设为首页 | 添加收藏 |sitemap |百度地图 |
货真价实 坦诚无欺
新闻资讯

尼康显微镜:在光学显微镜上的创新

2013-10-16  发布者:admin 

所有的科学工具,有可能没有更多的思考和劳动投入比光镜下改善。它在过去的几个世纪的发展,推动了科学家们希望较小,较暗,(图1)和组织比以往任何时候都更深处的现象,观察和测量。

innovations figure1

今天的改进的显微镜所产生的图像的一个例子,提出如图1所示,其示出了数字方式捕获的多色一个Eclipse E600显微镜使用CFI60 40X荧光物镜和尼康的新的地塞米松1200数码相机拍摄的组织培养细胞的荧光图像。

一个世纪前,在显微镜达到光的性质的经典理论所预测的极限分辨率。然而,多分辨率需要允许实时显微镜检查活细胞的内部运作。前在极少数实验室做的最高的技术大师的技术,减少到现在的容易,临床常规程序。认真听取显微镜,显微镜设计师,带来了巨大的创新。本文总结了在显微镜设计的最新进展,侧重于最近开发的光学系统可以提高科技进步。

 

有限与无限光学系统

当生物显微镜落射荧光和共聚焦技术相对简单,之前的日子里,没有什么必要的物镜和目镜 interlens空间的之间夹着厚厚的光学元件。供应的是标准的160 - 170毫米的管长度,安装法兰的物镜和座椅的目镜之间的距离,以及此。这些工具有收敛光在interlens空间。冶金学家和地质学家需要偏振光,及晶圆薄偏振片发明之前,这需要大量的棱镜和其他配件,在这个空间中插入的。在20世纪30年代制造商之一,运行的空间在标准管和困扰,由于棱镜的像差校正的问题,第一次尝试一个版本的无限远光学来解决这些麻烦。

术语无穷大是指物镜被设计成投影图像为无穷大,而不是一些有限的距离。无限远光学系统提供了客观和目镜之间的平行光区域。在这些系统中,复杂的光学组件可以被插入在该平行光的空间的情况下,引入光学像差或减少物镜的自由工作距离。该系统还保留了物镜的安排(图2)的齐焦。图2给出的是CFI60光学路径的概念图。无限远光学系统包括一个物镜,管透镜会聚的光束,和一个目镜透镜。模块和组件可放置在创建了一个非常灵活的系统,无需额外的中继光学系统的物镜与镜筒透镜之间的光路平行。图像点的位置保持不变,轴向和横向,一样的物镜和管透镜之间的对准。

innovations figure2

当然,从无穷大型物镜的光以形成图像,我们可以看到或记录,必须进行再次收敛管透镜,或第二个物镜之间的平行光的空间和目镜。一般,在一种情况下多达三个,主要的光学元件可以被放置在该空间不导致性能降低的情况下。

配件和插入组件的设计,现在可以实现刚好1X的倍率,这是有价值的,当具有相同的试样比较的几种光学技术。例如,当光学落射荧光和微分干涉相差(DIC)的安装,但仍是第三个设备的空间, 用于与变倍,教学头,一个多端口组件,用于两个摄像机,或一个绘图头数字化垫跟踪神经元。

在古典显微镜年前,镜头设计者必须考虑的物镜和目镜校正镜头畸变,球形畸变和色差(纵向和横向的),昏迷,散光和场曲的奢侈品。也被称为横向色差(LCA)的倍率色差 形成的红色,绿色,和蓝色的图像在同一焦平面,但与形成不同大小的图像的每种颜色。

传统上,工作组已经非常困难的纠正,往往留下未校正的物镜,目镜补偿。该品种的光学眼镜和计算技术可用年前不足以纠正LCA内的物镜任务。插入厚厚的组件在裸其中镜头束将进一步破坏光学修正。

即使在今天,并不是所有的厂商已经实现了完全修正LCA内的物镜。由尼康公司(纽约州Melville)开发新的玻璃配方具有极低的色散,因此,所有的像差校正的物镜本身内。公司于1976年推出了第一款完全纠正CF(色差免费)物镜,这种新技术的不断发展CFI60(无铬无穷大,齐焦的肩膀高度60毫米)的物镜,管镜头和目镜(尼康)。与无限管长度设计的各种显微镜系统,仅这一项结合了其他必要的设计变更要充分利用这一概念。

