微镜遵循了130年的Abbé定律, 光学显微镜物理分辨极限200纳米, 最近被德国生物物理化学研究所教授Stefan Hell突破.STED荧光显微镜能够获取20NM 的细节.该值是Abbé定律的十倍.2006年11月23日Stefan Hell获得了德国未来奖.Leica获得STED显微镜专利授权, 将于2007年发布该类产品, 新的系统在 Wetzlar和Mannheim生产.

  • 【网络讲座】快速原子力显微镜和超分辨光学系统联用技术 (2016-11-11 10:00 )

    【网络讲座】快速原子力显微镜和超分辨光学系统联用技术 (2016-11-11 10:00 )

    【网络讲座】:快速原子力显微镜和超分辨光学系统联用技术【讲座时间】:2016-11-11 10:00【主讲人】:樊友杰先生,JPK Instruments AG,中国区技术负责人。樊先生长期从事原子力显微镜在生物学领域的成像与力学表征以及高速原子力显微镜与先进光学系统(如Raman/STED)的联用工作。【会议简介】原子力显微镜由于其对样品的是否导电或是否处于液体环境没有要求被广泛应用于科学研究的各个领域。原子力显微镜可以获得样品役区域的表面形貌和力学性质(如粘性和硬度等)。随着应用领域的不断扩展和对仪器性能越来越高的要求,尤其是生物研究者希望能实时监测细胞和蛋白分子的反应过程,对原子力的扫描速度提出了越来越高的要求。传统的原子力的扫描速度已经无法满足需要了。同时因为原子力只能得到形貌和力学性质而无法获得样品的化学信息和样品内部结构,研究者希望能将原子力与光学仪器联用起来,这样,就能同时获得同区域的原子力信息和光学信息。本次的webinar,将会为大家带来JPK公司的最新快速原子力显微镜与超分辨光学系统联用的最新进展。-------------------------------------------------------------------------------1、报名条件:只要您是仪器网注册用户均可报名参加。2、报名截止时间:2016-11-11 10:003、报名参会:http://www.instrument.com.cn/webinar/meeting/meetingInsidePage/2174http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2016/09/201609271102_612272_2507958_3.jpg扫描二维码,报名参会4、报名及参会咨询:QQ群—290101720,扫码入群“大讲堂”http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191701_669141_2507958_3.gif

  • 【求助】时间分辨荧光

    请教:请问PE的LS可以做时间分辨荧光免疫分析吗?与专用的时间分辨荧光光谱仪有什么区别吗?

  • 美德科学家因超分辨率荧光显微镜获诺贝尔化学奖(转载)

    瑞典皇家科学院8日宣布,将2014年诺贝尔化学奖授予美国科学家埃里克·贝齐格、威廉·莫纳和德国科学家斯特凡·黑尔,以表彰他们为发展超分辨率荧光显微镜所作的贡献。 诺贝尔化学奖评选委员会当天声明说,长期以来,光学显微镜的分辨率被认为不会超过光波波长的一半,这被称为“阿贝分辨率”。借助荧光分子的帮助,今年获奖者们的研究成果巧妙地绕过了经典光学的这一“束缚”,他们开创性的成就使光学显微镜能够窥探纳米世界。如今,纳米级分辨率的显微镜在世界范围内广泛运用,人类每天都能从其带来的新知识中获益。 声明还说,黑尔于2000年开发出受激发射损耗(STED)显微镜,他用一束激光激发荧光分子发光,再用另一束激光消除掉纳米尺寸以外的所有荧光,通过两束激光交替扫描样本,呈现出突破“阿贝分辨率”的图像。贝齐格和莫纳通过各自的独立研究,为另一种显微镜技术——单分子显微镜的发展奠定了基础,这一方法主要是依靠开关单个荧光分子来实现更清晰的成像。2006年,贝齐格第一次应用了这种方法。因此,这两项成果同获今年诺贝尔化学奖。 今年诺贝尔化学奖奖金共800万瑞典克朗(约合111万美元),将由三位获奖者平分。

