Differentsial interferentsiya kontrastli mikroskopi - Differential interference contrast microscopy

Micrasterias furcata uzatilgan DIC mikroskopida tasvirlangan

LiNbO-da lazer ta'sirida optik shikastlanish₃ 150 × Nomarski mikroskopi ostida

Differentsial aralashuv kontrasti (DIC) mikroskopiya, shuningdek, nomi bilan tanilgan Nomarski aralashuvi kontrasti (NIC) yoki Nomarski mikroskopi, bu optik mikroskopiya oshirish uchun ishlatiladigan texnika qarama-qarshilik rangsiz, shaffof holda namunalar. DIC tamoyili asosida ishlaydi interferometriya haqida ma'lumot olish optik yo'l uzunligi boshqa ko'rinmas xususiyatlarni ko'rish uchun namuna. Nisbatan murakkab optik tizim ob'ekt bilan kulrang fonda oqdan qora ranggacha ko'rinadigan tasvirni hosil qiladi. Ushbu rasm tomonidan olingan rasmga o'xshaydi fazali kontrastli mikroskopiya ammo yorqin difraksiya halosiz. Texnika polshalik fizik tomonidan ishlab chiqilgan Jorj Nomarski 1952 yilda.^[1]

DIC a ajratish orqali ishlaydi qutblangan yorug'lik manbai ikkiga ortogonal ravishda namunaviy tekislikda fazoviy ravishda siljigan (qirqilgan) va kuzatuvdan oldin qayta biriktirilgan o'zaro bog'liq bo'lgan qutblangan qismlar. Ikkala qismning rekombinatsiyadagi aralashuvi ularning optik yo'l farqiga sezgir (ya'ni hosilasi sinish ko'rsatkichi va geometrik yo'l uzunligi). Namunadagi nol optik yo'l farqidagi shovqinni aniqlaydigan sozlanishi ofset fazasini qo'shib, kontrasti kesish yo'nalishi bo'yicha yo'l uzunligining gradiyentiga mutanosib bo'lib, optik zichlikning o'zgarishiga mos keladigan uch o'lchovli jismoniy relyef ko'rinishini beradi. topografik jihatdan to'g'ri tasvirni taqdim etmasa ham, chiziqlar va qirralarni ta'kidlab, namuna.

Yorug'lik yo'li

1. Polarizatsiyalangan yorug'lik mikroskop va 45 ° da qutblangan.

Texnikaning ishlashi uchun qutblangan yorug'lik talab qilinadi.

2. Polarizatsiyalangan nur birinchisiga kiradi Nomarski tomonidan o'zgartirilgan Vollaston prizmasi va ikkiga bo'lingan nurlar bir-biriga 90 ° polarizatsiya qilingan, namuna olish va mos yozuvlar nurlari.

Vollaston prizmalari - bu kvarts kabi ikki qatlamli kristalli moddadan tashkil topgan, nurning qutblanishiga qarab sinish koeffitsientining o'zgarishi tufayli yorug'likni qutblanishiga qarab ajratadigan prizmaning bir turi. The Nomarski prizmasi ikki nurning fokus nuqtasiga kelishiga sabab bo'ladi tashqarida prizmaning tanasi va shu sababli mikroskopni o'rnatishda ko'proq moslashuvchanlikni ta'minlaydi, chunki prizma faol ravishda yo'naltirilgan bo'lishi mumkin.

3. Ikkala nurlar yo'naltirilgan kondensator namuna orqali o'tish uchun. Ushbu ikkita nur fokuslangan, shuning uchun ular namunadagi ikkita qo'shni nuqtadan o'tib, bir-biridan 0,2 mkm atrofida bo'lishadi.

Namuna ikki tomonidan samarali yoritilgan izchil biri 0 ° polarizatsiya bilan, ikkinchisi 90 ° polarizatsiya bilan nur manbalari. Shu bilan birga, bu ikkita yoritish bir-biriga juda mos kelmagan, biri ikkinchisiga nisbatan ozgina ofset yotgan.

DIC mikroskopi orqali yorug'lik yo'nalishi. Ikkala yorug'lik nurlari kondensator va ob'ektiv o'rtasida parallel bo'lishi kerak

4. Nurlar qaychi bilan ajratilgan namunaning qo'shni joylari bo'ylab harakatlanadi. Ajratish odatda mikroskopning o'lchamlariga o'xshaydi. Ular turli xil optik yo'l uzunliklarini boshdan kechirishadi, bu erda maydonlar sinish ko'rsatkichi yoki qalinligi bilan farq qiladi. Bu o'zgarishni keltirib chiqaradi bosqich optik jihatdan zichroq materialdagi to'lqin kechikishi tufayli bir nurning boshqasiga nisbatan.

