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显微镜新技术-膨胀显微技术

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膨胀显微技术膨这种技术看上去非常不可思议，这个概念的基础是希望采用普通显微镜能观察到大脑内分子细节，这个感觉和2014年诺贝尔化学奖的技术类似，但采用的策略完全不同。这种技术被称为膨胀显微技术，使用的材料竟然是常见用于尿不湿的吸水材料。MIT神经工程师Edward Boyden和两位同事Fei Chen和Paul Tillberg，共同发明了这一技术。膨胀显微技术是一种超分辨显微镜技术，三名科学家获得2014年的诺贝尔化学奖就是解决的这一问题，因为他们都突破了1873年德国物理学家Ernst Abbe提出的光学显微镜分辨率200纳米的极限，这是所谓最短可见关波长的50%长度，任何不超过这一长度的两个光点都无法在光学显微镜中被区分。

这次他们采用的策略和过去的不同，他们是在不影响所有结构相对位置的前提下，将大脑组织进行膨胀，简单地说就是先将被观察的目标进行三维等比例放大，然后进行观察，所采用的材料就是制作尿不湿的材料。他们利用这个技术用普通光学显微镜获得了大脑的超分辨率显微镜图片。因为这种技术更简单方便，而且经济实惠，意味着这种可能会被更广泛使用。获得2014年诺贝尔化学奖的超级显微镜技术是利用时间换空间，利用目标在不同时间发出荧光，将所有时间内采集的图片用计算机进行叠加，以获得足够的空间分别率。这种技术现在已经能将光学显微镜的分辨率从200纳米逼近20纳米，但是这种技术需要昂贵的专门设备，而且在一些厚度大的结构如大脑组织和肿瘤组织切片难以实现。Boyden等许多神经科学家都一直希望能获得高清晰的脑组织结构如神经突触蛋白分布的图片。Boyden在最近NIH的会议上告诉参加会议的代表，他们解决的策略就是设法将结构进行放大。为实现这一目的，他的团队使用一种化学物质丙烯酸脂，丙烯酸盐有两种重要特征，一是能形成一个密集的网络，可将蛋白质分子束缚在网格内，另外一个特征是遇到水可以肿胀。丙烯酸盐是一种吸水物质，是制造尿不湿的关键材料。在这种材料的帮助下，大脑组织的每个方向都可以均匀增加4.5倍左右。

浸水膨胀前，组织先用化学试剂处理成透明，然后将特定蛋白结合的荧光分子和丙烯酸盐一起扩散到组织内，这时就好像是没有吸水的尿不湿一样，然后加水处理后，导致整个结构膨胀起来，膨胀过程中，结合荧光分子的蛋白质和其他结构等比例膨胀，一些因为距离太小无法分辨的分子就能达到可分辨距离。Boyden建议这个技术用于区分相互距离为60纳米的分子。当然在膨胀过程中，分子之间可能存在一定的误差，但这个变化非常小，Boyden小组计算的误差在1–4%左右，这不影响效果。膨胀显微镜技术有一些指标和超分辨显微镜很接近，例如他们曾经测量过神经突触前后膜上的两个蛋白，他们的数据和超分辨光学显微镜的结果很接近。这种技术在分析复杂的三维组织结构方面有更大优点，Boyden在会议上展示料一个大约半毫米厚度的小鼠海马结构，能清楚显示相邻神经元之间的相互联系。放大的图片中甚至可以看到神经突触的结构。Boyden小组已经用这种技术研究了果蝇和斑马鱼的大脑，一个合作单位准备用这个技术研究人类的大脑。

加州理工学院神经科学家Viviana Gradinaru认为，Boyden的技术通过改进样本处理方法，提供了一种新的突破技术局限的研究模式，是非常好的办法。2013年，Gradinaru和斯坦福大学Karl Deisseroth小组合作报道了一种大脑组织透明化技术，他们的办法是将组织中的脂肪等分子从脑组织中溶解掉，保留蛋白成分，从而实现对厚组织进行光学显微镜观察的目的。澳大利亚悉尼大学显微镜专家Guy Cox认为这是非常好的技术，但是如何具体使用仍不太清楚。2014年诺贝尔化学奖获得者之一马普研究所主任Stefan Hell认为这个技术非常有意思，值得研究。他提出罗斯托克大学1990年代曾经有科学家提出过类似思路，但没有成功，Boyden找到了解决问题的方法。

