Figure 9–2 Resolving power. sizes o

Figure 9–2 Resolving power. sizes of cells and their components are drawn on a logarithmic scale, indicating the range of objects that can be readily resolved by the naked eye and in the light and electron microscopes. note that new superresolution microscopy techniques, discussed in detail later, allow an improvement in resolution by an order of magnitude compared with conventional light microscopy.
the following units of length are commonly employed in microscopy:
μm (micrometer) = 10–6 m nm (nanometer) = 10–9 m Å (Ångström unit) = 10–10 m
interfere with one another and cause optical diffraction effects. If two trains of waves reaching the same point by different paths are precisely in phase, with crest matching crest and trough matching trough, they will reinforce each other so as to increase brightness. In contrast, if the trains of waves are out of phase, they will interfere with each other in such a way as to cancel each other partly or entirely (Figure 9–4). The interaction of light with an object changes the phase relationships of the light waves in a way that produces complex interference effects. At high magnification, for example, the shadow of an edge that is evenly illuminated with light of uniform wavelength appears as a set of parallel lines (Figure 9–5), whereas that of a circular spot appears as a set of concentric rings. For the same reason, a single point seen through a microscope appears as a blurred disc, and two point objects close together give overlapping images and may merge into one.
Figure 9–3 A light microscope. (a) Diagram showing the light path in a compound microscope. Light is focused on the specimen by lenses in the condenser. a combination of objective lenses, tube lenses, and eyepiece lenses is arranged to focus an image of the illuminated specimen in the eye. (B) a modern research light microscope. (B, courtesy of Carl Zeiss
Microscopy, gmbh.)

TWO WAVES IN PHASE TWO WAVES OUT OF PHASE

Although no amount of refinement of the lenses can overcome the diffraction limit imposed by the wavelike nature of light, other ways of cleverly bypassing this limit have emerged, creating so­called superresolution imaging techniques that can even detect the position of single molecules.
The limiting separation at which two objects appear distinct—the so­called limit of resolution—depends on both the wavelength of the light and the numerical aperture of the lens system used. The numerical aperture affects the light­gathering ability of the lens and is related both to the angle of the cone of light that can enter it and to the refractive index of the medium the lens is operating in; the wider the microscope opens its eye, so to speak, the more sharply it can see (Figure 9–6). The refractive index is the ratio of the speed of light in a vacuum to the speed of light in a particular transparent medium. For example, for water this is 1.33, meaning that light travels 1.33 times slower in water than in a vacuum. Under the best conditions, with violet light (wavelength = 0.4 μm) and a numerical aperture of 1.4, the basic light microscope can theoretically achieve a limit of resolution of about 0.2 μm, or 200 nm. Some microscope makers at the end of the nineteenth century achieved this resolution, but it is routinely matched in contemporary, factory­produced microscopes. Although it is possible to enlarge an image as much as we want—for example, by projecting it onto a screen—it is not possible, in a conventional light microscope, to resolve two objects in the light microscope that are separated by less than about 0.2 μm; they will appear as a single object. It is important, however, to distinguish between resolution and detection. If a small object, below the resolution limit, itself emits light, then we may still be able to see or detect it. Thus, we can see a single fluorescently labeled microtubule even though it is about ten times thinner than the resolution limit of the light microscope. Diffraction effects, however, will cause it to appear blurred and at least 0.2 μm thick (see Figure 9–16). In a similar way, we can see the stars in the night sky, even though their diameters are far below the angular resolution of our unaided eyes: they all appear as similar, slightly blurred points of light, differing only in their color and brightness.
photon noise Creates additional Limits to resolution When Light Levels are Low
Any image, whether produced by an electron microscope or by an optical microscope, is made by particles—electrons or photons—striking a detector of some sort. But these particles are governed by quantum mechanics, so the numbers reaching the detector are predictable only in a statistical sense. Finite samples, collected by imaging for a limited period of time (that is, by taking a snapshot), will show random variation: successive snapshots of the same scene will not be exactly identical. Moreover, every detection method has some level of background signal or noise, add

Kết quả (Việt) 1:

Hình 9-2 Resolving điện. Kích thước của tế bào và các thiết bị được rút ra trên một quy mô lôgarít, cho biết phạm vi của các đối tượng có thể được dễ dàng giải quyết bằng mắt thường và trong ánh sáng và kính hiển vi điện tử. lưu ý rằng mới superresolution kính hiển vi kỹ thuật, thảo luận chi tiết sau này, cho phép một sự cải tiến trong giải quyết bằng một thứ tự cường độ so với kính hiển vi ánh sáng thông thường. Các đơn vị sau của chiều dài thường được sử dụng trong kính hiển vi: Μm (PANME) = 10-6 m nm (nanomet) = 10-9 m Å (Ångström đơn vị) = 10-10 mcan thiệp với nhau và làm cho hiệu ứng nhiễu xạ quang học. Nếu hai xe lửa của sóng đến những điểm giống nhau bằng con đường khác nhau là chính xác trong giai đoạn, với phù hợp với đỉnh và máng kết hợp trough, họ sẽ củng cố lẫn nhau để tăng độ sáng. Ngược lại, nếu xe lửa của sóng ra khỏi giai đoạn, họ sẽ can thiệp với nhau theo cách như vậy là để hủy bỏ nhau một phần hoặc hoàn toàn (hình 9-4). Sự tương tác của ánh sáng với một đối tượng thay đổi mối quan hệ giai đoạn của sóng ánh sáng theo cách mà sản xuất hiệu ứng giao thoa phức tạp. Tại phóng đại cao, ví dụ, bóng tối của một cạnh đều được chiếu sáng với ánh sáng của bước sóng thống nhất xuất hiện như là một tập hợp các đường song song (hình 9-5), trong khi của một điểm thông tư xuất hiện như là một tập hợp các nhẫn tâm. Vì lý do tương tự, một điểm duy nhất nhìn thấy qua kính hiển vi xuất hiện như là một đĩa mờ, và các đối tượng hai điểm gần nhau cho chồng chéo hình ảnh và có thể hợp nhất thành một. Kính hiển vi ánh sáng hình 9-3 A. (a) biểu đồ hiển thị đường dẫn ánh sáng trong một kính hiển vi hợp chất. Ánh sáng là tập trung vào các mẫu vật của ống kính trong bình ngưng. một sự kết hợp của mục tiêu ống kính, ống kính và eyepiece ống kính được sắp xếp để tập trung một hình ảnh của mẫu vật chiếu sáng trong mắt. (B) một kính hiển vi ánh sáng nghiên cứu hiện đại. (B, đúng trách nhiệm của Carl Zeiss Kính hiển vi, gmbh.) HAI ĐỢT TRONG GIAI ĐOẠN HAI SÓNG RA KHỎI GIAI ĐOẠN Mặc dù không có số tiền của tinh tế của các ống kính có thể vượt qua giới hạn nhiễu xạ áp đặt bởi bản chất giống của ánh sáng, cách khác của khéo léo bỏ qua giới hạn này đã nổi lên, tạo ra socalled superresolution hình ảnh kỹ thuật mà thậm chí có thể phát hiện vị trí của các phân tử duy nhất.Sự chia tách hạn chế mà tại đó hai đối tượng xuất hiện riêng biệt — giới hạn socalled của nghị quyết-phụ thuộc vào cả hai bước sóng của ánh sáng và aperture số của hệ thống ống kính được sử dụng. Số khẩu độ ảnh hưởng đến khả năng lightgathering của ống kính và liên quan đến các góc của hình nón ánh sáng có thể nhập nó và chỉ số khúc xạ của các phương tiện ống kính là hoạt động trong; Các rộng hơn kính hiển vi mở ra mắt của nó, vì vậy để nói chuyện, càng mạnh, nó có thể nhìn thấy (hình 9-6). Chỉ số khúc xạ là tỷ lệ của vận tốc ánh sáng trong chân không để vận tốc ánh sáng trong một môi trường cụ thể minh bạch. Ví dụ, cho nước này là 1,33, có nghĩa là ánh sáng đi 1.33 lần chậm hơn trong nước hơn trong chân không. Theo các điều kiện tốt nhất, với ánh sáng tím (bước sóng = cách 0.4 μm) và một khẩu độ số của 1.4, kính hiển vi ánh sáng cơ bản về lý thuyết có thể đạt được một giới hạn của nghị quyết về cách 0.2 μm, hoặc 200 nm. Một số các nhà sản xuất kính hiển vi vào giữa thế kỷ 19 đã đạt được độ phân giải này, nhưng nó thường được kết hợp ở hiện đại, factoryproduced kính hiển vi. Mặc dù nó có thể phóng to một hình ảnh càng nhiều càng tốt, chúng tôi muốn — ví dụ, bởi chiếu nó lên màn hình một — nó là không thể, trong một kính hiển vi ánh sáng thông thường, để giải quyết hai đối tượng trong kính hiển vi ánh sáng được tách ra bởi ít hơn khoảng cách 0.2 μm; họ sẽ xuất hiện như là một đối tượng duy nhất. Nó là quan trọng, Tuy nhiên, để phân biệt giữa độ phân giải và phát hiện. Nếu một đối tượng nhỏ, giới hạn độ phân giải, chính nó phát ra ánh sáng, sau đó chúng tôi vẫn có thể nhìn thấy hoặc phát hiện nó. Vì vậy, chúng ta có thể thấy một đơn fluorescently có nhãn doublets mặc dù nó là khoảng mười lần mỏng hơn giới hạn độ phân giải của kính hiển vi ánh sáng. Hiệu ứng nhiễu xạ, Tuy nhiên, sẽ gây ra nó xuất hiện mờ và ít cách 0.2 μm dày (xem hình 9-16). Trong một cách tương tự, chúng ta có thể thấy các ngôi sao trong bầu trời đêm, mặc dù đường kính của họ là đến nay dưới độ phân giải góc của mắt của chúng tôi không được giúp đở: tất cả đều xuất hiện dưới dạng tương tự nhau, hơi mờ điểm của ánh sáng, khác nhau chỉ trong màu sắc và độ sáng của họ. tiếng ồn photon tạo ra các giới hạn bổ sung để giải quyết khi mức độ ánh sáng là thấpBất kỳ hình ảnh, cho dù được sản xuất bởi một kính hiển vi điện tử hoặc bằng một kính hiển vi quang học, được thực hiện bởi hạt — điện tử hoặc photon-tấn công một máy dò của một số loại. Nhưng các hạt này được quản lý bởi cơ học lượng tử, do đó, các con số đến các máy dò được dự đoán được chỉ trong một ý nghĩa thống kê. Mẫu hữu hạn, được thu thập bởi các hình ảnh cho một thời gian giới hạn (có nghĩa là, bằng việc một bản chụp), sẽ hiển thị các biến thể ngẫu nhiên: Các hình chụp liên tiếp của cùng một cảnh sẽ không chính xác giống hệt nhau. Hơn nữa, mọi phương pháp phát hiện có một số mức độ của nền tín hiệu hoặc tiếng ồn, thêm