  • 超高分辨显微镜及其在生物医学领域的应用

    [align=center][font='times new roman'][size=16px][b]超高分辨[/b][/size][/font][font='times new roman'][size=16px][b]显微镜及其在生物医学领域的应用[/b][/size][/font][/align][align=center][font='times new roman'][size=14px]刘皎[/size][/font][font='times new roman'][sup][size=14px]1[/size][/sup][/font][font='times new roman'][size=14px],[/size][/font][font='times new roman'][sup][size=14px] [/size][/sup][/font][font='times new roman'][size=14px]吴晶[/size][/font][font='times new roman'][sup][size=14px]1[/size][/sup][/font][/align][align=center]1. [font='times new roman']北京大学医药卫生分析中心,北京,[/font][font='times new roman']100191[/font][/align][font='times new roman'][b]摘要[/b][/font][font='times new roman'][b] [/b][/font][font='times new roman']超高分辨显微镜([/font][font='times new roman']Super-Resolution Microscopy[/font][font='times new roman'])作为一类强大的科学工具,可以突破传统光学显微镜的分辨极限,实现对微小结构的高分辨率成像,已经在生物医学领域引起了广泛的关注和应用。本文将探讨超高分辨显微镜的不同类型和原理,介绍[/font][font='times new roman']其[/font][font='times new roman']在生物医学领域的应用[/font][font='times new roman']及展望其未来发展[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman'][b]Abstract[/b][/font][font='times new roman']Super Resolution Microscopy[/font][font='times new roman'], as a powerful scientific tool, can break through the resolution limit of traditional optical microscopes and achieve high-resolution imaging of small structures. It has attracted widespread attention and application in the biomedical field. This article will explore the different types and principles of Super Resolution Microscopy, introduce their applications in the biomedical field, and look forward to their future development[/font][font='times new roman'].[/font][font='times new roman'][b]关键词[/b][/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']显微镜,[/font][font='times new roman']成像技术[/font][font='times new roman'],应用[/font][font='times new roman'][b]1 [/b][/font][font='times new roman'][b]引言[/b][/font][font='times new roman']显微镜的产生和发展对于生命科学研究的进步有至关重要的作用[/font][font='times new roman'],它将微观世界呈现在大家面前,包括微生物的存在、组织细胞结构及生理病理活动等。显微镜技术的不断革新将成像分辨率不断提高,但相当长一段时间内光学成像无法突破一个极限值,即[/font][font='times new roman']xy[/font][font='times new roman']轴横向分辨率约[/font][font='times new roman']200nm[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']z[/font][font='times new roman']轴纵向分辨率约[/font][font='times new roman']500nm[/font][font='times new roman'],因此小于这个尺寸的生命活动和结构[/font][font='times new roman'],如病毒、亚细胞结构等,[/font][font='times new roman']是无法清楚地观察到的[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']聚焦点的光强会根据点扩散函数([/font][font='times new roman']point spread functio[/font][font='times new roman']n[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']PSF[/font][font='times new roman'])而展开[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']对于圆形孔径,[/font][font='times new roman']PSF[/font][font='times new roman']呈现为艾里斑([/font][font='times new roman']Airy disk[/font][font='times new roman'])的模式[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']激光扫描共聚焦显微镜([/font][font='times new roman']Confocal Laser Scanning Microscopy, CLSM[/font][font='times new roman'])的分辨率取决于[/font][font='times new roman']PSF[/font][font='times new roman']的大小,如果焦点很小,则每个像素[/font][font='times new roman']点[/font][font='times new roman']获取到的信息也很小,从而得到清晰锐利的图像;反之,则结果图像变得模糊。因此,[/font][font='times new roman']CLSM[/font][font='times new roman']成像的[/font][font='times new roman']主要挑战在于实现越来越小的[/font][font='times new roman']PSF[/font][font='times new roman']以获得更好的分辨率。德国物理学家恩斯特[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']阿贝([/font][font='times new roman']Ernst Abbe[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']1840-1905[/font][font='times new roman']年)在[/font][font='times new roman']19[/font][font='times new roman']世纪[/font][font='times new roman']70[/font][font='times new roman']年代首次[/font][font='times new roman']提出阿贝衍射极限,即[/font][font='times new roman']由于衍射效应,[/font][font='times new roman']PSF[/font][font='times new roman']大[/font][font='times new roman']小与[/font][font='times new roman']λ/NA[/font][font='times new roman']成正比([/font][font='times new roman']d=0.61λ/NA[/font][font='times new roman']),其中[/font][font='times new roman']λ[/font][font='times new roman']是光的波长,[/font][font='times new roman']NA[/font][font='times new roman']是物镜最重要的参数[/font][font='times new roman']——[/font][font='times new roman']数值孔径[/font][font='times new roman']。由于可见光波长范围在[/font][font='times new roman']400-760nm[/font][font='times new roman']之间,[/font][font='times new roman']NA[/font][font='times new roman']值最大在[/font][font='times new roman']1.7[/font][font='times new roman']左右,所以分辨率极限在[/font][font='times new roman']200nm[/font][font='times new roman']左右。随着物理学和测量技术的进步,突破衍射极限的显微镜不断涌现,目前公认的超高分辨显微镜主要有三类,包括[/font][font='times new roman']结构照明显微镜([/font][font='times new roman']Structured Illumination Microscopy[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman'])[/font][font='times new roman'],受激发射减耗显微镜([/font][font='times new roman']Stimulated Emission Depletion Microscopy[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']),和[/font][font='times new roman']单分子定位显微镜。单分子定位显微镜包括光敏定位显微镜([/font][font='times new roman']Photoactivation Localization Microscopy[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']PALM[/font][font='times new roman'])和随机光学重建显微镜([/font][font='times new roman']Stochastic Optical Reconstruction Microscopy[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']STORM[/font][font='times new roman'])[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']2014[/font][font='times new roman']年三位科学家[/font][font='times new roman']史蒂芬[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']霍尔([/font][font='times new roman']Stefan W. Hell[/font][font='times new roman'])[/font][font='times new roman']、埃里克[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']贝兹([/font][font='times new roman']Eric Betzig[/font][font='times new roman'])和威廉[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']莫纳([/font][font='times new roman']William E. Moerner[/font][font='times new roman'])因他们在超[/font][font='times new roman']高[/font][font='times new roman']分辨显微镜技术领域的贡献而获得了诺贝尔化学奖。[/font][font='times new roman'][b]2 [/b][/font][font='times new roman'][b]不同类型的超高分辨显微镜[/b][/font][font='times new roman'][b]2.1[/b][/font][font='times new roman'][b] [/b][/font][font='times new roman'][b]结构照明显微镜([/b][/font][font='times new roman'][b]Structured Illumination Microscopy[/b][/font][font='times new roman'][b],[/b][/font][font='times new roman'][b]SIM[/b][/font][font='times new roman'][b])[/b][/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']本质是利用两束激发光在样品上进行干涉,产生明暗交替的莫尔条纹,高空间频率的莫尔条纹会放大激发条纹与样品空间频率不一致的结构,从而将样品中的高频信息整合入收集到的图像中。[/font][font='times new roman']通过投射特殊的光照明模式如格点或条纹光栅,以一定的模式照射样品,引入空间频率信息,采集多个图像并经过复杂的数据处理之后,重建高分辨率图像。由于每个图像都采用不同的结构照明模式,包含了不同的信息,合并后的图像能够展示出比传统显微镜更多的细节[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']相比于其他超高分辨成像技术,[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']最大的优势就是宽场[/font][font='times new roman']成像,速度快,基本可以达到实时观察。[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']技术的前身可以追溯到[/font][font='times new roman']20[/font][font='times new roman']世纪[/font][font='times new roman']70[/font][font='times new roman']年代初。当时,光学学家特奥多尔[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']赫普恩([/font][font='times new roman']Theodor [/font][font='times new roman']H?upl[/font][font='times new roman'])首次提出了使用周期性光栅照明来提高显微镜分辨率的想法。这奠定了[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']技术的基础,尽管当时还没有实际的[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']显微镜。[/font][font='times new roman']21[/font][font='times new roman']世纪初期,史蒂芬[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']霍尔([/font][font='times new roman']Stefan W. Hell[/font][font='times new roman'])和埃里克[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']贝兹([/font][font='times new roman']Eric Betzig[/font][font='times new roman'])等科学家分别独立开发了[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']的现代版本。[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']技术开始广泛传播,吸引了生物学家和显微镜专家的关注。它被认为是一种相对低成本的[/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']率成像方法,因为它不需要昂贵的激光设备或复杂的样品准备。[/font][font='times new roman'][b]2.2 [/b][/font][font='times new roman'][b]受激发射减耗[/b][/font][font='times new roman'][b]显微镜([/b][/font][font='times new roman'][b]Stimulated Emission Depletion Microscopy[/b][/font][font='times new roman'][b],[/b][/font][font='times new roman'][b]STED[/b][/font][font='times new roman'][b])[/b][/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']技术的概念最早由斯德哥尔摩大学的斯蒂芬[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']霍尔([/font][font='times new roman']Stefan W. Hell[/font][font='times new roman'])提出。他的想法是通过将激发光束与一个特殊的抑制光束结合,从而实现对荧光标记物的光抑制,[/font][font='times new roman']通过受激辐射淬灭光斑外围的荧光分子,[/font][font='times new roman']使其在空间上变得更加紧凑,[/font][font='times new roman']减少[/font][font='times new roman']PSF[/font][font='times new roman']从而提高分辨率。[/font][font='times new roman']我们也叫“甜甜圈”技术。[/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']显微镜背后基本思想就是利用非线性光学设计一个低于阿贝衍射极限的更小[/font][font='times new roman']PSF[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']分辨率与[/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']光强有关,提高[/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']光的强度可以使荧光光斑焦[/font][font='times new roman']点中心直径趋于[/font][font='times new roman']0[/font][font='times new roman'],但是实际应用中,光损伤较大,[/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']光强不可能无限增加,顾[/font][font='times new roman']其分辨率[/font][font='times new roman']最高[/font][font='times new roman']可达到[/font][font='times new roman']3[/font][font='times new roman']0[/font][font='times new roman']nm[/font][font='times new roman']左右[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']目前的[/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']只能应用于较薄的组织器官或细胞,光毒性较强,成像厚度有限不太适合活体或活细胞长时间成像。