 

新镜头

一个理想的物镜为无边显微镜系统的设计比通常的透镜元件数量,需要更多的,由于紧急束必须聚焦于无限远处。添加到荧光技术的要求,如M-FISH(多色荧光原位杂交)(图3),这是基于尽可能收集尽可能多的光子,并且要求更高的数值孔径(NA)的透镜。添加到这个高NA共聚焦技术的要求,长工作距离镜头远渗透到厚组织。为了满足这些需求,今天的透镜必须有较大的物理直径的玻璃镜片。总而言之,这些要求,使镜头过时的旧的尺寸标准。例如在图3中,是一种多色荧光图像的成纤维细胞,在电影拍摄的Eclipse E800显微镜使用CFI60 60XNA 1.4油浸物镜。

innovations figure3

成立于19世纪中叶在英国皇家显微学会的标准设置的物镜安装螺纹的直径。这个维度,而慷慨的时间和适当的旧黄铜显微镜的光学设计上的限制,成为一个严重的。另外,前齐焦肩高的行业标准 从检体的客观的安装法兰的距离 证明是不够的目前的设计的复杂性。这些尺寸的新标准(螺纹直径25毫米和60毫米的齐焦的肩膀高度,尼康)可能使创新的新镜头,并确保有足够的空间改善。管透镜的焦距为200毫米,允许极长的工作距离与高NA的透镜。这些新标准和管透镜实现这些物镜的工作距离。

CFI60镜头有更高的NAS比标准放大倍率,通常可提供的细节更高的分辨率,更大的聚光能力,在共聚焦应用和高性能。许多Eclipse的仪器物镜共享的属性不再比平常的工作距离。这允许从顶部到底部,而不必担心,打破玻璃盖或损坏的物镜本身要聚焦厚的样品。应用浸油更容易,因为是不断变化的试样。厚底室是可用的,显微高倍率的镜头成为可能。

现在露出的内部机制和动态活性细胞的研究,每一个光子荧光发射是宝贵的。收集这些以最大的效率,需要尽可能高的数值孔径的物镜。福陆公司平场40X NA 1.30油浸镜头结合的放大倍率,高NA,现场平整度,工作距离长,高紫外透射荧光研究高效的工作优化。对于相等的放大倍率,图像的亮度在落射照明系统的透镜的数值孔径的四次方成正比。计算表明,在比较普通的干镜头40X浸没透镜1.30 0.65 NA NA,得到亮度增加16倍。

 

更好的干图片

很多的观测都是用普通,非油浸 40X物镜,所谓的干镜头。在这种程度的放大,客观上需要一个相当高的NA,提供丰富的细节,40X放大倍率应揭示。NA最低的通常为40X镜头是0.65。即使在此NA,在显微镜的光学性能变得依赖于一个光学部件的透镜设计和制造商无法控制 试样上的盖玻片。显微镜制造商推荐的盖玻片的厚度为0.17mm,并且对身体的物镜(这对应于#1 1/2的盖玻片上,在实验室供应房屋的条款)雕刻。

许多试样制备与其它厚度的盖玻片。这是观测在低功率的影响甚微,但在40X以上,它具有强大的影响力。在镜头设计师条款,非标准盖玻片打乱客观的球面像差,从用户的角度,图像失去对比度和看起来浑浊。

虽然0.65是普通的40X镜头的NA,性能更高的干物镜可高达0.95。这些不利影响盖玻片厚度校正套环上必须有物镜。优化图像质量,将其同时观察图像的外观。车削领子的物镜的一些组件,不幸的是,也更改了有效的镜头的焦距改变的内部间隔。在实践中,必须同时用一只手和精细的对焦旋钮,与其他的衣领,一边寻找清晰的图像。许多用户从来没有掌握这种技术。高数值孔径,高干燥镜头(尼康),大大减少了专利设计的焦点偏移,从而更容易优化的图像质量。对于NAS高于0.95,浸泡镜片提供。

 