Kết quả (Việt) 2:

Hình 9-2 Giải quyết quyền lực. kích thước của các tế bào và các thành phần của họ được rút ra trên một quy mô lôgarít, chỉ ra phạm vi của các đối tượng có thể được giải quyết dễ dàng bằng mắt thường và trong ánh sáng và electron kính hiển vi. lưu ý rằng các kỹ thuật kính hiển vi superresolution mới, thảo luận chi tiết sau, cho phép cải thiện độ phân giải của một bậc so với kính hiển vi ánh sáng thông thường.
các đơn vị sau đây có độ dài thường được sử dụng trong kính hiển vi:
mm (micromet) = 10-6 m nm ( nanomet) = 10-9 m Å (Angstrom đơn vị) = 10-10 m
can thiệp với nhau và gây ra hiệu ứng nhiễu xạ quang. Nếu hai xe lửa của sóng đạt cùng một điểm bằng con đường khác nhau là chính xác trong giai đoạn, với kết hợp đỉnh đỉnh và khớp máng máng, họ sẽ củng cố lẫn nhau để tăng độ sáng. Ngược lại, nếu các tàu của sóng được ra khỏi giai đoạn, họ sẽ can thiệp với nhau theo một cách nào đó để hủy bỏ nhau (Hình 9-4) khác phần hoặc toàn bộ. Sự tương tác của ánh sáng với một đối tượng thay đổi mối quan hệ pha của sóng ánh sáng trong một cách mà tạo hiệu ứng giao thoa phức tạp. Ở độ phóng đại cao, ví dụ, cái bóng của một cạnh được đều được chiếu sáng bằng ánh sáng có bước sóng đồng phục xuất hiện như là một tập hợp các đường song song (Hình 9-5), trong khi đó một đốm tròn xuất hiện như là một tập hợp các vòng tròn đồng tâm. Đối với cùng một lý do, một điểm duy nhất nhìn thấy qua một kính hiển vi có vẻ như là một đĩa bị mờ, và hai điểm đối tượng gần nhau cho hình ảnh chồng chéo và có thể hợp nhất thành một.
Hình 9-3 Một kính hiển vi ánh sáng. (a) Sơ đồ hiện các đường dẫn ánh sáng trong kính hiển vi. Ánh sáng được tập trung vào các mẫu vật bằng kính trong bình ngưng. một sự kết hợp của vật kính, ống kính ống, ống kính và thị kính được bố trí tập trung một hình ảnh của mẫu vật được chiếu sáng vào mắt. (B) một kính hiển vi ánh sáng nghiên cứu hiện đại. (B, lịch sự của Carl Zeiss
Microscopy, gmbh.) HAI SÓNG TRONG GIAI ĐOẠN HAI WAVES NGOÀI GIAI ĐOẠN Mặc dù không có số lượng tinh tế của các ống kính có thể vượt qua giới hạn nhiễu xạ áp đặt bởi bản chất wavelike của ánh sáng, cách khác khéo léo qua mặt giới hạn này có nổi lên, tạo ra cái gọi là kỹ thuật hình ảnh superresolution mà thậm chí có thể phát hiện vị trí của các phân tử đơn. Việc tách biệt giới hạn mà tại đó hai đối tượng xuất hiện riêng biệt-giới hạn cái gọi của độ phân giải phụ thuộc vào cả hai bước sóng của ánh sáng và khẩu độ số của hệ thống ống kính sử dụng . Các khẩu độ số ảnh hưởng đến khả năng lightgathering của ống kính và có liên quan cả đến các góc của hình nón của ánh sáng