2024-08-08 00:07:01 | 帮帮网
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欢迎来到南京大学《分子光谱与成像》慕课的学习笔记,这里我们将深入解析IV部分——单分子荧光与超分辨率成像,带你探索微观世界的新维度。
阿贝的衍射极限曾设定光学显微镜的分辨率约为波长的一半,约200纳米。然而,这只是理论上的极限,科学家们正在挑战这个边界。
艾里斑,这个看似微小的物理概念,揭示了光学系统的局限。当点光源经过透镜,其像点并非理想化的无限小,而是呈现出波纹状的艾里斑。瑞利判据告诉我们,只有当两个光源的艾里斑边缘能够清晰区分时,它们才能被看作是独立的。
数值孔径NA,作为物镜的关键参数,关乎镜头对光线的汇聚能力。它与介质折射率密切相关,影响着实际分辨率的提升。点扩散函数,即PSF,是光学成像的核心,它定义了光点经过成像系统后的形态,从艾里斑到更复杂的形状。
图像中物体的尺寸与PSF的关系至关重要:大于PSF的物体能够清晰展示结构,而小于PSF的则难以分辨。但真正的挑战在于,如何在实际应用中突破这些物理限制。
单分子荧光成像的难点不在于提升分辨率,而是提升信噪比,以确保在低光强度下依然能清晰捕捉信号。共聚焦和TIRF成像技术有助于减小背景噪音,高效光电检测器件的选择则能提高信号强度。单分子的特性,如荧光闪烁、光谱跳跃和光子反聚束,是验证其单分子身份的重要标志。
传统的衍射限制不再是绝对的枷锁。定位方法利用高精度拟合,即使在艾里斑影响下也能确定单分子的位置,精确度可达到纳秒级别。通过控制荧光信号的发射节奏,PALM和STORM等技术实现了超分辨率成像,让微观世界中的复杂结构得以清晰呈现。
总结来说,单分子荧光成像与超分辨率成像的突破,不仅在于技术的进步,更是在挑战我们理解世界的基本物理法则。这些技术的革新,正引领我们走向一个前所未有的微观世界。
【分子光谱与成像】IV:单分子荧光与超分辨成像:超越衍射的微世界探索</
数值孔径与点扩散函数</
单分子荧光成像的突破</
超分辨率成像的曙光</
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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。
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