扫描探针显微镜应用

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扫描探针显微镜的技术核心在于它具有极高的可控空间定位精度，因而使得它不但具有极高的分辨率，而且具有极高的操纵和加工精度（可实现单原子操纵）。
我国在该领域的研究和开发工作起步很早，中国科学院化学研究所自1987年起先后研制成功了我国的第一台扫描隧道显微镜、原子力显微镜，激光检测原子力显微镜等扫描探针显微镜仪器，并广泛和深入地开展相关应用研究，先后获得国家科技进步二、三等奖，中科院科技进步一、二等奖等和国家发明专利多项。自1989年起，中科院化学所本原纳米仪器公司批量生产相关仪器，其中CSTM/CSPM系列扫描探针显微镜累计产销百余台，装备了我国（包括港、台地区）和美国、日本、新加坡等一批高水准的实验室并取得了大量高水平的应用成果。经过20年的发展，迄今扫描探针显微镜家族已经包括了20多种仪器，并且一直还在发展之中。表1为目前国际上应用较广、也相对比较成熟的几种扫描探针显微镜仪器。

扫描探针显微镜也许是所有显微镜中用途最广泛的一类。有了扫描隧道显微镜、扫描探针显微镜和原子力显微镜，物质的几乎一切物理性质都可以被探测到：材料的磁性、电容、表面势、热学特性、声学特性等等性质，都有专门的SPM 可供来研究他们。现在，AFM 发展到了可以配备软悬臂和纳米级针尖，生物学家可以用这种AFM 去研究原始生理环境下细胞和大分子的功能性质。离子电导显微镜可以用来测量神经元中膜通道蛋白的离子电流；AFM 可以表征受体与其配体的分子间作用力。
双螺旋结构在自然界中很常见：外太空星云的共轴双螺旋结构、植物茎的相互缠绕、面食中的支链淀粉、无机晶体、当然还有包含基因信息的DNA。Leonardo da Vinci 设计的优雅的双螺旋状楼梯是法国香波堡的建筑特色之一，这个楼梯的设计灵感来自笔者母校雷丁大学化学系一个类似的楼梯。显微镜已经成为分子生物学家的重要研究工具。众所周知，DNA 的双螺旋结构是由X射线衍射图样得到的。科学家通过透射电子显微镜探测到信使RNA（一种可以与核糖体结合，并引导蛋白质合成的核酸）与源DNA 的杂交：DNA 的许多区域没有杂交结合，形成了内含子循环；进而确定了外显子和内含子的存在。随着SPM 的诞生，现在分子生物学家有了另一类表征生物大分子结构和性质的工具。软悬臂可以原生态地在生理溶剂中观察DNA 的双螺旋结构。通过使用能结合四种DNA 碱基类型的功能针尖，AFM 可以用来排列DNA。
范德瓦耳斯力是分子间除了共价键、氢键、静电相互作用之外的吸引力和排斥力的总和。这些力虽然很微弱，却是AFM 得以工作的关键。在仅有数纳米长的距离尺度上，范德瓦耳斯力强到足以使悬臂针尖偏转。最近，这个效应使得化学力的测量得以实现，在此基础上可以在原子精度上分辨合金表面的硅、锡、铅，这样又为SPM 家族的乐章增添了新的音符。