[/font][font='times new roman']STED[/font][font='times new roman']光路较为复杂,对系统稳定性要求较高。[/font][font='times new roman'][b]2.3 [/b][/font][font='times new roman'][b]单分子定位显微镜[/b][/font][font='times new roman']单分子定位显微镜[/font][font='times new roman']中荧光标记的单个分子被分别激发和检测。单分子的中心可以以极高的精度确定从而实现高分辨率,包括光敏定位显微镜([/font][font='times new roman']Photoactivation Localization Microscopy[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']PALM[/font][font='times new roman'])和随机光学重建显微镜([/font][font='times new roman']Stochastic Optical Reconstruction Microscopy[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']STORM[/font][font='times new roman'])。[/font][font='times new roman']PALM[/font][font='times new roman']的历史可以追溯到[/font][font='times new roman']2006[/font][font='times new roman']年,由埃里克[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']贝兹([/font][font='times new roman']Eric Betzig[/font][font='times new roman'])和哈拉尔德[/font][font='times new roman'][/font][font='times new roman']赫斯([/font][font='times new roman']Harald Hess[/font][font='times new roman'])提出了单分子定位这一概念。在[/font][font='times new roman']PALM[/font][font='times new roman']中,样品中的分子被标记上特定的荧光染料。这些染料可以通过光激活从一个基态转变到一个激发态,此过程可通过使用激活光(通常是紫外光)来实现。同期[/font][font='times new roman']STORM[/font][font='times new roman']的成像技术也发展起来,代表科学家是华人庄小威。[/font][font='times new roman']STORM[/font][font='times new roman']的工作原理与[/font][font='times new roman']PALM[/font][font='times new roman']类似,是通过特殊的分子标记和随机活性化,实现单分子定位进而实现超高分辨率成像。具有光激活能力的标记物通常在某种光照条件下会发光,但也会在某一时刻被随机地熄灭。这种随机光熄灭是[/font][font='times new roman']PALM[/font][font='times new roman']技术的关键,因为它允许在不同时间点捕获标记物的位置。通过记录标记物的位置,可以得到它们的坐标。这一过程需要在短时间内多次拍摄样品,以获得足够多的数据点。最后,通过将多个标记物的坐标叠加在一起,可以生成高分辨率的图像。这种以成像时间换取空间分辨率的形式,使得[/font][font='times new roman']PALM[/font][font='times new roman']或[/font][font='times new roman']STORM[/font][font='times new roman']的分辨率通常能够达到数十纳米。[/font][font='times new roman'][b]3 [/b][/font][font='times new roman'][b]应用领域和未来发展[/b][/font][font='times new roman']超高分辨显微镜可以探索微观世界的无限可能性,已经彻底改变了科学研究的方式。在细胞生物学领域,它被用于研究[/font][font='times new roman']亚细胞结构,如微丝、微管、肌动蛋白等,[/font][font='times new roman']细胞器[/font][font='times new roman']如线粒体、溶酶体等,[/font][font='times new roman']分子分布和细胞膜动态、观察蛋白质的相互作用;在神经科学领域,它可用于观察神经元的亚细胞结构和突触的细节,有助于解剖和理解神经系统的结构和功能,以及神经系统相关疾病的机制;在癌症研究领域,被用于研究癌细胞的特征、蛋白质分布以及肿瘤微环境,这对于癌症的早期诊断和治疗规划非常重要;在材料科学领域,它被用于研究纳米材料的结构和性质、帮助科学家精确控制和制备纳米结构;在药物研发领域,它可用于研究药物靶标蛋白的定位和与其他分子的相互作用,这对于药物设计和筛选非常重要[/font][font='times new roman'];在微生物领域,对于研究细菌[/font][font='times new roman']结构变化至关重要,规避了电子显微镜无法进行活体成像等弊端,可以更加推进微生物学发展。[/font][font='times new roman']当然,[/font][font='times new roman']超[/font][font='times new roman']高[/font][font='times new roman']分辨成像技术[/font][font='times new roman']也有一定的挑战。超高分辨成像技术[/font][font='times new roman']通常需要高度复杂的设备和精密的校准,这使得其设备成本相对较高,[/font][font='times new roman']再加上样本制备的困难,[/font][font='times new roman']限制了其广泛应用。[/font][font='times new roman']样品准备在超高分辨成像中具有重要作用,新的标记技术和荧光探针的发展将提高成像的灵敏度和特异性[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']开发更友好、无损伤的样品准备方法,以减少对样品的干扰[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']甚至[/font][font='times new roman']包括无标记成像技术以减少样品标记的需求。开源软件和自动化工作流程将使超高分辨成像技术更易于使用和共享,促进科学研究的进展。[/font][font='times new roman']超高分辨技术通常对于三维成像和大样本的深度成像有限制,需要克服分辨率和深度之间的权衡。[/font][font='times new roman']同时超高分辨[/font][font='times new roman']成像的时间分辨率还可以继续提升[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']虽然[/font][font='times new roman']目前[/font][font='times new roman']SIM[/font][font='times new roman']和[/font][font='times new roman']minflux[/font][font='times new roman']更适合[/font][font='times new roman']观察[/font][font='times new roman']活细胞[/font][font='times new roman']动态过程,但时间分辨率的提高仍然是一个挑战,特别是对于极短时间尺度的现象[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']这将使科学家能够更深入地探索微观世界,并获得更多信息。[/font][font='times new roman']随着技术的不断进步,[/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']成像有望在[/font][font='times new roman']包括临床医学[/font][font='times new roman']等[/font][font='times new roman']更多领域得到广泛应用[/font][font='times new roman'],未[/font][font='times new roman']来如果能实现超高分辨的动物甚至人的[/font][font='times new roman']活体成像,减少样品固定和处理的需求,允许观察生物过程的实时发生[/font][font='times new roman']将会更有现实意义[/font][font='times new roman']。[/font][font='times new roman']并且在科学研究的需求下,[/font][font='times new roman']多模态[/font][font='times new roman']或多尺度[/font][font='times new roman']成像将[/font][font='times new roman']与[/font][font='times new roman']不同[/font][font='times new roman']的[/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']技术相结合,[/font][font='times new roman']例如,结合光学成像和质谱成像[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']从分子水平到组织水平[/font][font='times new roman']提供[/font][font='times new roman']生命活动[/font][font='times new roman']更全面的信息。[/font][font='times new roman']也可以[/font][font='times new roman']发展高通量的样品处理和成像技术,以便更快速地获得大规模的数据。[/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']成像生成的数据量巨大,处理和分析这些大数据需要强大的计算资源和高效的算法。数据存储和传输也是挑战。[/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']成像数据可能受到噪声和伪迹的影响,这需要高级的图像处理技术来减少其影响,以获得准确的图像。数据分析通常需要复杂的算法和数学模型,需要专业知识和技能。对于某些应用,如神经科学中的活体成像,需要实时数据分析,这增加了挑战。深度学习和人工智能技术[/font][font='times new roman']有望[/font][font='times new roman']在数据分析中发挥越来越重要的作用,[/font][font='times new roman']实现[/font][font='times new roman']自动处理和解释图像数据。发展实时数据分析技术,使科学家能够在数据采集过程中获得及时反馈。开发更易用的高级图像处理工具,使非专业用户也能够进行数据分析。结合不同成像技术和数据源的信息,以提供更全面的信息。开发自动化和高通量的数据分析工作流程,以应对大规模数据的挑战。促进数据共享和开放科学,以促进合作和加速科学研究的进展。未来,随着计算能力的提高和新技术的引入,[/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']成像数据分析将变得更加强大和高效。这将有助于更深入地理解微观世界,并在生物学、医学、材料科学等领域推动创新和发展。[/font][font='times new roman']总的来说,尽管[/font][font='times new roman']超高分辨[/font][font='times new roman']成像面临一些挑战,但其前景充满希望。未来的发展将使这一领域更加强大,有望在科学研究和实际应用中提供更多的机会和洞察力。[/font][font='times new roman'][b]4 [/b][/font][font='times new roman'][b]结论和展望[/b][/font][font='times new roman']超高分辨显微镜的成像原理基于破解传统显微镜的分辨极限,通过结构照明、图像重建[/font][font='times new roman']和单分子成像等策略,实现对微小结构的高分辨率成像。这一技术的应用领域包括生物学、材料科学、纳米技术和医学等,有望推动科学研究的进一步发展。超高分辨显微镜已经在生物医学领域取得了显著的突破,使研究人员更深入地理解细胞和分子结构。然而,仍然存在挑战,包括样品准备和数据分析的复杂性。未来,我们可以期待更多技术的发展,以进一步提高分辨率和扩大应用领域。[/font][font='times new roman']随着技术的不断发展,我们可以期待更多超分辨显微镜技术的突破,如更高分辨率、更高灵敏度和更快成像速度。超分辨显微镜的应用也将继续扩展到新的领域,如药物研发、个性化医学和环境科学。它将为我们提供更多工具来解决生物学的重要问题,如疾病机制、药物研发和生态系统健康。总之,超分辨显微镜技术的未来展望是光明的,它将继续推动科学研究向前迈进,揭示微观世界的微小奥秘,为改善生活质量和解决全球挑战做出贡献。这个领域的不断创新将激发更多科学家的热情,共同追求更深入的科学知识和更广泛的应用。[/font][font='times new roman'][b]参考文献[/b][/font][font='times new roman']Hell[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']S [/font][font='times new roman']W[/font][font='times new roman'].[/font][font='times new roman']Far-field[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']optical[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']nanoscopy[/font][font='times new roman'][J][/font][font='times new roman'].[/font][font='times new roman']Science[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']2007[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']316(5828)[/font][font='times new roman']:[/font][font='times new roman']1153-1158[/font][font='times new roman']Hell[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']S W[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']Wichmann J[/font][font='times new roman'].[/font][font='times new roman']Breaking[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']the diffraction[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']resolution[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']limit[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']by stimulated[/font][font='times new roman']-[/font][font='times new roman']emission[/font][font='times new roman']-[/font][font='times new roman']depletion fluorescence[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']microscopy[J][/font][font='times new roman'].[/font][font='times new roman']Optics[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']Letters[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']1994[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']19(11)[/font][font='times new roman']:[/font][font='times new roman']780-782[/font][font='times new roman']Dani A[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']Huang B[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']Bergan J[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']et[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']a1[/font][font='times new roman'].[/font][font='times new roman'] Super-resolution[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']imaging of chemical synapses[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']in the brain[J][/font][font='times new roman'].[/font][font='times new roman']Neuron[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']2010[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']68(5)[/font][font='times new roman']:[/font][font='times new roman']843[/font][font='times new roman']—[/font][font='times new roman']856[/font][font='times new roman']PATTERSON[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']G[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']DAVIDSON[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']M[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']MANLEY[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']S[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']et[/font][font='times new roman'] [/font][font='times new roman']al[/font][font='times new roman']. [/font][font='times new roman']Superresolution[/font][font='times new roman'] imaging using single-molecule localization[/font][font='times new roman'][J][/font][font='times new roman'].[/font][font='times new roman']A[/font][font='times new roman']nnual Review of Chemistry[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']2010[/font][font='times new roman'],[/font][font='times new roman']6[/font][font='times new roman']1:345-367[/font]

