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正文：打通固態(tài)照明的任督二脈

Be water, my friend

?打通固態(tài)光源的任督二脈?

隨著照明技術(shù)發(fā)展，具有一系列固態(tài)技術(shù)的復(fù)雜光引擎被用于熒光顯微鏡。這些顯微鏡光源的設(shè)計(jì)克服了汞弧燈和金屬鹵化燈的許多限制，使令人印象深刻的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了這些早期的照明選擇。固態(tài)光引擎為熒光顯微鏡應(yīng)用提供了高信噪比（SNRs）和分辨率、低檢測(cè)限制，以及增強(qiáng)的靈敏度和穩(wěn)定性；此外，還有高質(zhì)量的數(shù)據(jù)手機(jī)、壽命和成本效益。

(傳統(tǒng)汞弧燈，金屬鹵化物燈大集成，以壽命短、含汞、需長(zhǎng)久維護(hù)為特點(diǎn))而不同固態(tài)光源有如：

左：CoolLed顯微鏡熒光光源右：X-citeNOVEM 9通道LED照明系統(tǒng)（面向FISH/FURA-2/IR800激發(fā)）

蔡司Colibri 7熒光顯微成像LED光源

?虹科固態(tài)光引擎然而，要實(shí)現(xiàn)這種上述高性能的價(jià)值，照明器的輸出必須傳播到顯微鏡的樣品面。可以看到圖1的1,2標(biāo)記點(diǎn)，我們對(duì)連接光引擎和顯微鏡樣品面的光路進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這樣不僅能優(yōu)化儀器性能，也為解決照明問(wèn)題提供了方案

圖1：虹科固態(tài)光引擎與倒置熒光顯微鏡的耦合。黃色標(biāo)記的位置1-5對(duì)應(yīng)于下面表格中用于光通量檢測(cè)的點(diǎn)。綠線表示從準(zhǔn)直適配器輸入到樣品平面的光路方向。

是誰(shuí)，在減弱我光

There she stood,in the dim light

?當(dāng)發(fā)現(xiàn)樣品面的熒光激發(fā)不足時(shí)，人們便理所當(dāng)然的將問(wèn)題歸咎于使用的激發(fā)光源（而且也很常見(jiàn)）。但這種歸因通常是不恰當(dāng)?shù)模驗(yàn)槭聦?shí)上，沿路的所有能產(chǎn)生干預(yù)的光學(xué)元件都可能是起因。所以，要真正解決這個(gè)問(wèn)題，需要對(duì)所有將照明輸出轉(zhuǎn)移到顯微鏡（見(jiàn)圖）上，并可能產(chǎn)生干預(yù)從而影響整個(gè)系統(tǒng)的光通量的光學(xué)元件，進(jìn)行徹底的檢查。下表展示了從固態(tài)光引擎到顯微鏡樣品面的光通量的逐步分析。我們使用10倍物鏡（位置5A）在樣品平面測(cè)得的通量對(duì)應(yīng)于15-50 mW/mm2的輻照度水平，很好地落在了寬視場(chǎng)熒光顯微鏡的要求范圍內(nèi)（1-100 mW/mm2）。

?圖 2:一個(gè)相干公司的FieldMax II-TO功率計(jì)，連接到一個(gè)PM3熱電堆探測(cè)器，產(chǎn)生了上述的功率測(cè)量結(jié)果（精度為±5 mW）。待測(cè)光源是虹科SPECTRA X固態(tài)光引擎，內(nèi)部有391/22nm、475/28nm、555/28nm和635/22nm（中心波長(zhǎng)/半高寬）的激發(fā)濾光片。光引擎的輸出通過(guò)一個(gè)3mm直徑的液態(tài)光波導(dǎo)管和一個(gè)Lumencor準(zhǔn)直適配器耦合到顯微鏡（Nikon Ti），然后逐次通過(guò)Semrock FF409/493/573/652-Di02四分色鏡和10X/0.5 NA或40X/0.75 NA的物鏡引導(dǎo)到樣品平面。對(duì)于熒光顯微鏡的應(yīng)用，在不同波長(zhǎng)下產(chǎn)生一定量的熒光發(fā)射所需的輻照度都是不一樣的，這是因?yàn)闊晒獍l(fā)射強(qiáng)度取決于可被熒光團(tuán)吸收的光子數(shù)量，在輻照度恒定的情況下，光子數(shù)量隨波長(zhǎng)增加而增加。因此，在其他因素保持不變的情況下，用375nm的激發(fā)光產(chǎn)生一定的熒光強(qiáng)度水平所需的輻照度是750nm時(shí)的兩倍（2×375nm）。因此，在紅色光譜區(qū)（635/22nm；見(jiàn)表中最右邊一欄）較低的輻射通量水平在熒光顯微應(yīng)用中并不沒(méi)有看起來(lái)那樣有害。盡管表中所示的輻射通量水平對(duì)于傳統(tǒng)的寬視場(chǎng)熒光顯微應(yīng)用來(lái)說(shuō)是綽綽有余的，但確實(shí)還存在可改進(jìn)的地方。這種改進(jìn)是針對(duì)兩個(gè)主要的應(yīng)用要求。首先，要在更短的時(shí)間內(nèi)獲得更多的圖像而不影響信噪比的特性，需要從光源獲得更高的輻射通量，同時(shí)縮短相機(jī)的曝光時(shí)間。第二，許多提高寬視場(chǎng)熒光顯微鏡空間分辨率的技術(shù)涉及空間過(guò)濾照明。空間濾波產(chǎn)生的損失必須通過(guò)增加光源的輸出或改善其與顯微鏡的耦合來(lái)補(bǔ)償，或兩者兼而有之。

