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光學(xué)顯微鏡的主要觀察方法及使用技巧

來源:蘇州晉松計(jì)量儀器有限公司   2021年12月15日 16:12  
  我們平時(shí)用到的正置顯微鏡和倒置顯微鏡,統(tǒng)稱為復(fù)合式顯微鏡,可以用來觀察涂片或切片、培養(yǎng)的活細(xì)胞、水中的微生物或進(jìn)行顯微操作等。顯微鏡主機(jī)搭配各種光學(xué)組件可以實(shí)現(xiàn)各種觀察方法:明場、相差、暗場、微分干涉(DIC)、整合調(diào)制反差(IMC)等,針對不同的標(biāo)本,選用適合的觀察方法才能得到的圖像。
  明場觀察
  通常所說的明場,指的是由顯微鏡光源的照明光經(jīng)過聚光鏡匯聚照射到標(biāo)本上,被標(biāo)本吸收后,剩余的光進(jìn)入物鏡,然后通過目鏡被人眼看到或者被通過C接口被攝像頭拍到。照明光路采用科勒照明或臨界點(diǎn)照明。
  血涂片、革蘭氏染色的細(xì)菌涂片、染色的病理切片、植物的切片、骨磨片等都采用明場方式觀察。這幾類標(biāo)本比較適合用正置顯微鏡觀察,與倒置顯微鏡相比,正置顯微鏡的聚光鏡可以離標(biāo)本很近,數(shù)值孔徑比較大,所以整體的分辨率要比倒置鏡高,看標(biāo)本更清楚。
  明場觀察的要求主要是結(jié)構(gòu)清晰、顏色準(zhǔn)確,如何保證清晰準(zhǔn)確呢?
  首先是制片,為了盡可能的看到清晰的結(jié)構(gòu),我們先注意一下標(biāo)本制備中要不要封片以及如何封片的問題,因?yàn)椴煌奈镧R對標(biāo)本封片與否的要求是不一樣的。
  1.光學(xué)顯微鏡中物鏡上的重要參數(shù)
  對于需要封片的標(biāo)本,標(biāo)本要浸沒在封片劑中,再蓋上蓋玻片,不可以不加封片劑直接蓋蓋玻片。封片劑的折射率一般與標(biāo)本接近,盡量減少成像光路中折射率的突兀變化,以保證通透性。生物組織的折射率一般在1.3~1.5之間,蓋玻片的玻璃折射率為1.52左右,油鏡的油折射率為1.518,所以封片劑的折射率一般不超過1.518。
  2.光學(xué)顯微鏡制片
  其次是顯微鏡組件參數(shù),數(shù)值孔徑(NA)是物鏡和聚光鏡的固有參數(shù),物鏡的數(shù)值孔徑(NA)越大分辨率越高,看到的標(biāo)本就越清楚。同樣,聚光鏡的數(shù)值孔徑越大分辨率越高。所以選擇數(shù)值孔徑比較大的物鏡和聚光鏡有助于看清更多的標(biāo)本細(xì)節(jié)孔徑光闌(Aperture)位于聚光鏡上,孔徑數(shù)值可調(diào),也影響分辨率,孔徑數(shù)值越大顯微鏡成像分辨率越高。
  3.孔徑光闌
  注意:物鏡和聚光鏡的數(shù)值孔徑越大,其工作距離(或者理解為焦距)越短??讖焦怅@數(shù)值越大,顯微鏡成像的對比度越低,景深越小。
  4.另外,照明光源的色溫會(huì)影響到顯色效果。同一個(gè)標(biāo)本,照明色溫比較低時(shí),標(biāo)本中的紅色就比較鮮艷,藍(lán)色比較暗;相反色溫偏越高時(shí),標(biāo)本中藍(lán)色就越鮮艷紅色越暗。
  顯微鏡常用作明場照明的光源有兩種:鹵素?zé)艉蚅ED燈。
  鹵素?zé)舻恼w色溫比較低,看起來明顯偏黃色,一般會(huì)在照明光路里加一個(gè)日光濾片提高色溫,使標(biāo)本的顏色更均衡。然而鹵素?zé)舻纳珳貢?huì)隨著燈的亮度而變化,燈調(diào)節(jié)的越亮,色溫越高。我們知道在使用顯微鏡從低倍物鏡轉(zhuǎn)換到高倍物鏡時(shí),需要調(diào)亮照明光來保證目鏡觀察到的視野亮度一致,這樣就會(huì)導(dǎo)致色溫升高,從而使得高倍鏡看到的標(biāo)本中藍(lán)色結(jié)構(gòu)比低倍鏡中更鮮艷,而低倍鏡中看到的紅色結(jié)構(gòu)更鮮艷。要解決這個(gè)色彩偏差,方法有:
  基礎(chǔ)的顯微鏡可以配置恒定亮度的物鏡組,低倍鏡跟高倍鏡的亮度一樣,這樣就不需要調(diào)整燈的亮度。
  高級(jí)的全自動(dòng)顯微鏡使用恒定色溫轉(zhuǎn)輪,根據(jù)不同物鏡自動(dòng)調(diào)整鹵素?zé)袅炼炔⒆詣?dòng)調(diào)節(jié)色溫轉(zhuǎn)輪,來使最終的照明色溫保持恒定。