  • 【分享】显微镜的分辨率

    显微镜的分辨率是衡量显微镜性能的又一个重要技术参数。 分辨率又称"鉴别率","解像力";是指显微镜(或人的眼睛距目标25cm处)能分辨物体最小间隔的能力,分辨力的大小决定于光的波长和数值孔径(又称:镜口率)以及介质的折射率。 显微镜的分辨率用公式表示为:d=l/NA;式中d为最小分辨距离;l为光线的波长;NA为物镜的数值孔径。可见物镜的分辨率是由物镜的NA值与照明光源的波长两个因素决定。NA值越大,照明光线波长越短,则d值越小,分辨率就越高。 如果要提高显微镜的分辨率,即减小d值,奥秋仪器建议采取以下措施1. 降低波长l值,使用短波长光源。2.曾大介质h值和提高NA值(NA=hsinu/2)。3.增大孔径角。4.增加明暗反差。

  • 【新闻】美国研制高分辨率光学显微镜

    美国科学家称,利用世界上最先进的高分辨率光学显微镜,他们观察到了H2AX蛋白质在细胞核内的团状分布情况,以及DNA受损后它们如何移动到所需地方对基因进行“急救”或修复。 目前,有许多生物过程都是无法用视觉观察到的,原因是高分辨率电子显微镜常常因样品制备问题出现偏差,而光学显微镜虽然容易制备且能观察活细胞,但其分辨率却比较低。然而,通过对光波进行适当的操作,生物科学家扩展了光学显微镜的能力,成功地研制出4Pi显微镜,并通过它观察到了细胞的成分,其中包括细胞核的内部结构。 在新出版的美国《国家科学院学报》上,美国杰克逊实验室分子生物物理学所研究人员乔尔格• 毕瓦斯多夫及其合作者联合发表文章介绍说,借助4Pi光学显微镜,他们观察到了DNA双螺旋结构断裂情况下细胞的反应,并发现了DNA双螺旋结构断裂(即遗传物质严重受损)后引发的细胞内H2AX蛋白质一系列验证和修复损伤动作。如果细胞成分在修复过程中出现缺陷,则存在着发生癌症和免疫问题的危险,因此细胞内的反应十分重要。 H2AX是一种组蛋白。作为结构蛋白质,它们能缠绕在受损的DNA上,同时它们具有基因管理和基因修复的功能。H2AX在DNA受损后能快速做出反应,转变成γ-H2AX,这对协调发信号和修复等极其重要。 利用选择性着色技术和4Pi显微镜,毕瓦斯多夫还观察到H2AX组蛋白成团状均匀地分布在细胞核内。他认为,这种团状结构或许决定了DNA发生断裂时,γ-H2AX进行对应扩散的边界。 毕瓦斯多夫说:“H2AX团状分布也许为迅速和有效地应对DNA受损提供了平台。下一步,我们将分析H2AX团的位置及与其他细胞核成分的关系。”

