Фазово-контрастная микроскопия
 | Эту статью может потребовать очистки Википедии , чтобы она соответствовала стандартам качества . Конкретная проблема заключается в следующем: непроверенная, неверная и нерелевантная информация. ( Апрель 2020 г. ) |
 Фазово-контрастный микроскоп | |
| Использование | Микроскопическое исследование неокрашенного биологического материала |
|---|---|
| изобретатель | Фриц Цернике |
| Производитель | Leica , Zeiss , Nikon , Olympus и другие. |
| Модель | кгт |
| Похожие товары | Дифференциальная интерференционно-контрастная микроскопия , Модуляционно-контрастная микроскопия Хоффмана , Количественная фазово-контрастная микроскопия |
Фазово-контрастная микроскопия (ФКМ) — это метод оптической микроскопии , который преобразует фазовые сдвиги света, проходящего через прозрачный образец, в изменения яркости изображения. Фазовые сдвиги сами по себе невидимы, но становятся видимыми, когда отображаются в виде изменений яркости.
Когда световые волны распространяются через среду, отличную от вакуума , взаимодействие со средой приводит к изменению амплитуды и фазы волны в зависимости от свойств среды. Изменения амплитуды (яркости) возникают в результате рассеяния и поглощения света, которое часто зависит от длины волны и может вызывать появление цветов. Фотоаппаратура и человеческий глаз чувствительны только к изменениям амплитуды. Поэтому без специальных мер фазовые изменения невидимы. Тем не менее, фазовые изменения часто несут важную информацию.
Фазово-контрастная микроскопия имеет особое значение в биологии. Он обнаруживает множество клеточных структур, невидимых в микроскоп светлого поля , как показано на рисунке. Эти структуры стали видны более ранним микроскопистам путем окрашивания , но это требовало дополнительной подготовки и гибели клеток. Фазово-контрастный микроскоп позволил биологам изучать живые клетки и то, как они размножаются посредством клеточного деления . Это один из немногих методов количественной оценки клеточной структуры и компонентов без использования флуоресценции . [ 1 ] После его изобретения в начале 1930-х гг. [ 2 ] Фазово-контрастная микроскопия оказалась таким достижением в микроскопии, что ее изобретатель Фриц Цернике был удостоен Нобелевской премии по физике в 1953 году. [ 3 ] Женщина, изготовившая этот микроскоп, Кэролайн Бликер , часто остается в титрах.
Принцип работы
[ редактировать ]Основной принцип, позволяющий сделать фазовые изменения видимыми в фазово-контрастной микроскопии, состоит в том, чтобы отделить освещающий (фоновый) свет от света, рассеянного образцом (который составляет детали переднего плана), и по-разному манипулировать ими.
Кольцеобразный световой свет (зеленый), проходящий через кольцевое пространство конденсатора, фокусируется конденсором на образце. Часть освещающего света рассеивается образцом (желтый). Оставшийся свет не подвергается воздействию образца и образует фоновый свет (красный). При наблюдении неокрашенного биологического образца рассеянный свет слабый и обычно сдвинут по фазе на -90 ° (как из-за типичной толщины образцов, так и из-за разницы показателей преломления между биологической тканью и окружающей средой) относительно фонового света. Это приводит к тому, что передний план (синий вектор) и фон (красный вектор) имеют почти одинаковую интенсивность, что приводит к низкой контрастности изображения .
В фазово-контрастном микроскопе контраст изображения увеличивается двумя способами: за счет создания конструктивной интерференции между лучами рассеянного и фонового света в областях поля зрения, содержащих образец, и за счет уменьшения количества фонового света, попадающего в плоскость изображения. . [ 4 ] Во-первых, фоновый свет сдвигается по фазе на -90°, пропуская его через кольцо фазового сдвига, что устраняет разность фаз между фоном и лучами рассеянного света.
Когда свет затем фокусируется на плоскости изображения (где расположена камера или окуляр), этот фазовый сдвиг приводит к тому, что фоновые и рассеянные световые лучи, исходящие из областей поля зрения, содержащих образец (т. е. переднего плана), конструктивно интерферируют. , что приводит к увеличению яркости этих областей по сравнению с областями, не содержащими образец. Наконец, фон затемняется на ~70-90% серым кольцом фильтра ; этот метод максимизирует количество рассеянного света, генерируемого светом освещения, при этом минимизируя количество света освещения, достигающего плоскости изображения. Часть рассеянного света, освещающего всю поверхность фильтра, будет сдвинута по фазе и затемнена кольцами, но в гораздо меньшей степени, чем фоновый свет, который освещает только фазосдвигающее и серое кольца фильтра.
