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超分辨荧光显微成像技术的基本原理

2023.8.09

这个问题的答案比较简单:因为组成视网膜的每一个感光细胞(视杆细胞和视锥细胞)、相机芯片上的每一个感光元件(CCD、CMOS等)都是有大小的。比如视网膜中央凹区域的视锥细胞直径平均约为 5 微米。而由于奈奎斯特-香农采样定理的限制,视网膜上能分清的两个相邻像点的距离是视锥细胞直径的两倍,即 10 微米。再结合眼球的构造,大致可以推断出,在距离眼睛 25 厘米的位置,我们能分辨物体上相距为 80 微米的两个点,换算成点阵密度就是大约 320 ppi,这也是苹果所谓“视网膜屏”分辨率的来历。

如果要观察小于 80 微米的物体,比如细菌,就需要先将物体放大,再用眼睛或者相机观察。现代光学显微镜的构造其实非常简单,样品放置在物镜的焦点处,从样品上发射或散射的光经过物镜变成平行(准直)光,再经过一个结像透镜,然后会聚到相机的感光芯片上成像。

按照前面的方法来推算,要区分物体上相距为 200 纳米的两个点,如果使用科研级相机,比如最近火起来的 sCMOS 相机(每个感光像素尺寸为 6.5 微米),只需要使用放大倍率为 65 倍的物镜就足够了。

那么是否可以通过提高物镜的放大倍率来观察低于 200 纳米的物体,比如细胞里面微管呢?

答案是不可以。

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