현미경의 해상도를 향상시키는 방법

현미경의 해상도를 향상시키는 방법

현미경은 주요 검출장비 중 하나로, 해상도는 현미경의 성능을 판단하는 중요한 지표이다. 해상도란 두 개의 점이나 두 개의 선 사이의 더 작은 거리를 명확하게 구분할 수 있는 것을 말합니다. 인간의 눈 자체가 현미경이다. 표준 조명 조건에서 겉보기 거리(국제적으로 25cm로 인정됨)에서 인간의 눈의 해상도는 약 1/10mm입니다. 두 개의 직선을 관찰할 경우 직선이 일련의 신경세포를 자극할 수 있으므로 눈의 해상도가 향상될 수 있습니다.

인간의 눈의 해상도는 1/10mm에 불과하므로 인간의 눈은 1/10mm보다 작은 물체 또는 1/10mm보다 가까운 두 개의 작은 물체 사이의 거리를 구별할 수 없습니다. 따라서 단순한 매크로 돋보기에서 현미경 관찰을 위한 광학현미경, 그리고 전자현미경이 등장하게 된 것이다. 현미경 해상도의 정의는 표본에서 명확하게 구별될 수 있는 두 개의 작은 점 사이의 작은 거리를 나타냅니다. 계산 공식은 d=0.61λ/na입니다.

여기서: d는 해상도(um)입니다. λ는 광원의 파장(um)입니다. NA는 대물렌즈의 개구수(개구율이라고도 함)입니다.

공식에 따르면 현미경의 해상도는 입사 광원의 파장과 일치하는 대물 렌즈의 개구수에 따라 달라집니다. 따라서 광학현미경을 개선하기 위한 방법은 다음과 같다.

1. 광원의 파장을 줄입니다.
가시광선의 더 짧은 파장은 390nm입니다. 이 파장의 자외선을 조명원으로 사용하면 광학현미경의 분해능이 0.2um까지 줄어들 수 있다. 그러나 대부분의 일반 유리 소재는 340nm 이하 파장의 빛을 많이 흡수하기 때문에 자외선은 많은 양의 감쇠 후에 깨끗하고 밝은 이미지를 형성할 수 없습니다. 따라서 시영(200nm 정도의 낮은 자외선을 투과시킬 수 있는 물질)이나 형석(185nm 정도의 낮은 자외선을 투과할 수 있는 물질) 등 고가의 물질을 사용해야 하며, 자외선현미경은 육안으로 관찰할 수 없으며, 관찰된 샘플 수에 제한이 있고 비용도 많이 들기 때문에 현미경의 분해능을 향상시키는 이 방법은 그 자체의 한계로 인해 널리 사용되지 않습니다.

2. 대물렌즈의 개구수 NA를 늘립니다.

개구수 NA=n*sin(u)

여기서 n은 대물 렌즈와 시편 사이의 매체 굴절률입니다. U는 대물렌즈의 절반 조리개 각도입니다. 따라서 광학설계에서는 개구각을 크게 하거나 굴절률을 높여 광학현미경의 분해능을 높이는 것이 일반적인 방법이다. 일반적으로 10X 미만과 같은 저배율 대물 렌즈의 매체는 굴절률 1의 공기, 즉 건조한 대물 렌즈입니다. 침지 매체는 굴절률이 1.33인 증류수입니다. 기름에 잠긴 대물 렌즈의 매체는 향기로운 타르 또는 기타 투명한 기름이며 굴절률은 일반적으로 약 1.52로 올림푸스의 100X 오일 거울과 같은 렌즈와 슬라이드의 굴절률에 가깝습니다. 수침식 대물렌즈와 유침식 대물렌즈는 고배율을 가질 뿐만 아니라 굴절률이 높은 매질로 인해 대물렌즈의 해상력이 향상된다.