不连续光驱动数字微流体技术

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不连续光驱动数字微流体技术
多通道并行的高通量化学或者生物反应是未来系统生物学的方向，这里反应体系要求非常小，最好是单细胞或者单细胞器如细胞核或者线粒体。单细胞和单分子技术的结果已经证明生物的复杂疾病如癌症等具有分子，细胞，组织和个体的多态性，即同一个癌症病人的病变细胞本身就不一样，每个病变细胞的分子病因还不相同，不同的癌症病人就更不一样，因此催生了个性化治疗的概念。小液滴数字微流体技术就是一种可以对微量体积的液滴进行操作的技术，如液滴的移动，合并，分开等。微流体技术的另一种方法是利用连续的微量流体孔道，比如在载玻片表面蚀刻上很多孔道，孔道可以是线形或者弧形等各种形状，然后不同成分的溶液在开关的控制下流动，比如在一个反应体系中流入不同的底物和离子浓度等观察酶催化反应的变化。而小液滴的微流体技术是不连续的微流体技术，就像数学或统计中连续方程或分布和离散方程或分布一样，小液滴的微流体技术使不同液滴之间的组分隔离更好，而连续微流体很难分离期中的一部分进行分析，因为液体都是连续的，扩散效应使连续通道的组分按照高浓度到低浓度迅速平衡。这里无法说哪个更好或更坏，只是彼此的应用范围不同，需要按照试验的要求选择是连续微流体还是小液滴的非连续微流体技术。小液滴微流体可以通过光驱动液滴(体积在几个纳升到微升之间)在装置平面做纳米级的定向运动。这个装置有很多优势如：很容易加工，实时操作，大尺度的运动。我相信未来这是一个非常好的lab-on-a-chip的方法。举个简单的例子，比如我们要做3C技术， 把细胞通过微流体技术分开，使每个小液滴只有一个细胞，流动细胞使细胞与有膜变形的液滴的如有Triton或者一起变形的液滴融合，变性剂使细胞膜破碎，然后马上移动液滴与有4%paraformaldehyde的小液滴融合，这样蛋白质与DNA的构型都被fix，然后移动液滴并与有DNA酶的液滴融合进行DNA酶消化，再移动野液滴的与有DNA连接酶的液滴融合然后直接进行测序。整个过程都在Chip上进行，减少人为的实验误差和节省人力，，实验可重复性应该更好。

图解：特富龙(Teflon)(特氟龙、铁氟龙、聚四氟乙烯)是美国杜邦公司对其研发的所有碳氢树脂的总称，包括聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯及各种共聚物，这一层是疏水层。ITO：indium tin oxide， ITO可以coat在玻璃表面。a-Si：H是非晶硅(Amorphous silicon， a-Si)，又名无定形硅，是硅的一种同素异形体，这一层也是有光敏感电极的作用。.红红的一团就是光照区域，这个区域在非晶硅区诱导高导电性和光照区域内地电场，对液滴产生作用力推动它的移动。图中的虚线是电场线。

小液滴可以被有规则的排列成各种形状。

显微镜摄像头的工作原理和图像缓存技术

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摄像头的工作原理大致为：
景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片(DSP)中加工处理，再通过USB接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。
一直以来，人们都在寻找提高图像分辨率的技术来提高显微镜的应用。 特别是在信息技术飞快发展的今天，软件技术确实给显微成像领域带来了不少的驱动力，最起码使得显微镜摄像头的功能越来越强大，实现许多研究人员根据自己的实际应用来DIY的愿望。

对于应用在显微镜上的摄像头和其它的摄像头不一样，一般分为CCD和CMOS两种系列。而CCD的成像效果好，但价格贵，对于CMOS，是价格便宜，但是成像效果远没有CCD的优秀。无论是在成像质量或者稳定性上CCD都比CMOS要出色。对于那些有较高显微观察需求的专业人士，在图像预览速度和稳定性方面很重视。

现在，为了进一步提升CCD电子数码摄像头的性能和稳定性，国内有公司利用图像缓存技术应用到CCD显微镜摄像头上，来使其的性能一部提升，例如MSHOT的这款显微镜摄像头 MC20-N （CCD系列/采用索尼的2/3″ CCD 彩色/黑白芯片），就是采用了图像缓存技术的CCD显微镜摄像头。它们这款摄像头采用的是16M图像缓存技术，根据我们的测试 除了在提升图像预览速度外，还有一个很大的特色就是，有非常出色的低噪声。

CCD摄像头结合图像缓存技术确实是个非常的事情，因为它可以给CCD摄像头带来性能上的提升，日后该技术将会在显微成像领域流行开来，特别是在我们国内，或许会有更多公司会加入到这一技术阵营。我们都知道显微成像的主流技术都是有德国，美国，日本主导的。

