 | Эта статья может потребовать очистки, чтобы соответствовать стандартам качества Википедии . Конкретная проблема: не имеющая ссылок, неверная и нерелевантная информация. ( Апрель 2020 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
 Фазово-контрастный микроскоп | |
| Использует | Микроскопическое наблюдение неокрашенного биологического материала |
|---|---|
| Изобретатель | Фриц Зернике |
| Производитель | Leica , Zeiss , Nikon , Olympus и другие |
| Модель | кгт |
| Похожие материалы | Дифференциальная интерференционная контрастная микроскопия , модуляционно-контрастная микроскопия Хоффмана , количественная фазово-контрастная микроскопия |
Фазово-контрастная микроскопия - это метод оптической микроскопии , который преобразует фазовые сдвиги света, проходящего через прозрачный образец, в изменения яркости изображения. Сами фазовые сдвиги невидимы, но становятся видимыми, когда отображаются как изменения яркости.
Когда световые волны проходят через среду, отличную от вакуума , взаимодействие со средой вызывает изменение амплитуды и фазы волны в зависимости от свойств среды. Изменения амплитуды (яркости) возникают из-за рассеяния и поглощения света, которое часто зависит от длины волны и может вызывать появление цветов. Фотографическое оборудование и человеческий глаз чувствительны только к колебаниям амплитуды. Таким образом, без специальных мер фазовые переходы невидимы. Тем не менее, фазовые изменения часто несут важную информацию.
Фазово-контрастная микроскопия особенно важна в биологии. Он выявляет многие клеточные структуры, которые невидимы в светопольный микроскоп , как показано на рисунке. Эти структуры были сделаны видимыми для более ранних микроскопистов путем окрашивания , но это требовало дополнительной подготовки и гибели клеток. Фазово-контрастный микроскоп позволил биологам изучить живые клетки и то, как они размножаются посредством деления клеток . Это один из немногих доступных методов количественной оценки клеточной структуры и компонентов, в котором не используется флуоресценция . [1] После изобретения в начале 1930-х годов [2]Фазово-контрастная микроскопия оказалась таким достижением в микроскопии, что ее изобретатель Фриц Зернике был удостоен Нобелевской премии по физике в 1953 г. [3]
Принцип работы [ править ]
Основной принцип визуализации фазовых изменений в фазово-контрастной микроскопии состоит в том, чтобы отделить освещающий (фоновый) свет от света, рассеянного образцом (который составляет детали переднего плана), и по-разному управлять ими.
Кольцевой световой индикатор (зеленый), проходящий через кольцевое пространство конденсатора, фокусируется конденсатором на образец. Часть освещающего света рассеивается образцом (желтый). Оставшийся свет не зависит от образца и образует фоновый свет (красный). При наблюдении за неокрашенным биологическим образцом рассеянный свет является слабым 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 задний план (красный вектор) имеют почти одинаковую интенсивность, что приводит к низкой контрастности изображения .
В фазово-контрастном микроскопе контраст изображения увеличивается двумя способами: путем создания конструктивной интерференции между рассеянными и фоновыми световыми лучами в областях поля зрения, которые содержат образец, и путем уменьшения количества фонового света, который достигает плоскости изображения. . Во-первых, фоновый свет сдвигается по фазе на -90 °, пропуская его через кольцо фазового сдвига, что устраняет разность фаз между фоном и рассеянными световыми лучами.
Когда свет затем фокусируется на плоскости изображения (где размещается камера или окуляр), этот фазовый сдвиг приводит к тому, что фоновые и рассеянные световые лучи, исходящие из областей поля зрения, содержащих образец (т.е. передний план), конструктивно мешают , что приводит к увеличению яркости этих областей по сравнению с областями, не содержащими образец. Наконец, фон затемняется на ~ 70-90% серым фильтром.звенеть; этот метод максимизирует количество рассеянного света, генерируемого освещающим (т. е. фоновым) светом, одновременно минимизируя количество освещающего света, достигающего плоскости изображения. Часть рассеянного света, который освещает всю поверхность фильтра, будет сдвинут по фазе и затемнен кольцами, но в гораздо меньшей степени, чем фоновый свет, который освещает только кольца фазового сдвига и серого фильтра.
