超分辨光學(xué)微球顯微鏡——分辨率可達(dá)50納米！

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超分辨光學(xué)微球顯微鏡——分辨率可達(dá)50納米技健！

光學(xué)顯微鏡是一種常用的科學(xué)儀器，用于觀察微觀shi界中的細(xì)胞惰拱、組織和微生物等雌贱。它具有許多優(yōu)點(diǎn)，其能達(dá)到較高的分辨率偿短，能夠提供清晰的圖像欣孤，使科學(xué)家能夠觀察到微小結(jié)構(gòu)和細(xì)胞器的細(xì)節(jié)，有助于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究昔逗。此外降传，光學(xué)顯微鏡可以實(shí)時(shí)觀察樣本，捕捉生物過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化勾怒，如細(xì)胞分裂或運(yùn)動(dòng)過(guò)程婆排，這對(duì)研究有重要意義。光學(xué)顯微鏡操作相對(duì)簡(jiǎn)單笔链，不需要復(fù)雜的樣本處理或特殊的環(huán)境條件段只，因此適用于許多實(shí)驗(yàn)室和教學(xué)環(huán)境。然而鉴扫，光學(xué)顯微鏡也有其局限性赞枕。光學(xué)顯微鏡受到光波長(zhǎng)的限制，其分辨率有一定的局限性，無(wú)法觀察比光波長(zhǎng)更小的結(jié)構(gòu)炕婶。根據(jù)瑞利判據(jù)：

其中谍椅，θ 是兩個(gè)點(diǎn)光源zui小可分辨的角度（以弧度表示），λ是光波的波長(zhǎng)古话，NA是光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑雏吭，分辨率d（即兩個(gè)點(diǎn)之間的zui小分辨距離）與波長(zhǎng)λ和數(shù)值孔徑NA相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)陪踩，分辨率d大約等于杖们。

因此，光學(xué)顯微鏡的分辨能力受到波長(zhǎng)λ的限制肩狂，通常使用可見(jiàn)光摘完，其波長(zhǎng)范圍為400納米到700納米，因此分辨率范圍大約在200納米到350納米左右傻谁。這意味著孝治，如果兩個(gè)結(jié)構(gòu)的距離小于這個(gè)范圍（例如病毒，其直徑通常在10-150nm）审磁，光學(xué)顯微鏡可能無(wú)法將它們分辨為獨(dú)立的結(jié)構(gòu)谈飒，而會(huì)將它們視為一個(gè)模糊的光斑。

對(duì)于一般細(xì)胞和微生物的觀察态蒂，這個(gè)分辨率通常已經(jīng)可以滿(mǎn)足需求杭措，這已經(jīng)可以看到細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)胞器的基本組織。但是钾恢，對(duì)于更小的結(jié)構(gòu)手素，如分子或蛋白質(zhì)等，它們的尺度遠(yuǎn)小于光學(xué)顯微鏡的分辨極限瘩蚪，因此無(wú)法直接通過(guò)普通光學(xué)顯微鏡來(lái)觀察泉懦。而其他高分辨率的顯微鏡，都有著其他缺陷疹瘦。如樣品可能需要做預(yù)處理崩哩、樣品種類(lèi)有限、成像速度慢而無(wú)法進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)檢測(cè)拱礁、價(jià)格及維護(hù)成本昂貴等琢锋。因此，白光顯微鏡一直以來(lái)有著不可替代的價(jià)值呢灶，為了提高其性能吴超，科學(xué)家們一直在優(yōu)化其光學(xué)性能。