选择我们需要的显微镜

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显微镜的种类很多，总的分为体视显微镜和视频显微镜，体视显微镜现在都被视频显微镜代替，相比较之下，视频显微镜的放大倍数比体视显微镜要大，所以如果要测量的话，误差就小了。根据你要求的放大倍数来选择显微镜，一般看一些比较大的工件，只要普通的视频显微镜或者体视显微镜就可以了，如果是要看工件上的划丝，锈迹，损伤之类的，就要用视频显微镜比较好，放大倍数几十倍到几百倍，如果是要看金属的组织成分，必须用到金相显微镜，看细胞有生物显微镜。

我记得那还是2003年，一位电子显微镜组件经理告诉我：“光学显微镜当然也存在相差，但是这种相差可以通过增加透镜来矫正。但非常不幸的是，制作一个电磁透镜来矫正透射电镜存在的相差是不可能的，要保证透镜的完美同样也是不可能的。”在很长一段时间，这确实是电镜使用者每天都必须面对的现实。2006年在札幌的IMC上，首份电镜的修正数据被展示出来，并且在2012的EMC上，我的同事声明他自己的报告是唯一一份“没有展示矫正数据”的报告。基于上述的这些发展和图像的清晰度，大家会不禁自问，“如果每个人都能得到一张清晰的图像，那为什么我不能？”但如果是我，经常有那么一秒，会有一个声音出现，“我真的需要它吗？我会要用它吗？”

图解：二氧化铈纳米颗粒，300kv相差矫正TEM拍摄虽然我知道周围许多研究人员非常热衷于这些，但是我们研究所却并没有立刻置办一套矫正仪器。可能有人会问难道我们不想得到最清晰的显微图像吗？但我认为我们需要先弄清一些问题，“谁真正需要这套矫正设备？设备是否使用频繁？我们拥有这套设备的意义到底是什么？”就我目前所了解的情况来看，置办一套相差矫正设备至少需要具备如下条件：
1重要的基础设施投入以满足设备的运行
2至少一位有能力的全时操作人员
3重要的服务委托
4一系列使用者来提供设备运行的资金支持。

如果这四个条件没有具备，或者即使都具备了，一个只是从表面上判定出的好想法也不一定真正能够实现。再用汽车这个例子做类比，一辆跑车也许非常适合赚取回头率，但是一个家庭95%的汽车使用时间都是日常出行或者接送孩子上下学，跑车显然在这些方面不具备实用性和灵活性。同样的道理，选择本来每加仑燃油能跑35-45英里的大轿子车或者MPV就可以完成的日常活动，你非要选择每加仑燃油只能跑7英里的悍马就确实有点过分了。
我对矫正TEMs技术十分的尊重，但同时也必须对这个图像识别的方法进行必要的反驳。如果你使用正确的方法（详见之前的邮件）制备出足够好的样品，并且仪器设备完全符合你的实验设计，它是完全能够为你呈现出具有亚纳米尺度分辨率的精彩图像的。SALVE（亚埃米低电压电子显微镜）项目就一个典型例证，它目前在碳材料领域具有特殊的用途。

图解：SALVE显微镜拍摄的石墨烯片层图像。
当然，矫正设备在日常基础应用和研究领域还有很多应用，其中许多应用（例如超级STEM）大家都能够从开放存取方案中进一步了解。讲到这里，请大家千万不要误解我对于晶体清晰图像的喜爱，我确实非常非常喜欢这个想法。但我同时认为，这样的清晰图像对大多数情况下的大多数样品来说都是没有必要的，尤其对那些不达标的样品。对这个问题我们确实应该有个清楚的认识，并且应该购买我们需要的而不是想要的仪器。

