Aplicació del concepte de microscopi modern a l'observació del món microscòpic
Des de l'antiguitat fins al present, els éssers humans han estat perseguint veritats més altes i més llunyanes. Des dels viatges oceànics fins a l'exploració espacial, la gent ha anat conquerint grans objectius un darrere l'altre. No obstant això, el món macroscòpic que la gent veu a simple vista no és el món sencer, i l'ull humà no el veu clarament. També atrau innombrables persones per explorar i perseguir.
Independentment de les coses macroscòpiques o microscòpiques, les nostres observacions es basen en els atributs de l'espai tridimensional, és a dir, XYZ tridimensional, i l'observació de canvis en la forma de les coses ha d'introduir un altre factor de mesura: el temps T, de manera que el La forma més completa d'observar les coses ha de ser L'enregistrament simultània de XYZT, és a dir, la fotografia a llarg termini de la forma més el temps, també és la funció definitiva del microscopi.
Després de més de 300 anys de desenvolupament, els microscopis moderns han proposat conceptes com ara la resolució, la profunditat de camp i el camp de visió, i han proposat solucions contínuament. Els microscopis han satisfet inicialment les nostres necessitats d'observació del món microscòpic i ens han ajudat a registrar l'espai i el temps del món microscòpic.
El més important en l'observació microscòpica del món és la resolució de detalls, i d'això va néixer el concepte de resolució. La resolució es refereix a la distància mínima entre dos punts que es poden distingir per l'ull humà i només és vàlida en la dimensió XY. Segons el criteri de Rayleigh, el criteri de Rayleigh, el límit que les persones normals poden distingir són dos punts de 0,2 mm a una distància de 25 cm. Quan utilitzem un microscopi, podem veure dos punts a una distància més petita, la qual cosa millora la resolució de la nostra observació. Amb l'aprofundiment continu de la investigació moderna, els requisits de resolució de les persones també augmenten constantment i els científics també milloren constantment la resolució dels microscopis. Per exemple, els microscopis electrònics han augmentat la resolució fins al nivell nanomètric, permetent l'observació de virus. La tecnologia d'imatge microscòpica ultra alta millora la resolució del microscopi de 200 nanòmetres a desenes de nanòmetres, realitzant l'observació d'orgànuls de cèl·lules vives.
La millora de la resolució també comporta nous problemes, és a dir, la reducció del camp de visió i la profunditat de camp. Quan s'utilitza el mètode d'il·luminació central ordinari (el mètode d'il·luminació fotòpica que fa que la llum passi uniformement a través de l'exemplar), la distància de resolució del microscopi és d=0.61 λ/NA, el rang de longitud d'ona de la llum visible és { {2}}nm, la longitud d'ona mitjana és de 550 nm i la longitud d'ona és una constant fixa. Per tant, augmentar el valor NA pot obtenir un valor D més petit, és a dir, la distància entre dos punts que es poden distingir Més petits, permetent a les persones veure objectes més petits amb claredat.
El valor NA és l'obertura numèrica, que descriu la mida de l'angle del con receptor de llum de la lent, NA=n * sin , és a dir, el producte de l'índex de refracció (n) del medi entre la lent i l'objecte a inspeccionar i el sinus de la meitat de l'angle d'obertura (2 ). n és l'índex de refracció de la llum del medi entre la lent de l'objectiu i la mostra. Quan el medi espacial d'objectes del microscopi és aire, l'índex de refracció n=1. L'ús d'un medi amb un índex de refracció més alt que l'aire pot augmentar significativament el valor de NA. El medi d'immersió en aigua és aigua destil·lada i l'índex de refracció La relació és 1,33; el medi objectiu d'immersió en oli és oli de cedre o altres olis transparents, i el seu índex de refracció és generalment al voltant d'1,52, que s'aproxima a l'índex de refracció de la lent i el vidre lliscant. Per tant, el valor NA de la lent d'oli és superior al de la lent d'aire.
L'angle d'obertura, també conegut com "angle de boca del mirall", és l'angle format pel punt de l'objecte a l'eix òptic de la lent i el diàmetre efectiu de la lent frontal de la lent de l'objectiu. L'augment de l'angle de la boca del mirall pot augmentar el valor del sinus, i el seu límit superior real és d'uns 72 graus (el valor del sinus és 0,95), multiplicat per l'índex de refracció de l'oli de cedre 1,52, es pot obtenir que el El valor màxim de NA és d'uns 1,45, i substituït a la fórmula de càlcul de la resolució, es pot obtenir que la resolució límit del pla XY d'un microscopi convencional és d'aproximadament 0.2um.
El valor NA també afecta directament la brillantor del camp de visió del microscopi (B). De la fórmula B∝NA2/M2 podem deduir que la brillantor augmenta amb l'augment de l'obertura numèrica (NA) o la disminució de l'ampliació de la lent de l'objectiu (M).
Teòricament, hauríem de buscar el valor NA més alt possible per obtenir una millor resolució del pla XY i la brillantor del camp de visió. Tanmateix, tot té dues cares. La millora de la resolució del pla XY reduirà la profunditat de camp de l'eix Z i el camp d'observació.
Els microscopis generalment veuen la vista verticalment cap avall. Quan la posició convexa i la posició còncava a la superfície de l'objecte observada dins del diàmetre del camp de visió es poden veure clarament, la diferència d'alçada entre el punt convex i el punt còncau és la profunditat de camp. Bé, per als microscopis, com més gran sigui la profunditat de camp, millor. Com més gran sigui la profunditat de camp, millor i més claredat es poden obtenir imatges tridimensionals en observar la superfície d'objectes desiguals. La gran profunditat de camp ens ajuda a observar el món microscòpic en direcció vertical. És a dir, la informació de l'eix Z en la forma tridimensional XYZ.
La profunditat de camp és la profunditat de l'espai frontal i posterior corresponent a la imatge clara del pla de la imatge: dtot=(λ*n)/NA més n/(M∗NA) * e, dtot: profunditat de camp , NA: obertura numèrica, M: Ampliació total, λ: longitud d'ona de la llum, (normalment λ=0,55um), n: índex de refracció del medi entre la mostra i la lent de l'objectiu (aire: n{{3 }}, oli: n=1.52) Segons aquesta fórmula, podem saber que la profunditat de camp de l'eix Z és inversament proporcional al valor NA del pla XY.
A més de la profunditat de camp, el camp de visió també es veu afectat pel valor NA. El rang espacial que es pot veure quan l'instrument mira fixament un punt és el camp de visió. El seu càlcul està directament relacionat amb l'ampliació de la lent de l'objectiu. El diàmetre real del camp de visió vist per observació és igual al diàmetre del camp de visió Dividit per l'augment de la lent de l'objectiu, l'ocular indicarà el camp de visió corresponent, com ara 10/18, és a dir, el l'augment és de 10 vegades i el diàmetre del camp de visió és de 18 mm. Per tant, quan es determina l'ocular, com més gran és l'augment, més petit és el camp de visió observat.
La resolució del pla XY és l'anàlisi dels detalls locals i el camp de visió determina el nostre rang d'observació de la mostra. Com més gran sigui el camp de visió, millor, però limitat per la tecnologia actual, hem d'utilitzar lents objectius d'alta potència per obtenir bons valors de NA, per tant, els valors de camp visual i NA tenen una correlació negativa indirecta.