  • 【网络讲座】:3月31日 显微成像与显微切割在干细胞研究领域应用实例分享

    【网络讲座】:3月31日 显微成像与显微切割在干细胞研究领域应用实例分享

    【专家讲座】:显微成像与显微切割在干细胞研究领域应用实例分享【讲座时间】:2016年03月31日 10:00【主讲人】:张坤 徕卡显微系统生命科学部应用专家。【会议简介】干细胞涉及到个体发育、器官移植、延缓衰老、癌症治疗等方方面面。单个的干细胞是如何分裂、分化成新的细胞、组织或器官呢?在成体中,干细胞又是如何完成细胞修复更新的使命呢?如果要将特定的干细胞从复杂的组织器官中分离出来,分析其特异的遗传、代谢性质,该采用什么样的手段呢?在这次Webinar中,我们将介绍如何借助共聚焦、双光子、超高分辨率显微镜及激光显微切割等先进的显微成像分析技术一一解决在干细胞研究中的这些问题。-------------------------------------------------------------------------------1、报名条件:只要您是仪器网注册用户均可报名参加。2、报名截止时间:2016年03月31日 9:304、报名参会:http://www.instrument.com.cn/webinar/meeting/meetingInsidePage/18985、报名及参会咨询:QQ群—171692483http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191700_667315_2507958_3.jpg

  • 【分享】英研制分辨率最高光学显微镜 可观测50纳米物体

    【分享】英研制分辨率最高光学显微镜 可观测50纳米物体

    http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103062216_281178_2193245_3.jpg英研制分辨率最高光学显微镜 可观测50纳米物体  英国曼彻斯特大学科学家近期研制出了世界上分辨率最高的光学显微镜,能够观测50纳米大小的物体。这是世界上第一个能在普通白光照明下直接观测纳米级物体的光学显微镜。  他们的成果发表在最新一期的《通信与自然》杂志上。由于光的衍射特性的限制,光学显微镜的观测极限通常约为1微米。研究人员通过为光学显微镜添加一种特殊“透明微米球透镜”,克服了上述障碍,使这一极限达到50纳米,观测能力提高了20倍。(注:1微米等于1000纳米)  这项成果的核心是利用物体发散出的一种逐渐消失的“隐失波”。顾名思义,“隐失波”是一种逐步消失的光波,但很重要的是,它不受限于光的衍射极限,所以如果我们能捕捉住这种光,就很有希望观测到比传统成像办法高清许多的图像。曼彻斯特大学科研人员在“透明微米球透镜”的帮助下,收集到“失波”并把它转到传统显微镜,这样科学家用肉眼就可看到通常需要其它间接方法才能观测到的细微之处,譬如通过原子力显微镜或扫描电子显微镜观测。  曼彻斯特大学激光加工研究中心的李琳教授认为,这项技术在生物学研究方面的应用前景广阔,特别是对细胞、细菌甚至是病毒的研究。  李琳教授表示:“目前应用于生物学研究领域的显微镜技术特别费时,举个例子,如果我们用荧光显微镜进行观测,需要花两天时间准备一个观测所需的样品,而这些准备好的样品只有10%到20%有用。因此,直接观察细胞技术的引进将能带来潜在的收益。”

  • 【原创】普通生物显微镜可变成媲美共焦显微镜的高分辨率显微镜

    分子级高分辨率的激光扫描共焦显微镜和结构照明显微镜是在细胞生物学和其他相关领域强有力的研究工具,但是它们高昂的价格也使很多潜在用户望而却步。波士顿大学的科学家最近开发出一种显微新技术 (HiLo Microscopy),能够将普通的广域荧光显微镜变成可与激光扫描共焦显微镜和结构照明显微镜相媲美的高分辨率生物显微镜。这一技术包括一个简单的可以在均衡光源和结构光源之间自由转换的显微镜附件和一套功能强大的图像处理软件。该软件仅通过处理在均衡光源和结构光源条件下拍摄的两张分辨率不同的照片就可以得到全分辨率的三维图像。这一技术可用于任何现有的广域荧光显微镜,而成本大大低于激光扫描共焦显微镜和结构照明显微镜。由于成像机理简单,该技术的成像速度是常用的生物显微技术中最快的,而且操作简便,不受样本移动的影响。波士顿大学目前正在积极寻求企业合作,争取早日将这一突破性的技术推向市场。