  使用恒定色溫的照明光源:LED燈。
  LED燈的色溫恒定,不會(huì)隨亮度變化。顯微鏡明場照明用的LED燈通常色溫恒定在5000K,接近太陽光的平均色溫。
  最后使用顯微鏡配備的攝像頭拍照時(shí),如果發(fā)現(xiàn)電腦屏幕上呈現(xiàn)的圖像偏色,就需要先做一下白平衡。
  4選取視野中的空白區(qū)域作為參照進(jìn)行白平衡,顏色的鮮艷程度則可以通過色飽和度調(diào)節(jié),飽和度越高,圖像色彩越艷麗,飽和度低時(shí),圖像就失去色彩呈現(xiàn)為黑白色。
  需要注意的是,不必要求屏幕上顯示的標(biāo)本顏色跟目鏡里看到的*一致,因?yàn)槿魏物@示器所能顯示的顏色都是有限的,
  5.人眼與不同顯示器觀察到的色域不同相差成像檢查培養(yǎng)中的活細(xì)胞的生長狀態(tài)時(shí),常用相差方法觀察。因?yàn)榛罴?xì)胞一般不染色,細(xì)胞比較透明,直接用明場觀察的話不容易看清楚,用相差方式可以提高反差,更容易看清細(xì)胞狀態(tài)。
  6活細(xì)胞觀察對比顯微鏡要實(shí)現(xiàn)相差效果需要兩個(gè)條件:相差物鏡和相差環(huán),觀察時(shí)需要選擇相差物鏡并將對應(yīng)的相差環(huán)移入光路。相差物鏡上會(huì)有標(biāo)志“PH0”、“PH1”、“PH2”等,數(shù)字表示對應(yīng)的相差環(huán)型號(hào),另外相差環(huán)上也會(huì)明確標(biāo)注對應(yīng)的物鏡倍數(shù),使用相差時(shí)一定要保證物鏡和相差環(huán)正確匹配。
  7.相差成像設(shè)備圖解
  暗場成像
  實(shí)際是暗場照明法。不直接觀察到照明的光線,而觀察到的是被物體反射或散射的光線,暗背景,樣品閃亮。適合觀察微小水生生物、纖維、毛發(fā)、細(xì)菌,以及進(jìn)行尿檢等。
  8.明暗成像對比
  9.暗場成像下的小水生生物
  暗場觀察所需要的特殊附件是暗場環(huán)和聚光鏡,聚光鏡的數(shù)值孔徑至少比所用物鏡大0.2才可以實(shí)現(xiàn)較好的暗場效果。
  10.暗場成像原理
  微分干涉(DIC)成像如果細(xì)胞標(biāo)記了熒光,就不太適合再用相差物鏡觀察了,因?yàn)橄嗖钗镧R內(nèi)有相位環(huán),會(huì)阻擋部分熒光,此時(shí)比較適合的反差增強(qiáng)方法是DIC。DIC可以用高透光的復(fù)消色差物鏡搭配DIC棱鏡和偏光片來實(shí)現(xiàn),拍攝熒光時(shí)DIC組件可以從光路中移除,不會(huì)對熒光成像產(chǎn)生影響。
  DIC呈現(xiàn)出漂亮的3D圖像(非真實(shí)三維圖像),無光暈,分辨率大于相差,適合搭配熒光,但是不適合在塑料器皿中成像。
  DIC下的細(xì)胞成像
  DIC成像時(shí)需要在光路中移入4個(gè)組件,相對比較復(fù)雜,所以一般配在全自動(dòng)顯微鏡上,由顯微鏡自動(dòng)控制各個(gè)組件,以方便使用者操作。并可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間定時(shí)拍攝,記錄動(dòng)態(tài)過程。
  整合調(diào)制反差(IMC)成像
  顯微操作時(shí),需要標(biāo)本呈現(xiàn)出一定的立體效果,DIC雖然有立體效果,但是用DIC時(shí)不能用塑料器皿,而顯微操作多數(shù)都是在塑料器皿里進(jìn)行的。整合調(diào)制反差(IMC)或者霍夫曼反差(HMC)正好滿足這個(gè)需求。
  IMC或者HMC是一種斜照明效果,一側(cè)的狹縫照明造成陰影,產(chǎn)生立體效果。可用于塑料器皿內(nèi)標(biāo)本的顯微操作。
  IMC成像適用于顯微操作
  HMC需要專用的物鏡搭配聚光鏡上的調(diào)制器,專用物鏡對熒光有一定的阻擋。IMC無需專用物鏡,可用普通物鏡搭配調(diào)制器實(shí)現(xiàn),對熒光成像沒有影響。

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