Ko'p juft nurlarning namunadagi qo'shni nuqtalardan o'tishi (va ularning yutilishi, sinish va namuna bo'yicha tarqalish) degani, endi namuna tasviri 0 ° va 90 ° qutblangan nur orqali olib boriladi. Bular, agar alohida ko'rib chiqilsa, bo'lar edi yorqin maydon bir-biridan ozgina o'rnini bosuvchi namuna tasvirlari. Yorug'lik, shuningdek, inson ko'ziga ko'rinmaydigan tasvir, yorug'lik fazasi haqida ma'lumot olib boradi. Bu keyinchalik hayotiy ahamiyatga ega. Turli xil qutblanishlar ushbu nuqtada ushbu ikkita rasm orasidagi shovqinni oldini oladi.

5. Nurlar ob'ektiv ob'ektiv va ikkinchi Nomarski tomonidan o'zgartirilgan Vollaston prizmasiga yo'naltirilgan.

6. Ikkinchisi prizma ikki nurni 135 ° da qutblangan holda birlashtirmoqda. Nurlarning kombinatsiyasi olib keladi aralashish, tasvirni optik yo'l farqiga ko'ra o'sha paytda porlashi yoki qorayishi.

Ushbu prizma ikkita yorug 'dala tasvirini ustma-ust qo'yadi va ularning qutblanishlarini tekislaydi, shunda ular xalaqit berishi mumkin. Shu bilan birga, tasvirlar yoritishdagi ofset tufayli bir-biriga to'g'ri kelmaydi - bu shuni anglatadiki, namunadagi bir xil nuqtadan o'tgan 2 ta nur o'rtasida shovqin paydo bo'lish o'rniga, o'tgan nurlar o'rtasida shovqin paydo bo'ladi. qo'shni shuning uchun biroz boshqacha bosqichga ega bo'lgan nuqtalar. Faza farqi yo'lning optik uzunligining farqiga bog'liqligi sababli, yorug'likning bu rekombinatsiyasi "optik farqlash "ko'rgan tasvirni yaratadigan optik yo'l uzunligining.

Rasm

DIC mikroskopida tasvirni yaratish jarayoni

Rasm juda burchakli yoritishda uch o'lchovli narsaning ko'rinishiga ega bo'lib, mos keladigan yuzlarda kuchli yorug'lik va quyuq soyalarni keltirib chiqaradi. Ko'rinadigan yoritish yo'nalishi Vollaston prizmalarining yo'nalishi bilan belgilanadi.

Yuqorida aytib o'tilganidek, tasvir bir-biridan ozgina (odatda 0,2 mm atrofida) bir-birining o'rnini bosadigan ikkita bir xil yorqin maydon tasviridan hosil bo'ladi va keyingi o'zgarishlar shovqin fazadagi o'zgarishlarni (va shuning uchun optik yo'l uzunligini) ko'rinadigan ko'rinishga aylantiradi zulmatda o'zgarish. Ushbu aralashuv uchta o'lchamning xarakterli ko'rinishini keltirib chiqaradigan yoki konstruktiv yoki halokatli bo'lishi mumkin.

Interferentsiyani keltirib chiqaradigan odatdagi fazalar farqi juda kichik, kamdan-kam hollarda 90 ° dan katta (to'lqin uzunligining to'rtdan biri). Buning sababi ko'pgina namunalarning sinishi ko'rsatkichi va ulardagi muhitning o'xshashligi bilan bog'liq: masalan, suvdagi hujayraning sinishi indeksining farqi faqat 0,05 atrofida. Ushbu kichik fazalar farqi DICning to'g'ri ishlashi uchun juda muhimdir, chunki agar ikkita moddaning qo'shilishidagi fazalar farqi juda katta bo'lsa, u holda fazalar farqi 180 ° ga (to'lqin uzunligining yarmiga) yetishi mumkin, natijada to'liq halokatli shovqin va g'ayritabiiy qorong'ulik paydo bo'ladi mintaqa; agar fazalar farqi 360 ° ga yetsa (to'lqinning to'liq uzunligi), u anomal yorqin hududni yaratib, to'liq konstruktiv aralashuvni keltirib chiqaradi.

Rasmni taxminiy ravishda olish mumkin (namuna va nurni ajratish rezolyutsiya chegarasi tufayli sinishi va yutilishini inobatga olmaslik) optik yo'l uzunligini namuna bo'ylab siljish bo'ylab joylashishiga nisbatan differentsiali va shuning uchun sindirish ko'rsatkichi (optik) zichligi) namuna.

