Anvendelse af moderne mikroskopkoncept i observation af mikroskopisk verden
Fra oldtiden til nutiden har mennesker forfulgt højere og længere sandheder. Fra havrejser til udforskning af rummet har mennesker erobret store mål efter hinanden. Den makroskopiske verden, som folk ser med det blotte øje, er dog ikke hele verden, og det menneskelige øje kan ikke se det klart. Det tiltrækker også utallige mennesker til at udforske og forfølge.
Uanset makroskopiske eller mikroskopiske ting er vores observationer baseret på egenskaberne ved tredimensionelt rum, det vil sige XYZ tredimensionelt, og observation af ændringer i tings form skal introducere en anden målefaktor - tid T, så Den mest komplette måde at observere tingene på skal være. Samtidig optagelse af XYZT, det vil sige langtidsfotografering af form plus tid, er også mikroskopets ultimative funktion.
Efter mere end 300 års udvikling har moderne mikroskoper foreslået koncepter som opløsning, dybdeskarphed og synsfelt og har løbende foreslået løsninger. Mikroskoper har oprindeligt opfyldt vores behov for at observere den mikroskopiske verden og hjulpet os med at registrere rum og tid i den mikroskopiske verden.
Det vigtigste i mikroskopisk verdensobservation er opløsningen af detaljer, og begrebet opløsning blev født ud fra dette. Opløsning refererer til minimumsafstanden mellem to punkter, der kan skelnes af det menneskelige øje, og er kun gyldig i XY-dimensionen. Ifølge Rayleigh-kriteriet, Rayleigh-kriteriet, er grænsen, som normale mennesker kan skelne, to punkter på 0.2 mm i en afstand på 25 cm. Når vi bruger et mikroskop, kan vi se to punkter på en mindre afstand, hvilket forbedrer opløsningen af vores observation. Med den kontinuerlige uddybning af moderne forskning er folks krav til opløsning også konstant stigende, og videnskabsmænd forbedrer også konstant opløsningen af mikroskoper. For eksempel har elektronmikroskoper øget opløsningen til nanometerniveau, hvilket muliggør observation af vira. Ultrahøj mikroskopisk billeddannelsesteknologi forbedrer opløsningen af mikroskopet fra 200 nanometer til titusvis af nanometer, hvilket realiserer observationen af levende celleorganeller.
Forbedringen af opløsning medfører også nye problemer, det vil sige reduktion af synsfelt og dybdeskarphed. Ved brug af den almindelige centrale belysningsmetode (den fotopiske belysningsmetode, der får lyset til at passere jævnt gennem prøven), er mikroskopets opløsningsafstand d=0.61 λ/NA, bølgelængdeområdet for synligt lys er { {2}}nm, den gennemsnitlige bølgelængde er 550nm, og bølgelængden er en fast konstant. Derfor kan en forøgelse af NA-værdien få en mindre D-værdi, det vil sige afstanden mellem to punkter, der kan skelnes Mindre, hvilket gør det muligt for folk at se mindre objekter klart.
NA-værdien er den numeriske blænde, som beskriver størrelsen af linsens lysmodtagende keglevinkel, NA=n * sin , det vil sige produktet af brydningsindekset (n) af mediet mellem linsen og genstanden, der skal inspiceres, og sinus for halvdelen af blændevinklen (2). n er lysbrydningsindekset for mediet mellem objektivlinsen og prøven. Når mikroskopobjektets rummedium er luft, er brydningsindekset n=1. Brug af et medium med et højere brydningsindeks end luft kan øge NA-værdien betydeligt. Vandnedsænkningsmediet er destilleret vand, og brydningsindekset. Forholdet er 1,33; olienedsænkningsobjektivmediet er cederolie eller andre gennemsigtige olier, og dets brydningsindeks er generelt omkring 1,52, hvilket er tæt på brydningsindekset for linsen og objektglasset. Derfor er NA-værdien af olielinsen højere end luftlinsens.
Blændevinkel, også kendt som "spejlmundvinkel", er den vinkel, der dannes af objektpunktet på linsens optiske akse og den effektive diameter af objektivlinsens frontlinse. Forøgelse af spejlmundingsvinklen kan øge sinusværdien, og dens faktiske øvre grænse er omkring 72 grader (sinusværdien er 0.95), multipliceret med brydningsindekset for cederolie 1,52, kan det opnås, at maksimal NA-værdi er ca. 1,45, og substitueret med opløsningsberegningsformlen kan det opnås, at grænse XY-planopløsningen for et konventionelt mikroskop er ca. 0.2um.
NA-værdien påvirker også direkte lysstyrken af mikroskopets synsfelt (B). Ud fra formlen B∝NA2/M2 kan vi udlede, at lysstyrken stiger med stigningen af den numeriske blænde (NA) eller faldet i objektivets forstørrelse (M).
Teoretisk set bør vi forfølge den højest mulige NA-værdi for at opnå bedre XY-planopløsning og synsfeltlysstyrke. Men alt har to sider. Forbedringen af XY-planopløsning vil reducere Z-aksens dybdeskarphed og observationssynsfelt.
Mikroskoper ser generelt udsigten lodret nedad. Når den konvekse position og den konkave position på objektets overflade observeret inden for synsfeltets diameter kan ses tydeligt, så er højdeforskellen mellem det konvekse punkt og det konkave punkt dybdeskarpheden. Nå, for mikroskoper, jo større dybdeskarphed, jo bedre. Jo større dybdeskarphed, jo bedre og mere tredimensionelle klarhedsbilleder kan opnås, når man observerer overfladen af ujævne objekter. Den store dybdeskarphed hjælper os med at observere den mikroskopiske verden i lodret retning. Det vil sige Z-akseinformationen i XYZ tredimensional form.
Dybdeskarphed er dybden af for- og bagrum svarende til det klare billede på billedplanet: dtot=(λ*n)/NA plus n/(M∗NA) * e, dtot: dybdeskarphed , NA: numerisk blænde, M: total forstørrelse, λ: lysets bølgelængde, (normalt λ=0.55um), n: brydningsindeks for mediet mellem prøven og objektivlinsen (luft: n{{3 }}, olie: n=1.52) Ifølge denne formel kan vi vide, at Z-aksens dybdeskarphed er omvendt proportional med XY-planets NA-værdi.
Udover dybdeskarpheden påvirkes synsfeltet også af NA-værdien. Det rumlige område, der kan ses, når instrumentet kigger fast på et punkt, er synsfeltet. Dens beregning er direkte relateret til forstørrelsen af objektivlinsen. Den faktiske diameter af synsfeltet set ved observation er lig med diameteren af synsfeltet divideret med forstørrelsen af objektivlinsen, vil okularet angive det tilsvarende synsfelt, såsom 10/18, dvs. forstørrelsen er 10 gange, og synsfeltets diameter er 18 mm. Derfor, når okularet bestemmes, jo større forstørrelsen er, jo mindre er det observerede synsfelt.
XY-planopløsningen er analysen af lokale detaljer, og synsfeltet bestemmer vores observationsområde for prøven. Jo større synsfelt, jo bedre, men begrænset af den nuværende teknologi, skal vi bruge højeffekt objektiver for at opnå gode NA-værdier, derfor har synsfelt- og NA-værdier en indirekte negativ korrelation.
