顯微鏡動畫科普 1枚硬幣切換顯微鏡三模式：明場、斜射、暗場 光路操控術

分辨率、對比度 一直是光學顯微鏡追求的目標 但對於普通明常顯微鏡來說 分辨率與對比度很難同時兼顧 從中學生物課本可知 光學顯微鏡觀察的目標需要薄而透明 這意味著它們天然具有低對比度 以口腔上皮細胞標本為例 直接放在普通明常顯微鏡下觀察 它幾乎是透明不可見的 為了增大對比度 可以縮小聚光鏡光圈 但這又會降低分辨率 一個很好的方法是進行染色 這樣就能同時獲得分辨率與對比度 然而 如果需要觀察活體目標 染色可能會殺死它 這時該怎麼辦呢? 本期視頻將介紹幾種簡單的顯微鏡照明技術 旨在提高標本可見度 並在不改變標本的前提下 為圖像帶來更多細節的技術 這 是一臺普通光學顯微鏡 它的核心是物鏡與聚光鏡 不加任何處理 就是明場照明模式 如果遮擋聚光鏡一半通光區域 就是斜射照明模式 如果遮擋聚光鏡中心區域的光線 就是暗場照明模式 讓我們簡化一下它的結構 當一束光打在在波片上時 一部分光不受幹擾 直接進入物鏡 構成明亮的背景 另一部分光被標本吸收 折射、散射 光強減弱 構成明亮背景中較暗的主體 如果標本過於透明 這部分光幾乎不衰減 無法在明亮背景上呈現清晰主體 這就是明場觀察時對比度低的原因 如果給目標染色 就能極大改善對比度 當我們用一個遮光片遮擋聚光鏡通光孔的一半 就可以讓聚光鏡射出傾斜光 當這束傾斜光照射到標本上時 靠近光源的一側會被照得更亮 另一側出現陰影 這樣的亮度差異會產生浮雕感 與傳統明場照明模式相比 斜射照明可以顯著提高樣品的對比度 在觀察水生生物時 斜射照明會讓目標產生偽3D效果 與微分干涉差的效果有些許相似之處 深受玩家喜愛 當我們用一個圓形遮光片遮擋聚光鏡通光孔中心 並保證沒有直射光能進入物鏡 聚光鏡外圍的光也如斜射照明那樣傾斜射出 但斜射照明只是某一個角度的光傾斜射出 而暗場照明是所有角度的光都朝向中心射出 由於沒有直射光進入物鏡 所以背景是黑暗的 但各個角度的光都照亮標本 被標本吸收、折射、散射 一部分光依舊可以被物鏡捕獲 這些光所呈的像呈現在黑暗的背景上 就像夜空中明亮的星星一樣 由於暗場照明要求沒有直射光能進入物鏡 這意味著暗場聚光鏡的照明光孔徑要大於物鏡的孔徑 被照亮的目標也會被物鏡的全部孔徑收集 也就是說 暗場照明可以完全發揮出物鏡的分辨率 暗場照明還有一個獨特的優點 它可以用來觀察非常小的顆粒或者交體懸浮液 小到20納米的顆粒都可以在暗場下看到 要知道可見光波長最短的藍子光約400納米 因此普通光學顯微鏡的分辨率極限約為200納米 這就是暗場照明的強大之處 但暗場能看到20納米的顆粒並不意味著它的分辨率就是20納米 它依舊分辨不了相鄰200納米以內的兩個微小顆粒 這就像陽光透過窗戶照進房間時 你能清晰地看到空氣中漂浮的微小塵埃顆粒 它們的實際尺寸可能僅幾微米 遠小於人眼的分辨率極限約0.1毫米 但這不妨礙我們看到它們散射出的亮點 然而如果兩粒灰塵靠得非常近 你就無法用肉眼區分出是兩個獨立的點 多謝您收睇時局新聞,再會!