Har xil ofset fazalari bo'lgan DIC rasmlari φ₀

Qarama-qarshilikni ofset fazasi yordamida ob'ektiv Nomarski prizmasini tarjima qilish yoki polarizator va kondensator Normarski prizmasi orasidagi lambda / 4 to'lqin plitasi yordamida sozlash mumkin (De-Senarmont kompensatsiyasi). Natijada paydo bo'lgan qarama-qarshilik nol fazani siljish uchun qorong'i maydondan (kesishma differentsialining kvadratiga mutanosib), ~ 5-90 daraja fazada ko'rinadigan odatiy relyefgacha, 360 daraja optik bo'yashgacha, bu erda söndürülmüş to'lqin uzunligi o'zgarishlar differentsiali bilan siljiydi.

Ilovalar

DIC-da shaffof kuboidni yo'naltirishga xos tasviri

Qisman rivojlangan fotorezist Nomarski DICda

DIC jonli va bo'yalgan bo'lmagan biologik namunalarni, masalan, to'qima madaniyati yoki individual suv bilan yuqadigan bir hujayrali organizmdan olingan smearni tasvirlash uchun ishlatiladi. Uning o'lchamlari^{[belgilang ]} va shunga o'xshash sharoitlarda aniqlik standart optik mikroskopiya usullari orasida tengsizdir.

Nomarski DIC tomonidan ko'rinadigan alyuminiy-silikon qotishma qudug'i

Nomarski DIC-da qisman ishlangan kremniy dioksidi

DIC qo'llaniladigan biologik bo'lmagan sohalardan biri bu planar kremniy yarimo'tkazgichni qayta ishlashni tahlil qilishdir. Kremniyni qayta ishlash jarayonida yupqa (odatda 100-1000 nm) plyonkalar ko'pincha ko'zga ko'rinadigan yorug'lik (masalan, kremniy dioksidi, kremniy nitrid va polikristalli kremniy) uchun shaffof bo'lib, ulardagi nuqsonlar yoki ularning ustida yotgan ifloslanishlar ko'proq ko'rinadi. Bu shuningdek, xususiyatning substrat materialidagi chuqur yoki yuqori qismdagi begona materiallardan iborat bo'lganligini aniqlashga imkon beradi. Olingan kristalli xususiyatlar DIC ostida ayniqsa ajoyib ko'rinishga ega.

Tasvir sifati, mos sharoitlarda ishlatilganda, piksellar sonini jihatidan juda yaxshi va faza kontrastidan farqli o'laroq deyarli artefaktlarsiz. Shu bilan birga, DIC tasvirlarini tahlil qilishda har doim Vollaston prizmalarining yo'nalishi va ko'rinadigan yorug'lik yo'nalishi hisobga olinishi kerak, chunki bunga parallel xususiyatlar ko'rinmaydi. Biroq, buni namunani aylantirish va rasmdagi o'zgarishlarni kuzatish orqali osonlikcha engib o'tish mumkin.

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

^ Lang, Valter (1968). "Nomarski differentsial interferentsiya-kontrastli mikroskopi" (PDF). ZEISS haqida ma'lumot. 70: 114–120. Olingan 31 avgust 2016.

Murphy, D., Differentsial interferentsiya kontrasti (DIC) mikroskopi va modulyatsion kontrastli mikroskopi, Yorug'lik mikroskopi va raqamli tasvirlash asoslari, Wiley-Liss, Nyu-York, 153-168 (2001).
Salmon, E. va Tran, P., Yuqori aniqlikdagi videotasvirli differentsial aralashuv kontrasti (VE-DIC) yorug'lik mikroskopi., Video mikroskopi, Sluder, G. and Wolf, D. (eds), Academic Press, Nyu-York, 153-184 betlar (1998).
Differentsial aralashuv kontrasti - ma'lumotnomalar

Tashqi havolalar

[1] Lang, Valter (1968). "Nomarski differentsial interferentsiya-kontrastli mikroskopi" (PDF). ZEISS haqida ma'lumot. 70: 114–120. Olingan 31 avgust 2016.

[1]

Optik mikroskop
Mikroskop Optik mikroskop
Yoritish va kontrast usullari	Yorqin maydon mikroskopi Köler yoritilishi To'q rangli mikroskop Faza kontrasti Miqdoriy fazali kontrastli mikroskop Differentsial shovqin kontrasti (DIC) Dispersiyani bo'yash Ikkinchi harmonik tasvirlash (SHIM) 4Pi mikroskop Tuzilgan yoritish Sarfus Raman
Floresan usullari	Floresan mikroskopi Konfokal mikroskopiya Ikki fotonli qo'zg'alish mikroskopi Multifotonli mikroskopiya Tasvirning dekonvolyutsiyasi Umumiy ichki aks etuvchi lyuminestsentsiya mikroskopi (TIRF) Yorug'lik varag'i mikroskopi (LSFM / SPIM)
Sub-difraktsiya cheklash texnikasi	Difraktsiya chegarasi Stimulyatsiya qilingan emissiya kamayishi (STED) Fotosuratlashtirilgan lokalizatsiya mikroskopi (PALM / STORM) Maydonga yaqin (NSOM / SNOM)