위상 대비 현미경법
Phase-contrast microscopy |
 위상 대비 현미경 | |
| 사용하다 | 미유지 생체물질 현미경 관찰 |
|---|---|
| 발명가 | 프리츠 제르니케 |
| 제조원 | 라이카, 차이스, 니콘, 올림푸스 등 |
| 모델 | kgt |
| 관련 항목 | 차분 간섭 조영 현미경법, 호프만 변조 조영 현미경법, 정량 위상 조영 현미경법 |
위상 대비 현미경(PCM)은 투명한 시료를 통과하는 빛의 위상 변화를 이미지의 밝기 변화로 변환하는 광학 현미경 기술입니다.위상 이동 자체는 보이지 않지만 밝기 변화로 표시될 경우 표시됩니다.
광파가 진공 이외의 매체를 통과할 때 매체와 상호작용하면 매체의 특성에 따라 파형의 진폭과 위상이 변화한다.진폭(밝기)의 변화는 빛의 산란과 흡수에 의해 발생하며, 이는 종종 파장에 의존하며 색을 발생시킬 수 있습니다.사진 장비와 사람의 눈은 진폭 변화에만 민감합니다.따라서 특별한 약정이 없으면 단계 변화는 보이지 않는다.그러나 단계 변화는 종종 중요한 정보를 전달합니다.
위상 대비 현미경은 생물학에서 특히 중요하다.그림에서 예시와 같이 밝은 영역 현미경으로는 보이지 않는 많은 세포 구조를 드러냅니다.이러한 구조는 염색함으로써 초기 현미경 과학자들에게 보여졌지만, 이것은 세포의 추가 준비와 사멸을 필요로 했다.위상 대비 현미경은 생물학자들이 살아있는 세포와 세포 분열을 통해 어떻게 증식하는지를 연구하는 것을 가능하게 했다.이것은 [1]형광을 사용하지 않는 세포 구조와 성분을 정량화하는 몇 안 되는 방법 중 하나이다.1930년대 [2]초 발명된 후, 위상 대비 현미경은 현미경학의 발전으로 증명되어 [3]1953년 발명가 프리츠 제르니케가 노벨 물리학상을 수상했습니다.
작동 원리
위상 대비 현미경에서 위상 변화를 가시화하는 기본 원칙은 조명(배경) 빛을 표본 산란광(전경 세부사항을 구성하는)에서 분리하고 이를 다르게 조작하는 것이다.
응축기 고리를 통과하는 링 모양의 조명광(녹색)은 응축기에 의해 시료에 집중된다.일부 조명 빛은 검체(노란색)에 의해 산란됩니다.나머지 빛은 시료의 영향을 받지 않고 배경광(빨간색)을 형성한다.비유지 생물학적 시료를 관찰할 때, 산란광은 약하며 (시료의 일반적인 두께와 생물학적 조직과 주변 매질의 굴절률 차이로 인해) 배경광에 대해 -90° 위상 편이한다.따라서 전경(파란색 벡터)과 배경(빨간색 벡터)이 거의 동일한 강도를 가지므로 영상 대비가 낮아집니다.
위상 대비 현미경에서는 시료를 포함한 시야 영역에서 산란광과 배경광 사이에 건설적인 간섭을 발생시키는 것과 화상 평면에 도달하는 배경광의 양을 감소시키는 두 가지 방법으로 화상 콘트라스트를 증가시킨다.우선 배경광을 위상 시프트 링을 통과시켜 -90° 위상 시프트시킴으로써 배경광과 산란광의 위상차를 없앤다.
그런 다음 빛이 이미지 평면(카메라 또는 접안렌즈가 배치된 위치)에 초점을 맞추면 이 위상 변화는 샘플이 포함된 시야 영역(즉, 전경)에서 발생하는 배경 및 산란된 광선을 구성적으로 간섭하게 하여 영역보다 이러한 영역의 밝기를 증가시킵니다.샘플이 포함되어 있지 않습니다.마지막으로 배경은 회색 필터 링에 의해 70~90%까지 희미해진다.이 방법은 조명(즉 배경)광에 의해 발생하는 산란광량을 최대화하고 동시에 화상평면에 도달하는 조명광량을 최소화한다.필터 표면 전체를 비추는 일부 산란광은 위상 편이 및 링에 의해 희미해지지만 위상 편이 및 회색 필터 링만 비추는 배경광보다는 훨씬 적은 범위로 나타납니다.