có thể nhập nó và các chiết suất của môi trường ống kính đang hoạt động tại; rộng hơn kính hiển vi mở mắt của nó, do đó, để nói chuyện, mạnh hơn nó có thể nhìn thấy (Hình 9-6). Chỉ số khúc xạ là tỷ số giữa tốc độ của ánh sáng trong chân không với tốc độ của ánh sáng trong một môi trường trong suốt đặc biệt. Ví dụ, đối với nước này là 1,33, có nghĩa là ánh sáng truyền trong nước chậm hơn so với một máy hút 1,33 lần. Theo các điều kiện tốt nhất, với ánh sáng màu tím (bước sóng = 0,4 mm) và một khẩu độ số của 1.4, kính hiển vi ánh sáng cơ bản về mặt lý thuyết có thể đạt được một giới hạn của độ phân giải khoảng 0,2 mm, hoặc 200 nm. Một số nhà sản xuất kính hiển vi vào cuối thế kỷ XIX đạt được độ phân giải này, nhưng nó là thường xuyên xuất hiện trong hiện đại, kính hiển vi factoryproduced. Mặc dù nó có thể phóng to một hình ảnh nhiều như chúng tôi muốn, ví dụ, bằng cách chiếu nó lên một màn hình-nó không phải là có thể, trong một ánh sáng kính hiển vi thông thường, để giải quyết hai đối tượng trong kính hiển vi ánh sáng được phân cách bởi ít hơn khoảng 0,2 mm; họ sẽ xuất hiện như là một đối tượng duy nhất. Điều quan trọng là, tuy nhiên, để phân biệt giữa độ phân giải và phát hiện. Nếu một vật nhỏ, dưới mức giới hạn độ phân giải, chính nó phát ra ánh sáng, sau đó chúng tôi vẫn có thể nhìn thấy hoặc phát hiện nó. Như vậy, chúng ta có thể thấy một microtubule đơn huỳnh quang có nhãn mặc dù nó là mỏng hơn so với giới hạn độ phân giải của kính hiển vi ánh sáng khoảng mười lần. Hiệu ứng nhiễu xạ, tuy nhiên, sẽ gây ra nó để xuất hiện mờ và ít nhất là 0,2 mm dày (xem hình 9-16). Theo cách tương tự, chúng ta có thể thấy những ngôi sao trên bầu trời đêm, mặc dù đường kính của họ là quá thấp so với độ phân giải góc của mắt không cần trợ giúp của chúng tôi: tất cả họ đều xuất hiện như tương tự, điểm hơi mờ của ánh sáng, chỉ khác nhau về màu sắc và độ sáng của họ. tiếng ồn photon Tạo giới hạn bổ sung để giải quyết Khi Levels ánh sáng là Low Bất kỳ hình ảnh, cho dù được tạo bởi kính hiển vi electron hoặc bằng một kính hiển vi quang học, được thực hiện bởi các hạt electron hay photon năng nổi bật một máy dò của một số loại. Nhưng những hạt này được điều chỉnh bởi cơ học lượng tử, vì vậy những con số thống các máy dò có thể dự đoán chỉ trong một ý nghĩa thống kê. Mẫu hữu hạn, thu thập hình ảnh cho một thời gian hạn chế (có nghĩa là, bằng cách lấy một bản chụp), sẽ thấy sự thay đổi ngẫu nhiên: bức ảnh chụp liên tiếp của cùng một cảnh sẽ không được chính xác giống hệt nhau. Hơn nữa, mỗi phương pháp phát hiện có một số mức độ tín hiệu nền hoặc tiếng ồn, thêm