通用物镜

每个制造商列出其他观测技术,比普通明场 相衬,DIC和荧光技术,如不同的特殊物镜。研究人员使用多种技术,一旦需要购买一些这些物镜对于任何给定的倍率。到现在为止,这是不可能的性能没有显着的损失,这四个物镜设计一个物镜平场DLL镜头(尼康)在所有这些模式的四个功能,而不会牺牲图像质量。为节省钱,便利和物镜转换器上的空间

 

最低倍率物镜

在生活中,我们通常观察概述第一场景,然后放大的细节,抓住我们的眼球。在显微镜下,我们先低权力开始,然后移动到更高的权力。病理学家,神经,和植物学家在众多的生命科学专业人士常常依赖于低倍率的方向和字面意思是大局。然而,在许多显微镜,最低的功耗,使用10X物镜10X目镜是100X,自然大小相当的飞跃。由于显微镜往往不愿意改变低倍率目镜,低倍率物镜是较低级别的放大倍率的最佳选择。

innovations figure4

随着的CFI60 0.5X物镜,用户可以在很宽的视野观察和拍摄。与实际的字段为50毫米的观点,这一物镜是有用的宏观观察大的样品,如椴干图4中所示的薄膜部。常规的无限远光学系统相比,所提供的物镜的图像区域的大小大五倍以上。实际尺寸拍摄有可能在35毫米胶片。

各大厂商纷纷提供约物镜4X2X,和甚至1X权力。该CFI Macroplan 0.5X物镜,有其特殊的配件,呈现在目镜5X图像,将拍摄自然的尺寸,1X35毫米胶卷上的图像(参见图4)。该镜头提供了一个非常高的水平,细节和色彩校正,使显微镜放大倍率范围最广。

 

符合人体工程学的设计

不仅仅是光学显微镜是多,它是实验室的仪器科学家有身体接触。当购买的仪器,其中一个可能会坐几个小时的时间,这是非常重要的考虑身体的舒适。这是不能轻易表​​达的一个规格表。它必须经历的第一手资料。

在许多旧显微镜(甚至在一些较近期的),各种控件放置在他们最方便的制造商。这有时会造成尴尬或不便。

所有主要制造商已在其展台设计结合人体工程学考虑,但Eclipse的工具带来符合人体工程学的考虑到一个更高的水平。广泛的研究用户如何坐在他们的仪器,测量方便深远的距离,舒适的手臂和头部位置的确定被认为是在设计。舞台上的位置的处理和聚焦控制旋钮E800显微镜进行比较与常规显微镜在图5a)。保持自然的位置,并具有身体等距双手,应变减轻。此外,载物台手柄和微调旋钮的位置,这样他们可以用一只手进行操作,提高舒适的观察。直立和倾斜目镜管可在许多尼康显微镜(图5b)),以确保检查效率提高和驾驶舒适性增强,通过使用一个系统在一个自然的位置。

innovations figure5

此外,加入的组件的interlens空间并不总是舒适的完成。如果组件只是堆叠,大多数厂家一样,双目观察头,他们上的目镜,其结果往往是一个令人不安的高收视安排,用户吊装他们的脖子上,同行通过目镜。在Eclipse,最多三个组件插入在其中镜头空间的,而不需要改变仪器的常数,方便的眼睛的位置。

在新的台灯,使用最频繁的控制的显微镜中最方便的地方,无论便于制造。凡一起使用的控制与对方,如阶段的运动和精细的焦点,在那里他们可以用同一只手的手指进行调整。随着桌面上舒适地休息的前臂,最常用的控制自然垂下的指尖下。低得多的舞台位置,使滑动改变方便。可以安装在任何一方左手或右手操作阶段控制。

进入看台,新设计的其它性能包括时间和热稳定性大大增强,这是重要的,随着时间的推移,这种有丝分裂的研究与胚胎调查延伸。振动阻尼也增加,以改善捕获的图像的分辨率。

 

结论

最终光学显微镜被创建虽然市场上带来了新的工具显微镜到高的发展水平,我们可能永远不会达到这个物镜,只要继续科研。未来的需求将需要创新,我们还不能预见。但是,今天的最好的仪器为用户提供得多可能比短短几年前的性能和多功能性。