科学の知識:光差限界を突破する人類の困難な旅
回折限界 回折スポット 点光源が円形の開口部を通過すると回折が発生し、開口部の後ろに回折パターンが形成されます。このパターンは、エアリー ディスクとして知られる一連の同心の明るいリングと暗いリングで構成されます。 2 つの点光源のエアリー ディスクが重なると干渉が発生し、2 つの点光源を区別できなくなります。エアリー ディスクの中心間の距離 (エアリー ディスクの半径に等しい) が回折限界を決定します。 回折限界は光学顕微鏡の分解能に制限を課し、近すぎる物体や細部の分解可能な区別を妨げます。光の波長が短いほど回折限界は小さくなり、解像度は高くなります。さらに、開口数 (NA) が大きい光学系は回折限界が小さいため、解像度が高くなります。[9] エアリーディスク 解像度の計算式、NA は開口数を表します: 分解能=0.16λ / NA 歴史を通して、科学者は光学顕微鏡の回折限界を超えるために、長くて挑戦的な旅に乗り出してきました。初期の光学顕微鏡から現代の超解像顕微鏡技術に至るまで、研究者は継続的に探究と革新を行ってきました。彼らは、より短い波長の光源の使用、対物レンズの設計の改善、特殊なイメージング技術の採用など、さまざまな方法を試みてきました。 いくつかの重要な進歩には次のものがあります: 1. 近接場走査光学顕微鏡 (NSOM): NSOM は、サンプル表面の近くに配置されたプローブを使用して、近接場効果を利用し、高解像度のイメージングを実現します。。 2. 誘導放出減少顕微鏡法 (STED): STED は、蛍光分子の誘導放出減少効果を利用して超解像度イメージングを実現します。 3.構造化照明顕微鏡 (SIM):SIM は、特定の照明パターンと画像処理アルゴリズムを通じて画像解像度を向上させます。 4.単一分子局在顕微鏡法 (SMLM): SMLM は、個々の蛍光分子を正確に位置特定して追跡することにより、超解像度イメージングを実現します。[43] 5. 油浸顕微鏡: 対物レンズを透明なオイルに浸すと、物体空間の開口数が増加し、解像度が向上します。 6.電子顕微鏡: 電子顕微鏡では、光ビームの代わりに電子ビームを使用することで、ド・ブロイの原理に従って物質の波動の性質を利用します。電子は光子と比べて質量があるため、波長が短く、回折が少ないため、より高い画像解像度が可能になります。[53] 倒立型蛍光顕微鏡 CIQTEK 120kV フィールドエミッション型透過電子顕微鏡 TH-F120 これらの発展により、私たちはより高いレベルでミクロの世界を観察できるよう