顕微鏡の解像度を決定するもの
顕微鏡の解像度は能力です
この特性は主に決定されます顕微鏡で使用される放射線の波長（可視光線、紫外線、X線放射線）。基本的な制限は、電磁放射を使用してこの放射の波長よりも小さいサイズのオブジェクトの画像を取得できないことです。
より短い波長の放射線を使用すると、マイクロワールドに「より深く浸透する」ことが可能になります。
顕微鏡はどのように機能しますか？
光学システムは光学系の後の場（「画像空間」内）における、光学系の前（「物体の空間」内）の放射場の空間変換。これらの「空間」フィールドは、フィールドの構造を変更するという観点とは異なり、場合によっては（たとえば、ミラーを使用する場合）3次元の物理空間で一致する可能性があるため、この「空間」の分割は非常に任意です。 。
この組織はによって達成されます成形された光学素子の使用。その作用は、放射線の屈折、反射、散乱の現象に現れます。これらすべての現象の物理的な原因は干渉です。
多くの場合、アクションを説明するために光学素子の場合、干渉の役割を明らかにすることなく、これらの現象の本質の概念を使用するだけで十分です。これにより、「光線」の直感的な概念に基づく形式化された幾何モデルによって放射場を記述することができます。光の」と、幾何光学の法則が機能するすべての空間を満たす媒体の極小の放射波長と光学的均一性の仮定。
しかし、それが必要であることが判明した場合放射の波動特性を考慮し、光学素子の寸法と放射波長の比較可能性を考慮に入れるために、幾何光学は回折と呼ばれる誤差を出し始めます。これは本質的に独立した現象ではなく、同じ干渉。
顕微鏡とは
- 光学顕微鏡
人間の目は自然なものです特定の解像度、つまり、観察対象の要素 (点または線として認識される) 間の最小距離を特徴とする光学システム。この距離においても要素は互いに異なる可能性があります。
通常の目では、オブジェクトから離れるときt。n。最高の視距離（D = 250mm）、平均通常解像度は約0.2mmです。微生物のサイズ、ほとんどの動植物細胞、小さな結晶、金属や合金の微細構造の詳細などは、この値よりはるかに小さいです。
20世紀半ばまで、彼らは目に見えるものだけを扱っていました。400 ～ 700 nm の範囲の光放射、および近紫外 (蛍光顕微鏡)。光学顕微鏡は、基準放射線波長 (波長範囲 0.2 ～ 0.7 μm、または 200 ～ 700 nm) の半周期未満の分解能を提供できません。
このように、光学顕微鏡は最大0.20μmのポイント間の距離で構造を区別することができるので、達成できる最大倍率は約2000倍でした。
- 電子顕微鏡
粒子だけでなく波の性質を持つ電子ビームは、顕微鏡検査に使用できます。
電子の波長はそのエネルギーに依存し、電子のエネルギーは E = Ve に等しく、V は電子が通過する電位差、e は電子の電荷です。 20万Vの電位差を通過するときの電子の波長は約0.1nmです。
電子は荷電粒子であるため、電磁レンズを使用して電子を簡単に集束させることができます。電子画像は簡単に目に見える画像に変換できます。
電子顕微鏡の解像度は、従来の光学顕微鏡の解像度の100〜10000倍であり、最新の最高の機器の場合、1オングストローム未満になる可能性があります。
- 走査型プローブ顕微鏡
プローブによる表面スキャンに基づく顕微鏡のクラス。
走査型プローブ顕微鏡 (SPM) は、比較的新しいクラスの顕微鏡です。 SPM では、プローブと表面の間の相互作用を記録することで画像が取得されます。
開発のこの段階で、登録することが可能ですプローブと個々の原子および分子との相互作用。これにより、SPMの分解能は電子顕微鏡に匹敵し、いくつかのパラメーターでそれらを上回ります。
- X線顕微鏡
X線顕微鏡- 非常に小さな勉強のためのデバイス寸法が X 線の波長に匹敵する物体。波長 0.01 ～ 1 ナノメートルの電磁放射の使用に基づいています。
解像度X線顕微鏡能力は電子顕微鏡と光学顕微鏡の間にあります。 X線顕微鏡の理論上の分解能は2〜20ナノメートルに達します。これは、光学顕微鏡の分解能（最大150ナノメートル）よりも1桁高くなります。現在、解像度が約5ナノメートルのX線顕微鏡があります。
- 赤外線顕微鏡
赤外光を当てた顕微鏡でサンプルを観察する研究方法です。この方法は、非常に小さなサンプル (マイクロメートル程度) を研究することを目的としています。
実験者が観察した可視光、および検出器によって記録された赤外光は、1つの一般的な光学システムを通過するため、双眼鏡の画像は、赤外放射で分析される領域に対応します。
IR顕微鏡は、非常に少量（0.01〜100 µg）または少量（10〜1〜10〜3 mm）のサンプル、および濃度変動や封入体を分析するために使用されます。
本発明の顕微鏡の欠点は何ですか？
光学顕微鏡の性能光の素粒子（電磁放射の量子、または光子）によって生成されるランダムノイズのレベルによって制限されます。光子の離散性は、光学デバイスの感度、解像度、速度を決定します。
これらのパラメータを最適化するために、開発者は通常、光の強度を高め、従来の光源をレーザー光源に置き換えるという道をたどります。しかし、明るいレーザーは生細胞を破壊する可能性があるため、生物学的システムを研究する場合、レーザー顕微鏡の使用が常に可能であるとは限りません。
科学は顕微鏡の開発においてどのように進歩しましたか？
この地域での最後の大きな発見は、2021 年 6 月初旬に作成されました。 オーストラリアとドイツの科学者は、これまで見えなかった細胞構造を観察できる量子顕微鏡を作成しました。
著者によると、これは、ナビゲーションから医用画像まで、新しいバイオテクノロジーと実用的なアプリケーションの作成への道を開きます。研究結果はNature誌に掲載されています。
クイーンズランド大学の研究者らは、量子フォトニック相関を使用することで、光強度を増加させずに生物学的イメージングを改善できる可能性があることを示唆しました。
ロストックのドイツ人の同僚と一緒に大学では、量子相関を使用すると、光損傷のない従来の顕微鏡法よりも35％高い信号対雑音比が得られることを実験的に証明しました。このテクノロジーと画像処理の速度により、はるかに高速になります。
量子顕微鏡はどのように機能しますか？
量子顕微鏡の作成者はインスタレーションは、サブ波長分解能と明るい量子相関照明を備えたコヒーレントラマン顕微鏡であり、細胞内の分子結合を視覚化することができます。
顕微鏡は量子科学に基づいていますもつれ、アインシュタインは「遠く離れた不気味な相互作用」と表現した効果です。これは、既存の最高の技術を上回る性能を備えた世界初のもつれベースのセンサーです。その創造は、最新のナビゲーション システムからより高度な機械に至るまで、あらゆる種類の新技術につながるでしょう。顕微鏡の量子もつれにより、細胞を破壊することなく鮮明さが 35% 向上し、他の方法では見えないであろう小さな生物学的構造を見ることができるようになります。
ワーウィック ボーウェン教授、オーストラリア研究評議会の量子光学研究所および量子システムエンジニアリングセンター オブ エクセレンスの教授
著者らは、新しい方法の主な成功は、生細胞に浸透することができない従来の光学顕微鏡の原理に対するいわゆる勝利を克服することであると信じています。
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