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显微技术的发展历史及激光共聚焦显微镜浅析

乐鱼体育APP下载 动态 2021-02-09 00:52

显微镜是人类最伟大的发明之一。从远古时代,人们就渴望看到更多肉眼看不到的事物。

2000多年以前就有人曾经用玻璃来折射光的角度。公元前2世纪,克劳迪思·托勒密发现一根木棍放在水里会变弯,并且非常精确地判断它的“弯曲”角度。然后,他又计算出了光在水中的折射常数。 公元1世纪,人们发明了玻璃,罗马人透过它观察事物和做各种测试。他们用各种形状的透明玻璃来做实验,其中就有边缘薄、中间厚的玻璃。他们发现,如果你把“镜片”放在物体上,物体会看起来变大了,这些所谓的镜片其实并不是现代意义上的镜片,应该叫放大镜,或者凸透镜。与此同时,塞内卡认为是水珠的圆球状特性造成了放大效果,“不清楚或微小的字在装满水的圆玻璃球下,可以被放大、变得清楚”。 直到13世纪,镜片才开始被广泛使用,那时的眼镜商通过磨玻璃的形式来制造镜片。

16世纪末期,荷兰出现了通过叠加镜片的形式制造的光学设备,即最早的显微镜,发明者是荷兰眼镜商亚斯·詹森,或者一位荷兰科学家汉斯·利珀希,他们用两片透镜制作了简易的显微镜,但并没有用这些仪器做过重要的观察。 后来有两个人开始在科学上使用显微镜。第一个是意大利科学家伽利略,他通过显微镜观察到一种昆虫后,第一次对它的复眼进行了描述;第二个是荷兰亚麻织品商人列文虎克(1632年-1723年),他自己学会了磨制透镜,第一次描述了许多肉眼所看不见的微小植物和动物。

1931年,德国科学家恩斯特·鲁斯卡通过研制电子显微镜,使生物学发生了一场革命。这使得科学家能观察到百万分之一毫米那样小的物体。1986年,恩斯特·鲁斯卡被授予诺贝尔奖。 在显微镜被发明之前,人类关于周围世界的观念局限在用肉眼,或者靠手持透镜帮助肉眼所看到的东西。显微镜把一个全新的世界展现在人类的视野里,人们第一次看到了数以百计的"新的"微小动物和植物,以及从人体到植物纤维等各种东西的内部构造。

显微镜的分类

显微镜的种类有很多,常见的有:光学显微镜、电子显微镜、探针显微镜等。

光学显微镜又有多种分类方法: 按使用目镜的数目可分为双目和单目显微镜; 按图像是否有立体感可分为立体显微镜和非立体视觉显微镜; 按观察对像可分为生物和金相显微镜等; 按光学原理可分为偏光、相衬和微差干涉对比显微镜等; 按光源类型可分为普通光、荧光、红外光和激光显微镜等; 按接收器类型可分为目视、摄影和视频显微镜等。 电子显微镜又可分为扫描电子显微镜、透射电子显微镜等。

探针显微镜,产品又包括扫描隧道显微镜、原子力显微镜、横向力显微镜等。

激光共聚焦显微镜

激光共聚焦扫描显微镜(Confocal laser scanning microscope,CLSM)脱离了传统光学显微镜的场光源和局部平面成像模式,采用激光束作扫描光源,激光束经照明针孔,经由分光镜反射至物镜,并聚焦于样品上,对标本焦平面逐点、逐行、逐面快速扫描成像。

扫描的激光与荧光收集共用一个物镜,物镜的焦点即扫描激光的聚焦点,也是瞬时成像的物点,通过控制调焦深度,就可以获得样品不同深度层次的图像,这些图像信息都储于计算机内,通过计算机分析和模拟,就能显示所观察表面的立体结构。 激光共焦光学系统仅接收通过圆形针孔聚焦的光线,并非采集从样品上反射和散射的所有光线。这样有助于消除模糊,且由于点对点扫描去除了杂散光的影响,让其能够获得比普通显微镜对比度更高的图像。

在结构配置上,激光扫描共聚焦显微镜除了包括普通光学显微镜的基本构造外,还包括激光光源、扫描装置、检测器、计算机系统 (包括数据采集、处理、转换、应用软件)、图像输出设备、光学装置和共聚焦系统等部分。由于该仪器具有高分辨率、高灵敏度、"光学切片"(Optical sectioning)、三维重建、动态分析等优点,因而为表面分析及生物医学等研究提供了有效手段。

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