想更亮點(diǎn)，咋整?

Look within

?下面小編羅列一下，依次對(duì)光路路徑涉及的元件參考上述優(yōu)化后的照明效果。又可言為提高固態(tài)照明性能的招數(shù)，以下便是秘籍核心：——固態(tài)光引擎通過(guò)使用固態(tài)二極管激光光源，而不是本例中使用的虹科SPECTRA X光引擎中的非相干光源，可以實(shí)現(xiàn)輸出功率的改進(jìn)（特別是在輻照度方面）。——光波導(dǎo)使用液態(tài)光波導(dǎo)管，可以長(zhǎng)距離導(dǎo)光工作，為光引擎對(duì)顯微鏡的振動(dòng)影響提供了隔離，也可以使光源置于遙遠(yuǎn)的地方，遠(yuǎn)離顯微鏡附近經(jīng)常擁擠的空間。然而，這些好處是以犧牲光引擎輸出的35-50%為代價(jià)的--盡管有一個(gè)足夠強(qiáng)大的光引擎，這些損失的重要性可能會(huì)得到改善。直徑較大的液體光波導(dǎo)管（例如，直徑是5mm而不是3mm）可以大大增加輻射通量，但這通常也需要重新設(shè)計(jì)顯微鏡的光路，以便將增加的輻射通量傳播到樣品平面。——準(zhǔn)直管適配器與基于消色差透鏡的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，包含復(fù)眼透鏡的準(zhǔn)直器可以提供卓越的光通量和空間均勻性。——物鏡在倒置熒光顯微鏡中，檢測(cè)到的熒光強(qiáng)度與物鏡數(shù)值孔徑（NA）的四次方成比例。因此，首選的物鏡是具有最高數(shù)值孔徑的，以提供足夠的工作距離。

打破桎梏，方能破繭成蝶

Shacklestrenghensincomplacence

??熒光顯微鏡的照明已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)重大的模式轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的電弧燈有很多局限性，且它們含有有毒害的汞蒸汽已為不爭(zhēng)的事實(shí)。另一方面，傳統(tǒng)的LED也不能滿足人們?nèi)諠u提高的對(duì)光功率的要求。虹科固態(tài)光引擎為這些問(wèn)題提供了高性能的解決方案，當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)照明不足不只是唯一問(wèn)題時(shí)，虹科固態(tài)光引擎就是一個(gè)明智之選。按照上面介紹的分析步驟，我們可以在很大程度上，幫助顯微鏡專家了解照明器與顯微鏡耦合的細(xì)節(jié)，并在更有信心地解決相關(guān)照明問(wèn)題。希望這也能幫助研究人員最大限度地利用現(xiàn)代固態(tài)光引擎所提供的性能。

在電影《功夫》里，阿星被火云邪神打得面目全非，幾近消逝。瘋狂的擊打，打通了阿星的任督二脈，方才破繭成蝶，領(lǐng)悟真諦。整棟大樓可因其掌而傾倒。

對(duì)待技術(shù)正確的態(tài)度，得承認(rèn)競(jìng)爭(zhēng)者的優(yōu)勢(shì)，反思自我，發(fā)展健康的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。如果每個(gè)人執(zhí)自傲之氣，導(dǎo)致了技術(shù)信息的封鎖，心得交流，新的人進(jìn)不去，舊的人故步自封，堅(jiān)守孤島，那么未來(lái)大概率是畸形的。就如專業(yè)角度看，虹科固態(tài)光引擎也可作為替代的對(duì)象，包括使用的導(dǎo)管和準(zhǔn)直適配器。我們推廣自身的技術(shù)，努力生存，正如賣秘籍的乞丐。但我們知道，那不是鬧著玩的，而是藏有珍寶的秘籍。隨著我們打通行業(yè)專有的任督二脈，再一嘗成功的甘甜。正確審視自我，方能離創(chuàng)新更進(jìn)一步秘籍不過(guò)如此- End -

虹科資訊丨Lumencor"地球日"顯微成像競(jìng)賽結(jié)果公布

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