数字图像处理技术为航天和医疗事业的贡献

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图像是人类获取和交换信息的主要来源，因此，图像处理的应用领域必然涉及到人类生活和工作的方方面面。随着人类活动范围的不断扩大，图像处理的应用领域也将随之不断扩大，主要包括：
（一）航天和航空技术方面
从60年代末以来，美国及一些国际组织发射了资源遥感卫星（如LANDSAT系列）和天空实验室（如SKYLAB），由于成像条件受飞行器位置、姿态、环境条件等影响，图像质量总不是很高。因此，以如此昂贵的代价进行简单直观的判读来获取图像是不合算的，而必须采用数字图像处理技术。如LANDSAT系列陆地卫星，采用多波段扫描器（MSS，在900km高空对地球每一个地区以18天为一周期进行扫描成像，其图像分辨率大致相当于地面上十几米或100米左右（如1983年发射的LANDSAT-4，分辨率为30m）。这些图像在空中先处理（数字化，编码）成数字信号存入磁带中，在卫星经过地面站上空时再高速传送下来，然后由处理中心分析判读。许多国家也每天派出很多侦察飞机对地球上有兴趣的地区进行大量的空中摄影。对由此得来的照片进行处理分析，用配备有高级计算机的图像处理系统来判读分析，既节省人力，又加快了速度，还可以从照片中提取人工所不能发现的大量有用情报。
这些图像无论是在成像、存储、传输过程中，还是在判读分析中，都必须采用很多数字图像处理方法。现在世界各国都在利用陆地卫星所获取的图像进行资源调查（如森林调查、海洋泥沙和渔业调查、水资源调查等），灾害检测（如病虫害检测、水火检测、环境污染检测等），资源勘察（如石油勘查、矿产量探测、大型工程地理位置勘探分析等），农业规划（如土壤营养、水份和农作物生长、产量的估算等），城市规划（如地质结构、水源及环境分析等）。除了JPL对月球、火星照片的处理之外，许多国家每天派出很多侦察飞机对地球上有兴趣的地区进行大量的空中摄影。对由此得来的照片进行处理分析，以前需要雇用几千人，而现在改用配备有高级计算机的图像处理系统来判读分析，既节省人力，又加快了速度，还可以从照片中提取人工所不能发现的大量有用情报。
我国也陆续开展了以上诸方面的一些实际应用，并获得了良好的效果。如，上海浦东新区继2003年第一次运用遥感技术对河道及水面积进行了调查后，2004年进行了复测，通过数字图像处理，及时发现了水面积减少的问题，并且引起了重视。再比如，通过遥感卫星影像分析结合实地考察，由中国科学院、中国林业科学研究院、甘肃省治沙研究所、兰州大学等单位联合组织的库姆塔格沙漠科考队，初步探明库姆塔格沙漠的精确面积为22917.2平方公里。在目前石油资源缺乏的大背景下，数字图像处理技术更是在石油勘探方面发挥了不可忽视的作用。中国石油勘探开发研究院石油遥感所，先后在塔里木、四川、中原、柴达木、冀东、南方14省中小盆地等开展地质研究，还有对东北裂谷、百色盆地等区域开展的遥感构造地质研究与油气资源评价，为油气勘探提供了重要的参考依据。
（二）其他领域的应用
数字图像处理在生物医学工程、通信工程、工业和工程、军事公安、文化艺术、机器人视觉、视频和多媒体系统、科学可视化、电子商务等领域的应用也十分广泛，而且很有成效。医用显微图像的处理分析以及在X光肺部图像增晰、超声波图像处理、心电图分析、立体定向放射治疗等医学诊断方面都广泛地应用图像处理技术；将电话、电视和计算机以三网合一的方式在数字通信网上传输并传送彩色图像信号必须通过图像处理采用编码技术来压缩信息；图像处理技术也对自动装配线中检测零件的质量、印刷电路板疵病检查以及弹性力学照片的应力分析作出了很大贡献；公安业务图片的判读分析，指纹识别，人脸鉴别，不完整图片的复原，以及交通监控、事故分析都涉及到图像处理技术。