  • 第三代半导体科研新利器——高分辨显微热分布测试系统

    [align=center][/align][align=center][img=,361,450]http://www.gmatg.com/uploads/images/20190701/156197148029231.jpg[/img][/align][align=center][b]显微热分布测试系统[/b][/align]LED的诞生是现代生活的一大进步,LED在逐渐成长的过程中,伴随许多失效、故障等问题,然而这些问题的罪魁祸首首指发热问题,LED的发热不均往往会成为LED功能降低甚至失效的原因,为此,金鉴采用法国的ULIS非晶硅红外探测器,通过算法、芯片和图像传感技术的改进,打造高精智能化的测试体系,整合出一套显微热分布测试系统,价格远低于由国外同类产品,同样的功能,但却有更精确的数据整理系统、更方便的操作体系,正应证了“最好的检测设备是一线的测试工程师研发出来的!”这句话。金鉴显微热分布测试系统已演化到第四代:配备20um的微距镜,可用于观察芯片微米级别的红外热分布;通过软件算法处理,图像的分辨率高达5um,能看清芯片晶道;高低温数显精密控温系统,可以模拟芯片工作温度;区域发射率校准软件设置,以达到精准测温度的目的;具备人工智能触发记录和大数据存储功能,适合电子行业相关的来料检验、研发检测和客诉处理,以达到企业节省20%的研发和品质支出的目的。[b]与传统红外热像仪相比,金鉴显微热分布测试系统优点显著:[/b][align=center][img=,715,864]http://www.gmatg.com/uploads/images/20190103/154647612434531.jpg[/img][/align][color=#666666][/color][color=#666666][/color][align=center][/align][b]应用领域:[/b][color=#666666]芯片电极设计、芯片来料检验、失效分析、灯具热分布测量、灯具灯珠芯片升温热分布动态采集、集成电路失效分析、无损失效分析。[/color][color=#666666][/color][b][/b][color=#666666][b]金鉴显微热分布测试系统特点:[/b][/color][b]1. 20μm微距镜,通过软件强化像素功能将画质清晰度提高4倍,图像分辨率提高至5μm,可用于观察芯片微米级别的红外热分布。[/b]LED芯片是LED产业的最核心器件,芯片温度过高会严重影响LED产品质量; 但芯片及芯片内部的温度分布一直是检测难点;金鉴自研发的显微热分布测试系统可对LED芯片温度进行检测,通过对内部的温度分布分析,改善设计,提高LED产品质量。金线和正负电极的温度分布状况可以为研发人员提供布线设计依据,以及为芯片研发散热系统提供直观的芯片热分布数据。[align=center][img=,500,323]http://www.gmatg.com/uploads/images/20180807/153364372896451.jpg[/img][/align][align=center]芯片热分布图[/align][align=left][b]2. 模拟器件实际工作温度进行测试,测试数据更真实有效[/b]LED光源的光热性能受温度的影响较大,脱离实际工作温度所测试的结果准确性较差,甚至毫无意义。而金鉴自主研发的显微热分布测试系统配备有高低温数显精密控温平台,能稳定控制灯珠引脚温度和基板温度,模拟模拟器件实际工作温度进行测试,提供更为真实有效的数据。该测试平台还配备有水冷降温系统,在100s内可将平台温度由100℃降到室温,有效解决了样品台降温困难的问题,该系统还可以稳定控制样品台温度维持在0℃-室温,适用于一些需要保持低温工作的器件。[/align][b]3. 1TB超大视频录制支持老化测试等长期实时在线监测[/b]金鉴显微热分布测试系统的全辐射视频录像可以保存每一帧画面所有像素的温度数据,支持逐帧分析热过程和变化,更容易发现和确认真实的温度值,以及需要进一步检查的位置。工程师可以利用显微热分布测试系统记录灯具发热红外视频,分析出在不同的工作时间,灯具温度变化和温度分布情况,在此基础,达到分析评估LED灯具散热效果,寻找异常温度区域,定位关键失效点。(1)手机可直接录制1000帧热像视频,没有电脑也能自动采集数据。(2)自定义采样速率(最快5帧/秒)。[align=center][img]http://www.gmatg.com/uploads/images/20170822/150338472976931.gif[/img][/align][align=center][b]灯具温升变化图[/b][/align][align=center][img=,666,300]http://www.gmatg.com/uploads/images/20180807/153364376732981.jpg[/img][/align][align=center][b]灯珠芯片温升变化图[/b][/align][b]4.热灵敏度和分辨率高,便于分辨更小的温差和更小目标,提供更清晰的热像。[/b]专业测温,-20℃~650℃宽温度量程,测温误差±2℃或±2%。热灵敏度0.03℃,便于分辨更小的温差和更小目标,提供更清晰的热像。红外分辨率640x480,若使用算法改进的像素增强功能,可有4倍图像清晰度,画质提升为1280x960。[align=center][/align][b]5.支持12个点,12个框和3条线的实时温度显示、分析功能,可导出时间温度曲线、三维温度图等测试数据。[/b][align=center][img=,399,377]http://www.gmatg.com/uploads/images/20180807/153364402379501.jpg[/img][/align][align=center][/align][b]时间温度曲线: [/b] [align=center][img=,399,256]http://www.gmatg.com/uploads/images/20180807/153364403442621.jpg[/img][/align][b]三维温度图:[/b][align=center] [img=,399,287]http://www.gmatg.com/uploads/images/20180807/153364428040661.jpg[/img] [/align][b]6.手机触屏操作界面,简单易学,即开即用。[/b][align=center][b] [img]http://www.gmatg.com/uploads/images/20180807/153364429058891.jpg[/img][/b][/align]手机可直接录制1000帧热像全辐射视频;温变过程实时捕捉;没有PC也能自动采集数据。[b]7. 定制化的热像分析软件[/b]金鉴定制PC端、APP分析软件: IR pro、JinJian IR针对LED产业开发的特殊应用功能,人性化的操作界面,更适合LED失效分析、研发测试,纠正多种错误测温方式,开发新的应用领域。具备强大的热像图片分析和报告功能,方便做各个维度的温度数据分析和图像效果处理。[align=center][/align][b]案例一:[/b]客户送测LED芯片,委托金鉴在指定电流条件下(30mA、60mA、90mA)进行芯片热分布测试。其中60mA为额定电流。点亮条件:30mA、60mA、90mA环境温度:20~25℃/40~60%RH[align=center][img=,666,200]http://www.gmatg.com/uploads/images/20180824/153509640881861.jpg[/img][/align]灯珠正常使用时,额定电流为60mA。金鉴通过显微热分布测试系统发现,该芯片在额定电流下工作,芯片存在发热不均匀的现象,其负极靠近芯片边缘位置温度比正电极周围高10度左右。建议改芯片电极设计做适当优化,以提高发光效率和产品稳定性。该芯片不同电流下(30mA、60mA、90mA)都存在发热不均的现象,芯片正极区域温度明显高于负极区域温度。当芯片超电流(90mA)使用时,我们发现过多的电流并没有转变成为光能,而是转变成为热能。[b]案例二:[/b]某灯具厂家把芯片封装成灯珠后,做成灯具,在使用一个月后出现个别灯珠死灯现象,委托金鉴查找原因。本案例,金鉴发现该灯具芯片有漏电、烧电极和掉电极的现象,通过自主研发的显微热分布测试仪发现芯片正负电极温差过大,再经过FIB对芯片正负电极切割发现正极Al层过厚和正极下缺乏二氧化硅阻挡层。显微热分布测试系统在本案例中,起到定位失效点的关键作用。[b]对漏电灯珠通电光学显微镜观察:[/b]金鉴随机取1pc漏电灯珠进行化学开封,使用3V/50uA直流电通电测试,发现灯珠存在电流分布不均现象,负极一端处的亮度较高。[align=center][img=,380,176]http://www.gmatg.com/uploads/images/20180807/153364441723001.jpg[/img][/align][b]对漏电灯珠显微红外观察:[/b]使用金鉴自主研发的显微热分布测试系统对同样漏电芯片表面温度进行测量,发现芯片正负电极温度差距很大,数据显示如图,负极电极温度为129.2℃,正极电极温度为82.0℃,电极两端温差30℃。[align=center][img=,500,340]http://www.gmatg.com/uploads/images/20180807/153364442845471.jpg[/img][/align][align=center][/align][b]死灯芯片负极金道FIB切割:[/b]根据显微热分布测试系统仪的测试数据,金鉴工程师把芯片失效原因定位到芯片自身结构问题上,因此对死灯灯珠芯片靠近负极电极烧毁位置下方的金道做FIB切割,结果显示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射结构,铝(Al)层与第1层铬(Cr)层结合良好。芯片负极的铝层厚度约为100nm。[align=center][img=,666,253]http://www.gmatg.com/uploads/images/20180807/153364468261691.jpg[/img][/align][b]死灯芯片正极金道FIB切割:[/b]金鉴工程师对死灯灯珠芯片正极金道做FIB切割,结果显示芯片采用Cr-Al-Cr-Pt-Au反射结构,金鉴发现: 1.Cr-Al-Cr-Pt层呈现波浪形貌,尤其ITO层呈现波浪形貌,ITO层熔点较低,正极在高温下,芯片正极ITO-Cr-Al-Cr-Pt层很容易融化脱落,这也是金鉴观察到前面部分芯片正极脱落的原因。2.芯片正极的铝层厚度约为251nm,明显比负极100nm要厚,而负极和正极Cr-Al-Cr-Pt-Au是同时的蒸镀溅射工艺,厚度应该一致。3.在芯片正极金道ITO层下,我们没有发现二氧化硅阻挡层。而没有阻挡层恰好导致了正负电极分布电流不均,电极温差大,造成本案的失效真因。[align=center][img=,666,248]http://www.gmatg.com/uploads/images/20180807/153364469315711.jpg[/img][/align][b]案例三[/b]:委托单位送测LED灯珠样品,要求使用显微热分布测试系统观察灯珠在不同电流下表面温度的变化情况。[b]对大尺寸的倒装芯片进行观察:[/b]开始时样品电流为1A,此时芯片表面温度约134℃;一段时间后,电流降低到800mA,温度在切换电流后的2s内,温度下降到125℃,随后逐渐下降到115℃达到稳定;紧接着再把电流降低到500mA,10s后,温度从115℃下降到91℃。[align=center][img]http://www.gmatg.com/uploads/images/20180117/151615185081841.gif[/img][/align][b]对小尺寸的倒装芯片进行观察:[/b]样品在300mA下稳定时,芯片表面温度约为68℃;电流增加到500mA,10s后温度上升到99℃;随后把电流降低到200mA,13s后温度下降到57℃,此时把电流增加到400mA,芯片表面温度逐渐上升,在20s后温度达到稳定,此时温度约为83℃;最后把电流降低到100mA后,温度逐渐下降。[align=center][img]http://www.gmatg.com/uploads/images/20180117/151615186735561.gif[/img][/align][align=center][/align][b]案例四:分析固晶工艺[/b]1. 某公司灯珠发生死灯,开封后可以观察到外延层烧毁、金道烧毁、电极脱落。[align=center][img=,500,376]http://www.gmatg.com/uploads/images/20181230/154616504555201.png[/img] [/align]进一步对失效品灯珠进行金相切片,可以观察到失效品灯珠芯片与固晶胶存在剥离现象。(备注:固晶胶采用的导热绝缘胶)[align=center][img=,666,248]http://www.gmatg.com/uploads/images/20181230/154616575577541.png[/img] [/align]3. 进一步取固晶胶剥离与未剥离的灯珠芯片,使用金鉴实验室自主研发的热分布测试仪,对固晶胶剥离与未剥离芯片进行热分布测试比对,比对结果如下图所示:[align=center][img=,666,226]http://www.gmatg.com/uploads/images/20190103/154650720866911.png[/img][/align]结果显示:固晶胶剥离灯珠芯片表面温度比未剥离芯片表面温度高约110℃,温度相差极大。分析原因,固晶胶脱落导致热量无法通过灯珠支架顺利传导出去,造成芯片周围环境温度变高,灯珠芯片温度升高。该芯片负极区域发热量大,芯片工作环境温度升高时,芯片负极区容易出现温度过高烧毁。 [b]案例五:判定多芯片灯珠发热情况[/b]客户送测LED灯珠,委托金鉴进行灯珠体检,帮助提升其产品性能和质量。[b]显微热分布测试灯珠芯片热分布:[/b][align=center][img=,666,283]http://www.gmatg.com/uploads/images/20190103/154650721893231.png[/img][/align]从热分布图中我们发现,该灯珠两颗芯片发热量不一致,A芯片表面温度为61.4℃,B芯片表面温度为70.7℃,温度相差9.3℃,这种情况将会严重影响灯珠性能及可靠性。其原因是:LED芯片较小的电压波动会产生较大的电流变化,该灯珠两颗芯片采用并联方式工作,两颗芯片两端的电压一样,芯片电阻之间的差异会造成流过两颗芯片的电流存在较大差异,从而出现一个灯珠内两颗芯片热功率出现差异。客户针对此种情况,加强对来料芯片电压分BIN的卡控后,杜绝了该种异常现象,其灯珠性能及可靠性得到大大提高。[b]案例六:显示屏热分布监测[/b]PCB板大屏显示模组存在过热区,过热区亮度会偏低,高温还会加速LED光源的老化,热分布不均势必会造成发光不均,影响显示模组清晰度。在显示屏分辨率快速提升的当下,光热分布不均已成为制约LED显示屏清晰度的最大因素。因此,提升LED显示屏光热分布均匀性对提高当下LED显示屏清晰度,意义重大![align=center][img=,666,289]http://www.gmatg.com/uploads/images/20190103/154650722679251.png[/img][/align][b]案例七:定位电源失效区域[/b]委托单位电源出现失效现象,委托金鉴查找电源失效原因。在该案例中,金鉴使用显微红外热分布测试系统对电源进行测试,发现电源结构中的R5电阻在使用时发热严重,经测温发现该电阻温度高达90℃。厂家建议碳膜电阻在满载功率时最佳工作温度在70℃以下,而该电源中R5碳膜电阻在90℃温度下满载工作,长期使用过程中导致R5电阻失效。[align=center][img=,666,253]http://www.gmatg.com/uploads/images/20190107/154682171825381.png[/img][/align][b]案例八:电源失效分析 [/b]委托单位反馈该款电源在使用约一年时间后出现烧毁失效,委托金鉴查找电源失效原因。金鉴使用显微红外热分布测试系统对电源进行温度测试,碳膜电阻R9温度高达157.4℃,热敏电阻温度为101.0℃。一般建议碳膜电阻的最佳工作温度为70℃以下,热敏电阻的工作温度在120℃以内,而该电源中碳膜电阻在157.4℃温度下满载工作,因此工程师迅速锁定了该异常点。[align=center][img=,500,348]http://www.gmatg.com/uploads/images/20190226/155117698126591.png[/img][/align][align=center][/align][align=center][img=,400,158]http://www.gmatg.com/uploads/images/20190227/155126072273961.jpg[/img][/align][align=center][/align][quote][quote](1)实测尺寸:I=15.84mm;D=5.3mm ; H=22.3mm。[/quote][quote](2)参照电阻色环可知碳膜电阻R9阻值为68kΩ±5%。[/quote][quote](3)根据电阻尺寸与额定功率的关系可知,该碳膜电阻R9的额定功率为2W,进而由欧姆定律P=U2/R可推算出其额定电压为369V。[/quote][/quote]由于碳膜电阻R9的实测工作温度为157.4℃,根据如下电力减轻曲线可知,155℃温度下的实际使用功率应为额定功率的5%左右,即0.1W左右,根据欧姆定律P=U2/R推算在155℃温度下可以使用的实际额定电压U=82V。而实际使用碳膜电阻R9的电压为366V,说明碳膜电阻R9处于超负荷使用状态,长期超负荷使用可能导致电阻值出现漂移,进而造成同一回路中的其他器件烧毁,发生电源烧毁失效。[align=center][img=,550,337]http://www.gmatg.com/uploads/images/20190227/155126323736781.png[/img][/align][align=center][/align]对正常电源和烧毁电源中的碳膜电阻进行电阻测试,结果显示:正常电源碳膜电阻阻值为67.5kΩ,烧毁的电源同一回路中的碳膜电阻阻值为88.3kΩ,证实碳膜电阻阻值已出现漂移。[align=center][img=,500,210]http://www.gmatg.com/uploads/images/20190227/155126342955601.png[/img][/align]电阻参数在高温下出现漂移,长期使用会影响电阻的寿命和可靠性,建议委托单位优化电源设计,避免电源器件在高温下长期超负荷使用。

