显微镜的种类及特点

光学显微镜的认识人的肉眼像一个透镜,可看到物体的原大小,我们称为1倍,或写做1x;一个普通的镜片若可将物体放大为肉眼可见的5倍大,表示此镜片的放大倍数为5,或写做5x.此种镜片被称为简单型显微镜(simp1e microscope)亦即我们日常所称的放大镜.

若结合两片或两片以上的镜片,可增加放大的效率(power of magnification),复式显微镜(compound microscope)即是将一序列的镜片组合起来而制成的;因为它是利用可见光来产生影像,因此又被称为光学显微镜(1ight microscope),我们常用的「显微镜」(microscope)一词即是指复式显微镜或光学显微镜(后者较常被使用),.一个光学显微镜若由2片5x的镜片组合,则其放大倍率为25x(5x*5x=25x).近代的光学显微镜可将镜片随意组合,最大可放大至1000x.

除了放大倍率外,解像力(reso1ving power、或resolution)和对比(contrast)亦会影响影像的清晰度.解像力是指分辨两点最短的距离;例如人类的肉眼在25cm的明视距离下,解像力为200um(=0.2mm),意即当两个小点的距离近到小于200um时,肉眼即无法辨认清楚,此时即须借重放大镜或显微镜.最好的光学显

微镜之解像力为0.2mm,约为人眼的1000倍.若显微镜放大倍率超过1000倍,我们其实只看到模糊的放大影像,并未观察到更微小的构造,所以超过1000倍以上的倍率称为无效放大倍率(empty magnification)

由课本第一章图1-6中,可知生物体大小的比例,也知光学显微镜可用来观察一般的细胞或较大的胞器.兹列举数种常用的光学显微镜,它们可用不同的方法来增加影像的清晰度,其方法有:

明视野(brightfie1d)一一光学显微镜的标准配备,通常用来观察新鲜或活的标本.光线直接穿透过标本而呈像,但不易看到详细构造,若将标本用不同的染剂染色,可增加对比而使影像更清晰.

暗视野(dark field)一一光线经由某一个角度才穿透过标本,因此只能看到散布的光点.

相位差(phase-contrast)一一将标本中不同的密度放大以增强对比,此法常用在活细胞、未染色的细胞或无色素的细胞,例如观察藻类的鞭毛.

干涉(differentia1-interference一contrast,或称Nomarski)–增强标本内密度的差异性.课本中硅藻(图2一I一2)或鸭织草的下表皮(图2一10),即是以此法拍得.

其他另有共轭焦显微镜及立体显微镜.

共轭焦显微镜(confoca1microscope)–利用雷射和特殊的光学做「光学切片」(optica1sediorling),可将欲观察之物体如同切片一般,一层一层的观察和摄影,只有在所选择的很窄的平面焦距深度才有影像,在它的上方或下方皆现出黑色或模糊的景象;将这些结果合并,即为此物体的立体构造.此法可省去切片的工作.

立体显微镜(stereomicroscope)一一它具有内建式的两部显微镜的光学系统,每一个系统由不同的角度以反射光观察不透明的标本,此种显微镜一定要有双筒的目镜,因此所观察的物体可产生三度空间的立体影像.此显微镜亦可用来解剖微小的生物标本,工业上则可用来组合零件,因此又被称为解剖显微镜 (dissecting microscope).

光学显微镜是利用可见光来产生影像,最高解像力也只能为0.2mm,无法满足人类继续探讨生物构造的欲望.1932年,Busch和 Ruska 发明了第一部穿透式子电子显微镜(Transmission e1ectron microscope,简称TEM);标本需做固定、

脱水、包埋、超薄切片和染色等步骤,在TEM下可观察标本内部的超微细构造.

1938年,van Ardenne发明了第一部扫描式电子显微镜(Scanning e1ectronmicroscope,简称SEM,标本需做固定、脱水、临界点干燥和金属离子覆膜等步骤,在SEM下可观察标本表面的微细构造.电子显微镜是以电子束取代光束,它的波长更短,因此解像力亦增加了,可达到0.4nm的解像力,此几乎为光学显微镜的1000倍.