文章来源于：http://www.shoif.com/old_version/现代数字图像处理技术在各个领域内所获得成就.shtml

现代数字图像处理技术的优点

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现代数字图像处理技术的优点
随着多媒体技术和网络技术的快速发展，数字图像处理已经广泛应用到了人类社会生活的各个方面，如：遥感，工业检测，医学，气象，通信，侦查，智能机器人等。无论在哪个领域中，人们喜欢采用图像的方式来描述和表达事物的特性与逻辑关系，因此，数字图像处理技术的发展及对其的要求就越来显得重要。
（一）再现性好
数字图像处理与模拟图像处理的根本不同在于，它不会因图像的存储、传输或复制等一系列变换操作而导致图像质量的退化。只要图像在数字化时准确地表现了原稿，则数字图像处理过程始终能保持图像的再现。
（二）处理精度高
按目前的技术，几乎可将一幅模拟图像数字化为任意大小的二维数组，这主要取决于图像数字化设备的能力。现代扫描仪可以把每个像素的灰度等级量化为16 位甚至更高，这意味着图像的数字化精度可以达到满足任一应用需求。对计算机而言，不论数组大小，也不论每个像素的位数多少，其处理程序几乎是一样的。换言之，从原理上讲不论图像的精度有多高，处理总是能实现的，只要在处理时改变程序中的数组参数就可以了。回想一下图像的模拟处理，为了要把处理精度提高一个数量级，就要大幅度地改进处理装置，这在经济上是极不合算的。
（三）适用面宽
图像可以来自多种信息源，它们可以是可见光图像，也可以是不可见的波谱图像(例如X 射线图像、射线图像、超声波图像或红外图像等) 。从图像反映的客观实体尺度看，可以小到电子显微镜图像，大到航空照片、遥感图像甚至天文望远镜图像。这些来自不同信息源的图像只要被变换为数字编码形式后，均是用二维数组表示的灰度图像(彩色图像也是由灰度图像组合成的，例如RGB 图像由红、绿、蓝三个灰度图像组合而成) 组合而成，因而均可用计算机来处理。即只要针对不同的图像信息源，采取相应的图像信息采集措施，图像的数字处理方法适用于任何一种图像。
（四）灵活性高
图像处理大体上可分为图像的像质改善、图像分析和图像重建三大部分，每一部分均包含丰富的内容。由于图像的光学处理从原理上讲只能进行线性运算，这极大地限制了光学图像处理能实现的目标。而数字图像处理不仅能完成线性运算，而且能实现非线性处理，即凡是可以用数学公式或逻辑关系来表达的一切运算均可用数字图像处理实现。

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观察显微镜下的蒿属植物叶片

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观察显微镜下的蒿属植物叶片
蒿属植物种类较多，分布较广，不同种间形态特征重叠，对于蒿属及其邻近属的分类与系统发育关系不甚明了；本属植物的应用价值体现在药用、食用、牲畜饲用和防风固沙等方面。为了辅助分析艾蒿、臭蒿、黄花蒿三种蒿属植物挥发性物质的差异，分别拍摄了艾蒿、臭蒿、黄花蒿三种蒿属植物叶片正反面的形态图和叶片正反面的显微图，如图1所示。从艾蒿、臭蒿、黄花蒿三种蒿属植物叶片正反的形态图可以清楚的观察到叶片羽状深裂呈齿状。艾蒿叶片较大，羽状深裂呈披针形，羽状叶片较宽较长，叶顶端呈针尖状。臭蒿叶片较小，羽状分裂，羽状叶片裂片长圆形较短较宽，有锯齿，小裂片呈线状披针形，叶顶端呈圆形。黄花蒿叶片分叉较多，羽状深裂，裂片长椭圆状卵形且较细较长，再次分裂，小裂片边缘具有多枚长三角形或着三角形深裂齿，裂片矩圆形或着长椭圆形，两面被短毛，叶顶端呈针尖状；艾蒿叶片正面为深绿色，背面为白色。臭蒿叶片正面为浅绿色，背面呈白色。黄花蒿叶片正面为深绿色，背面为浅绿色。

从艾蒿、臭蒿、黄花蒿三种蒿属植物叶片正反面的显微图可以清楚的观察到，艾蒿叶片正面为深绿色，有白色腺点和少量白色短柔毛，叶片背面有大量而密度较小的密被灰白色蛛丝状密绒毛而呈白色，并有白色腺点；臭蒿叶片正面为浅绿色，有白色腺点和许多柔毛，叶片背面有大量而密度较大的腺毛状短柔毛而呈白色，还有许多白色腺点；黄花蒿叶片为暗绿色，但叶片正面比其叶片反面颜色较深，叶片两面有短毛和椭圆形的气孔。叶片正面和反面均布满腺毛和非腺毛，腺毛呈椭圆形，T形非腺毛位于叶脉附近。叶面均有大量有白色腺点，但叶片反面有白色腺点较正面较多。

