توضیحات
ABSTRACT
For centuries, light microscopy has been a key method in biological research, from the early work of Robert Hooke describing biological organisms as cells, to the latest in live-cell and single-molecule systems. Here, we introduce some of the key concepts related to the development and implementation of modern microscopy techniques. We briefly discuss the basics of optics in the microscope, super-resolution imaging, quantitative image analysis, live-cell imaging, and provide an outlook on active research areas pertaining to light microscopy.
INTRODUCTION
search of biological understanding. Accordingly, innovation in light microscopy has aralleled major steps forward in understanding cellular mechanisms. Here we outline how variations on basic physical principles have generated diversity in light croscopy technologies and ultimately, mechanistic insights into biology. Optical microscopy, no matter the technology, follows laws of physics that define how light interacts with matter. Light traveling from one medium to another with a higher refractive index (e.g., from air to glass) will (1) slow down and (2) change direction following Snell’s law of refraction. In parallel, diffraction describes how light bends around the edges of an object. Huygens’s principle states that objects diffract light in a manner directly proportional to their size and spatial distribution. These basic principles can be harnessed in an optical system using lenses to form an image via the controlled convergence and divergence of light. The combination of refraction and diffraction determine what form this image will take. The ability of an imaging system to generate the image of a point source of light is given by the point spread function (PSF, ). Effectively, the PSF describes the degree of blurring imposed by a given imaging system, after the light refracts and diffracts its way through the optical path (including the sample). The size of the PSF is set by the numerical aperture, which defines the widest angle of light that can be collected by the lens. The wider the numerical aperture, the smaller the PSF, the better the resolution (i.e., the ability to differentiate between two small, closely spaced objects). For conventional light microscopy, the highest achievable resolution is around 200 nm. Since biological phenomena are studied at all scales, it has been a great challenge in the field to go beyond this resolution limit.
چکیده
برای قرن ها، میکروسکوپ نور یک روش کلیدی در تحقیقات بیولوژیک بوده است، از کارهای اولیه رابرت هوک که ارگانیزم های زیستی را به عنوان سلول، به آخرین سیستم های زنده سلولی و تک مولکولی توصیف می کند. در اینجا برخی از مفاهیم کلیدی مربوط به توسعه و پیاده سازی تکنیک های میکروسکوپی مدرن را معرفی می کنیم. ما خلاصه در مورد اصول اپتیک در میکروسکوپ، تصویربرداری با وضوح فوق العاده، تجزیه و تحلیل تصویر کمی، تصویربرداری زنده سلول و ارائه چشم انداز در زمینه های پژوهشی فعال در مورد میکروسکوپ نور است.
مقدمه
جستجوی درک بیولوژیکی بر این اساس، نوآوری در میکروسکوپ نور، گام های مهمی در درک مکانیسم های سلولی به دست آورده است. در اینجا ما چگونگی تغییرات در اصول فیزیکی پایه، تنوع در تکنولوژی های نورپردازی نور و در نهایت، بینش مکانیکی را به زیست شناسی ایجاد می کنیم. میکروسکوپ نوری، بدون توجه به تکنولوژی، به دنبال قوانین فیزیک است که نحوه ارتباط نور با ماده را مشخص می کند. نور حرکتی از یک رسانه به دیگری با یک شاخص انکساری بالاتر (به عنوان مثال از هوا به شیشه) (1) کاهش می یابد و (2) تغییر جهت پس از قانون اسلل refraction. به طور موازی، پراش توصیف می کند که نور در اطراف لبه های یک جسم خم می شود. اصول هویگنس اظهار داشت که اشیاء نور را به شیوه ای متناسب با اندازه و توزیع فضایی اش، اشاعه می کنند. این اصول اساسی را می توان در یک سیستم نوری با استفاده از لنزها برای ایجاد یک تصویر از طریق همگرایی کنترل شده و اختلاف نور به کار برد. ترکیبی از refraction و diffraction تعیین می کند که کدام شکل این تصویر را انجام می دهد. توانایی یک سیستم تصویربرداری برای تولید تصویری از یک منبع نقطه ای نور، توسط تابع گسترش نقطه (PSF،) ارائه شده است. به طور موثر، PSF توصیف درجه تاری که توسط سیستم تصویربرداری داده شده تحمیل می شود، پس از انفجار نور و راه خود را از طریق مسیر نوری (از جمله نمونه) پراکنده می شود. اندازه PSF توسط دیافراگم عددی تنظیم شده است، که تعریف گسترده ترین زاویه نور را می توان با لنز جمع آوری کرد. بزرگتر دیافراگم عددی، کوچکتر PSF، رزولوشن بهتر (به عنوان مثال، توانایی تمایز بین دو عنصر کوچک و نزدیک فاصله). برای میکروسکوپ نور معمولی، بالاترین رزولوشن قابل دستیابی حدود 200 نانومتر است. از آنجایی که پدیده های بیولوژیکی در همه مقیاس مورد مطالعه قرار گرفته اند، در این زمینه یک چالش بزرگ برای فراتر رفتن از این قطعنامه بوده است.
Year: 2016
Publisher: SPRINGER
By : Yolanda Markaki and Hartmann Harz
File Information: English Language/ 365 Page / size: 6.84 MB
Only site members can download free of charge after registering and adding to the cart
سال : 1395
ناشر : SPRINGER
کاری از : یولندا مارکاکی و هارتمن هارز
اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 365 صفحه / حجم : MB 6.84
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.