  • 【网络讲堂】快速原子力显微镜和超分辨光学系统联用技术

    http://www.instrument.com.cn/webinar/meeting/meetingInsidePage/2174原子力显微镜由于其对样品的是否导电或是否处于液体环境没有要求被广泛应用于科学研究的各个领域。原子力显微镜可以获得样品役区域的表面形貌和力学性质(如粘性和硬度等)。随着应用领域的不断扩展和对仪器性能越来越高的要求,尤其是生物研究者希望能实时监测细胞和蛋白分子的反应过程,对原子力的扫描速度提出了越来越高的要求。传统的原子力的扫描速度已经无法满足需要了。同时因为原子力只能得到形貌和力学性质而无法获得样品的化学信息和样品内部结构,研究者希望能将原子力与光学仪器联用起来,这样,就能同时获得同区域的原子力信息和光学信息。 本次的webinar,将会为大家带来JPK公司的最新快速原子力显微镜与超分辨光学系统联用的最新进展。

  • 【原创大赛】【官人按】扫描电镜放大倍数和分辨率背后的陷阱——安徽大学林中清32载经验谈(2)

    【原创大赛】【官人按】扫描电镜放大倍数和分辨率背后的陷阱——安徽大学林中清32载经验谈(2)

    [b][color=#00b0f0]【作者按】[/color][/b]看得更远、观察得更微小是人类探索宇宙的两个面向。人眼的理论分辨极限是50微米(教科书的观点是明视距离25cm处,可分辨100微米),要想观察得更微小就需要借助显微镜。显微镜的组成:光源、透镜系统以及信号接收及处理系统。光源提供一个激发样品信号的激发源(可见光、电子束),透镜系统是对该激发源以及激发样品信息的过程进行操控,信号接收、处理系统主要是对样品被激发的信息进行接收、处理形成样品放大图像。电子显微镜还可进行区域的元素及晶体结构、取向分析。显微镜依据光源和透镜的类型分为:光学显微镜和电子显微镜:光学显微镜是以可见光为光源,采用光学玻璃透镜系统,接收及信号处理系统为人眼或一些光学探头及配套的专用软件。电子显微镜基本组成:三极电子枪产生的高能电子束形成光源,采用电磁透镜系统对电子束进行操控(会聚、发散、放大、缩小),信号接收、处理系统采用的是荧光屏或各类探头及配套的专用软件。显微镜的成像方式主要有两类:散射束(电子显微镜是平行束)成像和会聚束成像。散射束(平行束)成像:散射束(平行束)成像是最早期的一种成像方式。绝大部分光学显微镜以及早期透射电镜都采用这种成像模式。上世纪70年代透射电镜增加了会聚束成像模式(STEM),使分辨率达到原子级。散射束成像模式是将一束散射光(电子显微镜采用平行光)打在样品上产生含有样品特征的透射光或反射光(体视镜),由透镜系统对其进行会聚、放大、成像。透射电镜的成像模式类似于幻灯机。[align=center][b][img=,690,183]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008280937459642_9510_3389662_3.jpg!w690x183.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]透射电镜的成像模式,节选自章效峰《显微传》[/b][/align]散射束成像模式的成像速度快(一次同步成像),有利于显微系统的原位动态观察,但分辨能力不如会聚束成像模式。因此目前在透射电镜超高分辨观察中,获取高分辨原子像常采用聚光镜球差校正的会聚束成像模式(STEM),高分辨原位操控及动态观察常采用物镜球差校正的散射束(平行光)成像方式。会聚束成像:该模式主要在电子显微镜中应用,因此以电子显微镜为例。会聚束成像是将电子束会聚成极细的电子探针。该探针由交变磁场(扫描线圈)拖动,在样品上来回扫描,激发样品各点信息,被专用探头接收、处理形成样品放大的图像。扫描电镜采用的正是会聚束成像模式。该模式具有较高的分辨能力,但是成像时间较长,容易形成热损伤。下面就扫描电镜结构组成及工作原理、放大倍数、分辨率这三部分内容进行较为详细的探讨。[align=center][b][color=#00b0f0]一、扫描电镜的结构及工作原理[/color][/b][/align][b] 1.1扫描电镜的结构组成如下图:[/b][align=center][img=,690,472]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008280937580737_7536_3389662_3.jpg!w690x472.jpg[/img][/align][b]1.2结构及功能简介[/b]整机分为:镜筒部分以及电气部分1.2.1镜筒部分:(1)光源:三极电子枪:产生高能电子束。热发射的束斑直径小于50um,场发射束斑直径小于10nm。(2)透镜系统:聚光镜:会聚电子枪产生的电子束。物镜:会聚电子束并将其会聚在样品表面。扫描线圈:产生交变磁场拖动电子束在样品表面扫描消像散线圈:消除因镜筒精度原因造成磁场不均匀而产生电子束强度的各向差异。将椭圆斑校成圆斑。极靴:引导、改善磁流体。形成高强度、均匀、封闭的磁场。(3)真空系统:各类机械泵。给电镜提供工作所需的真空环境。1.2.2电气部分:(1)工作电源:对应镜筒各部件(电子枪、各类透镜及真空泵)(2)信号接收及处理:探头、信号放大、信号处理、显示器(3)功能:给镜筒各个部件提供工作电源,接收、处理样品产生的特征信息。1.3工作原理三极电子枪产生高能电子束,经聚光镜系统会聚后,由物镜将其会聚于样品表面,形成电子探针。该电子探针将激发样品表面的各类信息。其中背散射电子、二次电子以及特征X射线是扫描电镜成像以及进行各种分析(元素分布及含量、晶体取向、应力等)的主要信号源。这些样品信息由各类探头接收,经各种专门软件分析形成样品的形貌像、成分像并进行区域元素定性、半定量、特殊样品的区域定量分析,也可对晶体样品进行区域的结构、取向、应力等分析。电子束固定不动,只可获得某点的信息,想获取样品整个表面信息就必须利用扫描线圈产生的交变磁场拖动电子束在样品表面来回扫描,将样品各点信息激发出来,形成样品的整体信息进行分析处理,完成扫描电镜分析的整个工作过程。[align=center][color=#00b0f0][b]二、扫描电镜的放大倍数[/b][/color][/align]放大倍数是扫描电镜的重要指标之一。各种显微系统由于工作原理不同,计算放大倍数的方式也不同。但是相同点都是“原始图像的大小”除以“物体的大小”。[align=center][img=,516,86]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008280938116540_3877_3389662_3.jpg!w516x86.jpg[/img][/align]扫描电镜放大倍数的调整方式是:图像尺寸保持不变,通过改变加载在镜筒扫描线圈上的锯齿波信号幅度来调整电子束在样品上的扫描范围,从而改变扫描电镜的放大倍数。早期的扫描电镜图像尺寸约定俗成为5英寸相片的长: 即2.54x5=12.7cm。但是冷场电子枪(日本人专利)的出现,欧美电镜厂商开始将计算放大倍数的图像尺寸加大,出现了几种不同的放大倍数计算方式:图像放大、屏幕放大。图像放大倍数(欧美厂家又称为“宝丽来放大”):采用12.7cm边长的图像尺寸来计算放大倍数。屏幕放大倍数:采用成像的屏幕尺寸来计算放大倍数,这个值非常混乱,早期是30cm近来出现27cm等几种不同尺寸。这使得同一个样品、同一个位置、同样的放大倍数出现不同大小的图像。想获得统一的结果必须进行转换,要转换就必须先确定图像属于那种放大模式。确定图像放大模式的方式如下:[align=center][img=,690,233]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008280938206307_6626_3389662_3.jpg!w690x233.jpg[/img][/align]屏幕放大和图像放大的转换方式如下:[align=center][img=,653,197]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008280938310264_6464_3389662_3.jpg!w653x197.jpg[/img] [/align]左图图像放大,右图屏幕放大。从图像上看,同样的样品,左图7万倍的图像比右图15万倍的图像都大。两者的等效结果如何?首先要明确这是由那种模式等效到那种模式。如果图像放大等效屏幕放大(300mm),则做如下计算:屏幕尺寸 ÷ 图像尺寸放大倍数,即300÷127×7=16.5万倍。结果就是图像放大7万倍等效于屏幕放大(300mm)的16.5万倍。 欧美厂家的特朗普式退群做法给我们正确分析扫描电镜的测试结果制造了麻烦。统一放大倍数的性质将方便我们将各不同厂家扫描电镜形貌图像对应起来。掌握正确的转换方式,才能正确读取扫描电镜的图像信息,避免由于放大倍数特性不一致引起的图像假象。[align=center][b][color=#00b0f0]三、分辨率[/color][/b][/align]电镜分辨率定义为:仪器所能分辨的两点间最小距离。一直以来,分辨率被认为是显微系统最关键的性能指标,没有之一。但是扫描电镜分辨率指标由于缺乏令人信服的标样来验证,所以它又是一个最不可靠的指标。各厂家可以在这个指标上随意的发挥(现在都写到0.6nm),因为我们没有标样来验证它的正确或不正确。金颗粒标样一直都被认为是验证扫描电镜分辨率的不二选择,但是它符合标样的要求吗?标样必须满足的三要素:(1)明确的细节标示。样品中要有被明确标示尺寸的细节,或者样品有极为规律的结构且标明尺寸(例如:光栅等)。(2)稳定的性能。样品必须稳定,不能今天这样,明天那样。(3)可溯源。标样都有可以被追溯的源头,并被权威机构所验证。金颗粒标样是一条都不满足,如何成为标样呢?目前流传着一个计算分辨率的软件,被某些厂家所推崇。但我认为即便它的计算方法极其科学且被大家所认可(其实被质疑点很多),那也是针对图像灰度差来计算,这个灰度差是否表示该处存在样品的细节信息?这是无法给出。就如空中楼阁般,虽然构造很完美,但没有根基,所以问题多多。接下来我们看看那些小于1nm的扫描电镜分辨率指标是否可靠。我们知道扫描电镜分辨率指的是:仪器所能分辨的样品最小细节,因此分辨率的影响因素应当归结到样品信号溢出范围及溢出量、样品仓环境和接收系统的能力。即便只考虑样品信号溢出范围及溢出量。影响因素也由两部分组成:激发源、样品本身的性质。激发源考量的是电子束面积、强度、能量、会聚角,这些归结为电子束的发射亮度【β'=电子束流强度(I)/(电子束面积*会聚角)】和加速电压。样品本身性质考量的是:形态(晶态、非晶态)、平均原子序数、密度等等。如果按传统观点只考虑电子束面积,分辨率又是多少呢?[align=center][img=,270,223]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008280938423492_354_3389662_3.jpg!w270x223.jpg[/img][/align]上图是一张经典的束流和束斑对照图。我们可以看到扫描电镜的电子束最小束斑直径是:冷场电子枪(产生最小电子束斑),在加速电压30KV、束流1pA时电子束直径为1.2nm左右。按照传统观念,扫描电镜的分辨率不可能优于1.2nm,考虑二次电子信号溢出呈高斯分布,那么分辨率最多能到1nm左右。低于1nm基本无法想象。现实测试中我所观察到的最好分辨率是十二面体ZIF-8的微孔,1.5nm左右。该细节被BET(氮气吸附脱附等温曲线)法证明存在。[align=center][img=,582,223]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008280939586979_7324_3389662_3.jpg!w582x223.jpg[/img][/align]图中可以看到在十二面体上有许多小孔按照红箭头所示方向排列,用仪器自带测量软件测量孔的直径大致在1.5nm以下。上面分析了,扫描电镜分辨率指标是一个无法被验证的不可靠指标,那么那个指标能充分反映扫描电镜分辨力?[align=center][b]电子枪的本征亮度,量纲为:A/cm2.sr.kv[/b][/align][align=center][img=,690,457]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008280940135554_2764_3389662_3.jpg!w690x457.jpg[/img][/align][align=center](注:图片截自国外资料,图中"工作真空"后的单位精确地说应为mbar,10[sup]-10[/sup]mbar=10[sup]-8[/sup]Pa)[/align]电子枪本征亮度反映的是电子源品质,它随电子枪的构成而固定。各类电子枪都有其明确的被检测值,因此其量化也是十分明确的。本征亮度大有利于我们充分选择测试条件获得更多的样品信息。图像细节更丰富,分辨能力也更强大。当然任何因素的改变都将符合辩证法的规律,其影响是正、负两个方面。本征亮度的负面影响主要来自样品热损伤,但也有一个度。冷场电子枪的热损伤是次要因素,它带来的高分辨结果却是主要因素。我对扫描电镜的认识及所形成的理论,是以我对实际操作中的经验总结为基础。与很多传统的理念有背离,不足之处希望大家能指出探讨。百花齐放、百家争鸣将帮助我们更全面的认识事物。[color=#00b0f0][b]参考书籍:[/b][/color]《扫描电镜与能谱仪分析技术》张大同2009年2月1日.华南理工出版社《微分析物理及其应用》 丁泽军等 2009年1月.中科大出版社《自然辩证法》 恩格斯 于光远等译 1984年10月.人民出版社《显微传》 章效峰 2015年10月.清华大学出版社

  • 显微镜分辨率

    正常来说,光学显微镜的分辨率都是根据 D=0.61入/na,那白光下面光学的有效分辨率大约在0.35微米,但是如果用248纳米波长的紫外光,根据公式,也没有能达到80纳米的分辨率啊?不知是什么原因,望大师指导指导!!!

  • 【求助】求助各位大虾——关于高分辨电子显微镜

    各位大虾好!兄弟有一事请各位大虾指教:我们有一个项目,相关文章用高分辨电子显微镜做的一些实验有很好的效果,兄弟也想做一下,但不知道高分辨电子显微镜的内涵、或者是具体定义是什么,请各位大虾赐教,谢谢!北京、武汉、广州、上海、济南,这些城市或周边城市中那个单位有比较好的高分辨电子显微镜对外开放,请各位大虾指引一二,不胜感激。高分辨电子显微镜的性能指标是什么?如购买一台大约需要多少钱(这样兄弟一了解某个实验室该仪器的价格大约就能知道其性能了)?有劳各位大虾了!兄弟十分感激!!!

  • 讨论:原子力显微镜分辨率

    哪位知道,目前原子力显微镜在国产及进口方面最高的分辨率分别是多少?是哪个品牌的?原子力显微镜目前是否可以达到横向0.1纳米、纵向0.01纳米的分辨率?

  • 【原创】如何选购显微数码成像分析系统?