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显微镜物镜种类中消色差物镜详解

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物镜种类：根据物镜校正原理的不同，显微镜物镜通常分为以下几种物镜：消色差物镜类，包括消色差物镜和复消色差物镜、以及平像场物镜和消色差物镜的综合平场复消色差物镜、折射和折反射物镜等。
一、消色差物镜消色差物镜是一种结构简单明了应用最为广泛的显微镜物镜。消色差物镜的设计只需要校正镜片的球差、正弦差和一般的单色光像差，而不校正复色像差，所以被称为消色差物镜。而这类物镜的分类，则根据它的放大倍率和物镜的数值孔径的不同分为低、中、高倍和浸液消色差物镜。
1 低倍消色差物镜
这类物镜一般应用于放大倍率低（放大倍率大约为4×-3×）、数值孔径小（数值孔径大约在1.0左右）、视场小的场合（对应的相对孔径大约为41左右）。由于相对孔径不大，视场比较小，所以低倍物镜的设计只要求校正球差、慧差和轴向色差。求解的关键是则是选择合适的玻璃组合，以便能同时校正这三种色像差。因此结构最为简单双胶合透镜就成为低倍消色差物镜光学设计的首选物镜。而这款显微镜物镜的设计方法与双胶合望远镜的物镜的设计方法十分类似，这里就不再赘述；唯一不同的地方在于，物体成像的位置并不在理论上的无限远处，而是位于有限距离。
2 中倍消色差物镜
中倍消色差物镜又被称为李斯特物镜，它的的倍率大约为8×-12×，数值孔径约为 0.2-0.3。最常用的李斯特物镜的数值是：数值孔径PN=0.25，倍率β=10x。  由于李斯特物镜的数值孔径相对低倍物镜加大，对应的相对孔径也相应增加，李斯特物镜的孔径高级球差将成倍增长，设计难度也有所提升，所以单单只采用一个双胶合透镜已经不能满足李斯特物镜的设计要求了。李斯特物镜的设计一般都会采用两个双胶合透镜的组合形式从而达到减小该物镜的孔径高级球差的目的。如图2.1－1所示，称为李斯特物镜。为了达到同时校正轴向色差和倍率色差的目的，我们使每个 双胶合透镜分别校正垂直的轴向色差，即双胶合透镜的Σψ/v=0这样整个物镜能同时校正轴向色差和倍率色差了。

3 高倍消色差物镜
高倍消色差物镜又被称为阿西米物镜，它的的倍率大约为60×-40×，数值孔径约为0.6-0.8。最常用的阿西米物镜的数值是：数值孔径 NA=0.65，倍率40X。阿西米物镜可以看作是在中倍物镜的光学系统上，再加上一个或多个单会聚透镜组成的，单会聚透镜是无球差无慧差的。对于新加的半球形透镜，前面是平面，后面是齐名面，也就是轴上的光线经过前面折射以后与轴线的交点将位于后面的齐名面上。

图3－2阿米西物镜
因为在高倍镜的设计过程中数值孔径一直增大，所以我们利用在前镜添加这种半球形 透镜以达到目的。如图3－3所示，假如U1为入射光线的径角、经平面折射后的径角为 U1=U2、再经过等晕面（第二面）折射后的径角为U2，则第一面折射后，有：

如3－2（a）所示，前片可以看作是在中倍物镜的光学系统上，再加上一个或多个单会聚透镜（无球差无慧差）组成的。为了工作方便，实际上我们在物镜与物平面之间留有一点空隙，产生的微量球差和慧差则可以在后面的两个双胶合透镜组中补偿，前片的色差也同样用着两个透镜组补偿。  由图3－2（b）可见，两个透镜组都是由一个齐名面和一个平镜组成，然而两个透镜组又有所不同，第一个透镜组是不产生误差的，而第二个透镜组的第一面会产生球差和慧差，并且两个透镜组的叠加又会加大色差的产生，这些设计上不可避免的误差都必须靠后面的的两个双胶合透镜组来修正。
4 浸液物镜显微镜物镜种类中消色差物镜详解
如图3-4所示的显微物镜我们称之为浸液物镜，因为它为了提高数值孔径（NA），在盖玻片与前片之间注满油液，通常用杉木油。  因此在使油液的折射率与盖玻片的折射率相近的同时，也满足了我们对数值孔径的要求。  其数值孔径可以达到1.25-1.3，倍率为100×。

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