在2000年鸯乃，彭德里提出了一種理論上的“超透鏡”鲸阻，可以產(chǎn)生完美且無(wú)衍射的圖像跋涣。這種超透鏡是由人工制造的負(fù)折射介質(zhì)板塊構(gòu)建的，在這種介質(zhì)中鸟悴，倏逝波并非衰減陈辱，而是在整個(gè)板塊內(nèi)得到增強(qiáng)。這就提供了在遠(yuǎn)場(chǎng)恢復(fù)納米級(jí)信息的可能性细诸，因此幾乎可以恢復(fù)出完美的圖像沛贪。這為超分辨率顯微領(lǐng)域提供了一種全新的思路。2011年震贵，李林教授和郭偉博士等人觀察到利赋，使用放置在表面上的二氧化硅微球可以使光學(xué)成像超過(guò)傳統(tǒng)的分辨率限制(藍(lán)色光源約為200納米，白色光源更大)猩系。這項(xiàng)研究和隨后在表面使用微球的研究結(jié)果發(fā)表在幾個(gè)高影響力期刊上媚送。其他研究小組也獨(dú)立報(bào)道了同樣的現(xiàn)象。

對(duì)微球超分辨顯微鏡的基本機(jī)制進(jìn)行精確的物理描述是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯空n題】艿椋現(xiàn)今塘偎，微球成像有三種主要理論模型:光子納米射流模型，增強(qiáng)構(gòu)造光模型和超共振理論拿霉。其他現(xiàn)象吟秩，如襯底效應(yīng)、部分或傾斜照明友浸、微球部分浸入和相干照明效應(yīng)等峰尝，都被認(rèn)為在較小程度上有助于微球分辨率。微球成像使物體的分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)常規(guī)分辨率限制的確切物理機(jī)制仍然是一個(gè)爭(zhēng)論的來(lái)源收恢。然而，普遍的共識(shí)指向一個(gè)復(fù)雜的理論祭往，其中所有先前描述的現(xiàn)象都在一定程度上起作用伦意，使微球超分辨率顯微鏡成為一個(gè)令人興奮和有大好前途的領(lǐng)域。目前硼补，科學(xué)家們正在利用在應(yīng)用微球成像領(lǐng)域的領(lǐng)xian地位驮肉，研究一種新的理論，探索這些提出的因素對(duì)微球成像物理的影響已骇。

昊量光電推出了來(lái)自英國(guó)的Nanoro M超分辨光學(xué)微球顯微鏡离钝，作為新型光學(xué)顯微鏡，采用微球技術(shù)（SMAL）褪储，突破光學(xué)衍射極限卵渴，實(shí)現(xiàn)超分辨（<100nm）光學(xué)成像±鹬瘢可廣泛應(yīng)用于生物顯微成像浪读、半導(dǎo)體檢測(cè)、細(xì)胞生物學(xué)、藥物研發(fā)碘橘、工業(yè)檢測(cè)互订、納米材料研究等。

圖1 Nanoro M 超分辨光學(xué)微球顯微鏡

我們提供在不同實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的鏡頭仰禽，如非浸入式、非接觸式的空氣鏡頭纺蛆，其具有100nm的分辨率與230-240nm的放大倍數(shù)坟瓢。我們還提供了浸入式鏡頭，可在水或油中使用犹撒，滿(mǎn)足您各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的需求折联。

圖2 SMAL Air鏡頭與常見(jiàn)0.9NA,100x Dry鏡頭對(duì)比圖

這允許用戶(hù)光學(xué)檢查樣品的納米級(jí)缺陷，通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)樣品上的斷裂或絲橋识颊。您還可以檢查特征是預(yù)期的尺寸诚镰，形狀，尺寸祥款，并且它包含了光學(xué)顯微鏡帶來(lái)的所有好處清笨。成像迅速，不會(huì)損壞樣品刃跛，并且是全彩的抠艾。與原子力顯微鏡(AFM)或臺(tái)式掃描電鏡(SEM)相比，這些技術(shù)只能解析表面特征或受到其他限制桨昙，而光學(xué)方法能夠通過(guò)透明材料觀察內(nèi)層检号。這可以為故障查找和分析提供額外的優(yōu)勢(shì)。

圖3 廣域掃描拼接示意圖

不僅如此蛙酪，憑借納米精度掃描臺(tái)和自定義拼接算法齐苛，NANORO M 可以快速對(duì)不同分辨率（從 10 倍放大到超分辨率）的大面積掃描進(jìn)行成像和拼接。

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