Выше описан отрицательный фазовый контраст . В своей положительной форме фоновый свет сдвинут по фазе на + 90 °. Таким образом, фоновый свет будет сдвинут по фазе на 180 ° по сравнению с рассеянным светом. Затем рассеянный свет будет вычтен из фонового света, чтобы сформировать изображение с более темным передним планом и более светлым фоном, как показано на первом рисунке. [4] [5] [6]
Связанные методы [ править ]
Успех фазово-контрастного микроскопа привел к появлению ряда последующих методов фазовой визуализации . В 1952 году Жорж Номарски запатентовал то, что сегодня известно как микроскопия с дифференциальным интерференционным контрастом (ДИК) . [7] Увеличивает контраст за счет создания искусственных теней, как если бы объект освещался сбоку. Но ДИК-микроскопия непригодна, когда объект или его контейнер изменяют поляризацию. С ростом использования поляризационных пластиковых контейнеров в клеточной биологии, ДИК-микроскопия все чаще заменяется модуляционной контрастной микроскопией Хоффмана , изобретенной Робертом Хоффманом в 1975 году [8].
Традиционные методы фазового контраста увеличивают 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 создают в цифровом виде 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, индуцированный объектом, который пропорционален оптической толщине объекта. [9]
См. Также [ править ]
- Визуализация живых клеток
- Фазово-контрастное изображение
- Фазово-контрастное рентгеновское изображение
Ссылки [ править ]
- ^ "Фазово-контрастный микроскоп" . Nobel Media AB.
- ^ Зернике, Ф. (1955). «Как я обнаружил фазовый контраст». Наука . 121 (3141): 345–349. Bibcode : 1955Sci ... 121..345Z . DOI : 10.1126 / science.121.3141.345 . PMID 13237991 .
- ^ "Нобелевская премия по физике 1953" . Nobel Media AB.
- ↑ Фриц Зернике (1942). «Фазовый контраст, новый метод микроскопического наблюдения прозрачных объектов, часть I». Physica . 9 (7): 686–698. Bibcode : 1942Phy ..... 9..686Z . DOI : 10.1016 / S0031-8914 (42) 80035-X .
- ↑ Фриц Зернике (1942). «Фазовый контраст, новый метод микроскопического наблюдения прозрачных объектов, часть II». Physica . 9 (10): 974–980. Bibcode : 1942Phy ..... 9..974Z . DOI : 10.1016 / S0031-8914 (42) 80079-8 .
- ↑ Оскар Ричардс (1956). «Фазовая микроскопия 1954-56 гг.». Наука . 124 (3226): 810–814. Bibcode : 1956Sci ... 124..810R . DOI : 10.1126 / science.124.3226.810 .
- ^ US2924142 , Жорж Номарски, "УСТРОЙСТВО ИНТЕРФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ"
- ^ US4200354 , Роберт Хоффман, «Системы микроскопии с прямоугольным освещением, особенно приспособленные для наблюдения за прозрачными объектами»
- ^ Kemmler, M .; Fratz, M .; Giel, D .; Saum, N .; Бранденбург, А .; Хоффманн, К. (2007). «Неинвазивный временной цитометрический мониторинг с помощью цифровой голографии». Журнал биомедицинской оптики . 12 (6): 064002. Bibcode : 2007JBO .... 12f4002K . DOI : 10.1117 / 1.2804926 . PMID 18163818 .
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы, связанные с фазово-контрастной микроскопией . |
| Библиотечные ресурсы по фазово-контрастной микроскопии |
|
- Праймер для оптической микроскопии - фазово-контрастная микроскопия , Университет штата Флорида
- Фазово-контрастные и темнопольные микроскопы (Université Paris Sud)