위는 음의 위상 대비에 대해 설명합니다.양의 형태에서는 배경광이 +90° 위상 편이됩니다.따라서 배경광은 산란광에 대해 180°의 위상을 벗어납니다.그런 다음 첫 번째 [4][5][6]그림과 같이 배경 조명에서 산란된 빛을 차감하여 전경이 더 어둡고 배경이 더 밝은 이미지를 형성합니다.
관련 방법
위상 대비 현미경의 성공으로 여러 가지 후속 위상 이미징 방법이 생겨났습니다.1952년, Georges Nomarski는 오늘날 DIC [7]현미경으로 알려진 것을 특허 취득했습니다.사물을 측면에서 비추는 것처럼 인공적인 그림자를 만들어 대비를 높입니다.그러나 DIC 현미경 검사는 물체나 용기의 편광 변화가 있을 경우 적합하지 않습니다.세포 생물학에서 편광 플라스틱 용기의 사용이 증가함에 따라, [8]DIC 현미경은 1975년 로버트 호프만이 발명한 호프만 변조 대조 현미경으로 점차 대체되고 있습니다.
기존의 위상 대비 방식은 광학적으로 밝기와 위상 정보를 단일 이미지로 혼합하여 대비를 향상시킵니다.1990년대 중반 디지털 카메라가 도입된 이후, 몇 가지 새로운 디지털 위상 이미징 방법이 개발되었으며, 이를 총칭하여 정량 위상 대비 현미경 검사라고 합니다.이러한 방법은 디지털 방식으로 두 개의 개별 이미지, 즉 일반적인 밝은 필드 이미지와 소위 위상 편이 이미지를 생성합니다.각 화상점에서 위상 편이 화상은 물체에 의해 유도된 정량화된 위상 편이를 [9]물체의 광학적 두께에 비례하여 표시한다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- ^ "The phase contrast microscope". Nobel Media AB.
- ^ Zernike, F. (1955). "How I Discovered Phase Contrast". Science. 121 (3141): 345–349. Bibcode:1955Sci...121..345Z. doi:10.1126/science.121.3141.345. PMID 13237991.
- ^ "The Nobel Prize in Physics 1953". Nobel Media AB.
- ^ Frits Zernike (1942). "Phase contrast, a new method for the microscopic observation of transparent objects part I". Physica. 9 (7): 686–698. Bibcode:1942Phy.....9..686Z. doi:10.1016/S0031-8914(42)80035-X.
- ^ Frits Zernike (1942). "Phase contrast, a new method for the microscopic observation of transparent objects part II". Physica. 9 (10): 974–980. Bibcode:1942Phy.....9..974Z. doi:10.1016/S0031-8914(42)80079-8.
- ^ Oscar Richards (1956). "Phase Microscopy 1954-56". Science. 124 (3226): 810–814. Bibcode:1956Sci...124..810R. doi:10.1126/science.124.3226.810. PMID 13380397.
- ^ US2924142, Georges Nomarski, "간격 폴라리즈"위상 물체 연구용 ING 장치
- ^ US4200354, Robert Hoffman, "투명 물체를 보기 위해 특별히 적합한 직사각형 조명을 가진 현미경 시스템"
- ^ Kemmler, M.; Fratz, M.; Giel, D.; Saum, N.; Brandenburg, A.; Hoffmann, C. (2007). "Noninvasive time-dependent cytometry monitoring by digital holography". Journal of Biomedical Optics. 12 (6): 064002. Bibcode:2007JBO....12f4002K. doi:10.1117/1.2804926. PMID 18163818. S2CID 40335328.
외부 링크
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