Вышеописанное описывает отрицательный фазовый контраст . В положительной форме фоновый свет сдвинут по фазе на +90°. Таким образом, фоновый свет будет сдвинут по фазе на 180° относительно рассеянного света. Рассеянный свет затем будет вычтен из фонового света, чтобы сформировать изображение с более темным передним планом и более светлым фоном, как показано на первом рисунке. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
Связанные методы
[ редактировать ]
Успех фазово-контрастного микроскопа привел к появлению ряда последующих методов фазовой визуализации . В 1952 году Жорж Номарски запатентовал то, что сегодня известно как дифференциально-интерференционно-контрастная (ДИК) микроскопия . [ 8 ] Он усиливает контраст, создавая искусственные тени, как будто объект освещен сбоку. Однако ДИК-микроскопия непригодна, когда объект или его контейнер меняют поляризацию. С ростом использования поляризационных пластиковых контейнеров в клеточной биологии, ДИК-микроскопия все чаще заменяется модуляционно-контрастной микроскопией Хоффмана , изобретенной Робертом Хоффманом в 1975 году. [ 9 ]
Традиционные методы фазового контраста улучшают контраст оптически, смешивая информацию о яркости и фазе в одном изображении. С момента появления цифровой камеры в середине 1990-х годов было разработано несколько новых методов цифровой фазовой визуализации, известных под общим названием количественная фазово-контрастная микроскопия . Эти методы в цифровом виде создают два отдельных изображения: обычное изображение в светлом поле и так называемое изображение с фазовым сдвигом . В каждой точке изображения изображение с фазовым сдвигом отображает количественный фазовый сдвиг, вызванный объектом, который пропорционален оптической толщине объекта. [ 10 ] Таким образом, измерение соответствующего оптического поля может устранить артефакты ореола, связанные с обычным фазовым контрастом, путем решения оптической обратной задачи для компьютерного восстановления потенциала рассеяния объекта. [ 11 ]
См. также
[ редактировать ]- Визуализация живых клеток
- Фазово-контрастная визуализация
- Фазово-контрастная рентгеновская визуализация
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Фазово-контрастный микроскоп» . Нобель Медиа АБ.
- ^ Зернике, Ф. (1955). «Как я открыл фазовый контраст». Наука . 121 (3141): 345–349. Бибкод : 1955Sci...121..345Z . дои : 10.1126/science.121.3141.345 . ПМИД 13237991 .
- ^ «Нобелевская премия по физике 1953 года» . Нобель Медиа АБ.
- ^ Мерц, Джером (2010). Введение в оптическую микроскопию . Гринвуд-Виллидж, Колорадо: Робертс. стр. 189–190. ISBN 978-0-9815194-8-7 .
- ^ Фриц Цернике (1942). «Фазовый контраст, новый метод микроскопического наблюдения прозрачных объектов, часть I». Физика . 9 (7): 686–698. Бибкод : 1942Phy.....9..686Z . дои : 10.1016/S0031-8914(42)80035-X .
- ^ Фриц Цернике (1942). «Фазовый контраст, новый метод микроскопического наблюдения прозрачных объектов, часть II». Физика . 9 (10): 974–980. Бибкод : 1942Phy.....9..974Z . дои : 10.1016/S0031-8914(42)80079-8 .
- ^ Оскар Ричардс (1956). «Фазовая микроскопия 1954-56». Наука . 124 (3226): 810–814. Бибкод : 1956Sci...124..810R . дои : 10.1126/science.124.3226.810 . ПМИД 13380397 .
- ^ US2924142 , Жорж Номарски, «ИНТЕРФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ФАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ»
- ^ US4200354 , Роберт Хоффман, «Системы микроскопии с прямоугольным освещением, специально приспособленные для наблюдения за прозрачными объектами»
- ^ Кеммлер, М.; Фратц, М.; Гил, Д.; Саум, Н.; Бранденбург, А.; Хоффманн, К. (2007). «Неинвазивный временной цитометрический мониторинг методом цифровой голографии» . Журнал биомедицинской оптики . 12 (6): 064002. Бибкод : 2007JBO....12f4002K . дои : 10.1117/1.2804926 . ПМИД 18163818 . S2CID 40335328 .
- ^ Кандель, Михаил; Майкл, Фаноус; Екатерина Бест-Попеску; Габриэль, Попеску. «Коррекция ореолов в реальном времени при фазово-контрастной визуализации» . Биомедицинская оптика Экспресс . дои : 10.1364/BOE.9.000623 . ПМК 5854064 . ПМИД 29552399 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Учебник по оптической микроскопии - Фазово-контрастная микроскопия , Университет штата Флорида
- Фазово-контрастные и темнопольные микроскопы (Университет Париж-Юг)
- Детали микроскопа нужно знать.
| Освещение и контрастные методы |
|  |
|---|---|---|
| Флуоресцентные методы | ||
| субдифракция предельные методы | ||