    一、前沿2009年10月6日,瑞典皇家科学院宣布,将2009年诺贝尔物理学奖的一半授予美国科学家威拉德• 博伊尔和乔治• 史密斯,因为他们于1969年发明了半导体集成电路成像技术,CCD感应器。经过四十年的发展,CCD技术由实验室逐步走向了市场,具有越来越广阔的应用。CCD数码成像对摄影产生了革命性的影响。在感光胶片之外,人们可以通过电子电路捕捉图像,这些以数字形式存在的图像更加易于处理和分发。数字图像已经成为许多研究领域中不可替代的重要工具。数码成像技术应用到显微镜上,以替代以往的胶卷拍摄,现在已经广泛应用了。以前我们用胶卷来进行显微拍摄,要等一卷拍完,冲洗出来才能确定拍摄的图像是否清晰,如果拍摄的图像不理想,而显微观察的样品又失效了,就需要重新制作样品,给研究工作带来很大的不便,而现在使用显微数码相机来拍摄显微图像,所见即所得,当时就是保存处理,甚至统计分析,极大的提高了工作效率。二、显微数码成像系统的组成显微数码成像系统包括CCD/CMOS专业相机,图像采集处理软件,显微镜接口,数据传输线等,其中最核心的设备是CCD和CMOS图像传感器,前者由光电耦合器件构成,后者由金属氧化物器件构成。两者都是光电二极管结构感受入射光并转换为电信号,主要区别在于读出信号所用的方法。CCD(Charge Coupled Device ,感光耦合组件)上感光组件的表面具有储存电荷的能力,并以矩阵的方式排列。当其表面感受到光线时,会将电荷反应在组件上,整个CCD上的所有感光组件所产生的信号,就构成了一个完整的画面。CCD的结构分三层 ,第一层“微型镜头”“ON-CHIP MICRO LENS”,这是为了有效提升CCD的总像素,又要确保单一像素持续缩小以维持CCD的标准面积,在每一感光二极管上(单一像素)装置微小镜片。CCD的第二层是“分色滤色片”,目前有两种分色方式,一是RGB原色分色法,另一个则是CMYG补色分色法。原色CCD的优势在于画质锐利,色彩真实,但缺点则是噪声问题。第三层:感光层,这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号,并将信号传送到影像处理芯片,将影像还原。数码成像的核心器件除CCD,现在越来越多的使用CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,互补性氧化金属半导体,CMOS和CCD一样同在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS传感器中每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换逻辑,当感光二极管接受光照、产生模拟的电信号之后,电信号首先被该感光元件中的放大器放大,然后直接转换成对应的数字信号。CMOS的优势在于成本低,耗电需求少,便于制造, 可以与影像处理电路同处于一个芯片上,缺点是较容易出现杂点。三 显微镜成像系统相关参数对CCD/CMOS数码成像系统的结构和原理有了一个基本了解后,我们再对成像系统的一些基本参数作一个说明。在实际应用中,很多用户对像素多少很敏感,一上来就提到我要多少万像素的成像系统,其实在专业成像应用中,像素多少只是影响成像的一个因素,还有其他很多指标,包括分辨率,感光器件大小,动态范围,灵敏度,量子效率,信噪比等。感光器件的面积大小是衡量显微成像系统质量的一个重要指标,感光器件的面积越大,捕获的光子越多,感光性能越好,信噪比越低。当前数码成像系统中较常应用的感光器件规格如下:1英寸(靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm,对角线16mm),2/3英寸, 1/2英寸,1/3英寸,另外有时也用到1/1.8英寸,1/2.5英寸的CCD/CMOS感光器件。 像素是CCD/CMOS能分辨的最小的感光元件,显微数码成像系统的像素由低到高有:45万左右,140万左右,200万左右,300万左右,500万左右,900万像素,甚至还有更高的达到2000万像素以上。一般来说,像素越高,图像分辨率越高,成像也就越清晰,但有时候图像分辨率达到一定程度后,就不是影响成像质量的主要指标了。比如图像分辨率高,噪声也很高时,成像质量也不会很好。暗电流是导致CCD噪音的很重要的因素。暗电流指在没有曝光的情况下,在一定的时间内,CCD传感器中像素产生的电荷。我们在做荧光拍摄的时候,需要的曝光的时候比较长,这样导致CCD产生较多的暗电流,对图像的质量影响非常大。通常情况下通过降低CCD的温度来最大限度的减少暗电流对成像的影响。Peltier制冷技术一般可将CCD温度降低5-30°C,在长时间拍摄或一次曝光超过5-10秒,CCD芯片会发热,没有致冷设备的芯片,“热”或者白的像素点就会遮盖图像,图像会出向明显的雪花点。CCD结构设计、数字化的方法等都会影响噪音的产生。当然通过改善结构、优化方法,同样能减少噪音的产生。显微荧光或其他弱光的拍摄对CCD噪音的降低要求很高,应选用高分辨率数字冷却CCD成像系统,使其能够捕获到信号极其微弱的荧光样品图像,并且能够最大程度的降低噪音,减少背景,提供出色的图像清晰度。所以一般在荧光及弱光观察时需要选择制冷CCD。在显微数码成像过程中,对于荧光及弱光的拍摄,除了制冷降低热噪声外,还可使用 BINNING技术提高图像的灵敏度,BINNING像素合并是一种非常有用的功能,它可被用来提高像素的大小和灵敏度,比如摄像头像素大小为5u,当经过2x2合并后,像素大小为10u,3X3合并后,像素大小为15u, 这是图像的整体像素变少了,但成像的灵敏度可提高9倍。动态范围表示在一个图像中最亮与最暗的比值。12bit表示从最暗到最亮等分为212=4096个级别,16bit即分为216个级别,可见bit值越高能分出的细微差别越大,一般CMOS成像系统动态范围具有8-10bit, CCD以10-12bit为主,少部分可达16bit。对动态范围进行量化需要一个运算公式,即动态范围值 = 20 log (well depth/read noise),动态范围的值越高成像系统的性能就越好。量子效率也称像素灵敏度,指在一定的曝光量下,像素势阱中所积累的电荷数与入射到像素表面上的光子数之比。不同结构的CCD其量子效率差异很大。比如100光子中积累到像素势阱中的电荷数是50个,则量子效率为50%(100 photons = 50 electrons means 50% efficiency)。值得注意的是CCD 的量子效率与入射光的波长有关。对显微数码成像系统的参数有了整体认识后,在实际应用中选择合适型号的产品就比较容易了。高分辨率显微数码成像技术在国外已有二十来年的发展历史,产品目前已比较成熟。国外的专业数码产品有多个品牌,比较著名的有德国的ProgRes,美国Roper Scientific的系列产品,另外OLYMPUS、NIKON、LEICA、ZEISS等显微镜厂家也有一些配套的专业数码成像系统 。其中CCD成像系统主要采用SONY及KODRA公司的芯片,因此相关产品性能差别不是很大。国内专业数码成像产品的设计制造时间还不长,但随着配套技术的成熟,100万像素以上的CCD/CMOS专业数码成像产品开始陆续推出,主要的专业厂家有北京的大恒、微视、杭州欧普林,广州明美等企业。北京大恒早期主要研发生产图像采集卡,目前可以量产140万像素的CCD摄像头,130万/200万/320万/500万像素CMOS摄像头,主要用到工业领域。

  • 通用电气医疗推出一台高性能的显微镜系统DeltaVision OMX Blaze?

    近日,Applied Precision推出了一台高性能的显微镜系统DeltaVision OMX Blaze。这台仪器采用专利的超快速结构照明模块和先进的高速照相机,首次提供了大范围的活细胞3-D超高分辨率荧光图像。因此,这种显微镜能够分辨出的细胞间结构的细节比此前任何光学显微镜都高。DeltaVision OMX Blaze系统突破在于对运动的物体使用结构照明,包括活细胞。此前使用结构照明的商品光学显微镜只能对固定或非移动的样本进行成像。它的图像获取速度让研究人员能够在三维空间内追踪活细胞内的标记蛋白,而分辨率接近分子水平。这意味着使用者可以开始回答新型的研究问题,如细胞中的某些结构如何工作,它们如何相互作用,以及事件持续多长时间。这台仪器的特点包括:超高分辨率,能够对最小1/10微米的物体成像;对比度是传统显微镜的8倍;同时观察两种荧光波长的能力,用于双色图像;以及每秒对样本进行一组15片的3D成像——这是迄今为止在商品显微镜上实现的罕见的高速度。

  • 荧光光谱时间衰减测量系统

    荧光寿命一般是几十纳秒---几十毫秒,时间跨度为6个数量级,不通的荧光材料其荧光衰减曲线各有特色,我公司已经研发成功时间采样速率达到纳秒量级的光谱测试系统,为荧光材料的研发技术人员带来福音。 主要测试参数: 光谱区间:350纳米-800纳米 光谱分辨率:0.5纳米 时间分辨率:1纳秒、2纳秒、4纳秒、10纳秒、20纳秒、40纳秒...... 欢迎有兴趣的朋友和我们交流。 天津市九维光电科技有限公司 电话:022-81296881 022-83712903 Email:tjjwgd@sohu.com 联系人:张炜 先生

  • 【求助】分辨藻类的普通显微镜?

    我想买个能分辨藻类的普通显微镜,但是对显微镜一窍不通,不知怎么挑选。在淘宝网搜索显微镜,不知要选择哪一种。请教各位,帮帮忙建议一下,谢谢大家了。

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