相差显微镜与微分干涉差显微镜

光学显微镜是生物医学研究领域中最具推动作用的工具之一。根据具体应用需求，观察样本时需要采用不同的照明方式。本视频将演示透射光照明的两种光学模式：相差显微镜和微分干涉差（DIC）显微镜。

大家好，我是来自圣安东尼奥德克萨斯大学健康科学中心核心光学成像中心的 Victoria San Frolic。今天我将向您展示如何正确使用相差显微镜和微分干涉差显微镜观察样本。现在让我们开始吧。

标准的明场显微镜不适合观察透明且无色的样本。相衬显微镜常用于为透明且不吸收光线的生物样本提供对比度。该技术由Zurich于1942年发现，他因此成就获得了诺贝尔奖。

相差显微镜是一种明场光学显微镜，配备了特殊的相差物镜，物镜中包含相位板或相环，以及用环形光阑代替普通光圈的聚光镜。环形光阑通常位于聚光镜转盘中，其尺寸需根据不同的物镜进行选择。在调节好科勒照明后，选择合适的相差物镜，然后将相应的相位环旋转至聚光镜中的正确位置。

当物镜相位环与聚光镜环形光阑已正确对齐至同心且重叠后，我们便可观察标本并适当调节焦距。接下来，让我们通过显微镜演示相衬成像的效果。这是一张大鼠肝脏切片的图像。

在相差显微镜下。该方法通过将不同深浅的灰色对比度转变为从黑到白的对比度，增强生物材料的可见性。然而，您会注意到样本周围存在晕轮现象，这会遮蔽细微结构。

这种光晕是相位环照明产生的伪影。现在您会注意到，当我们切换到明场时，该样本很难观察。切换回相位对比，我们可以清晰地看到大鼠肝脏组织中细胞的结构和形态，自20世纪60年代末引入以来便是如此。

微分干涉相差（DIC）显微镜因其能够通过增强对比界面来生成精细结构的高分辨率图像而在生物医学研究中广受欢迎，所获得的图像具有非常薄的光学切片效果。事实上，DIC 产生光学切片的能力使其成为一种有用的透射光照明模式，可与共聚焦显微镜相媲美。DIC 显微镜是在明场光学显微镜的基础上增加了以下组件：位于光源与聚光镜之间的偏振器。

在聚光镜中有一个微分干涉（DIC）光束分光棱镜，在物镜后方有一个DIC光束合光棱镜，以及在无限远空间、位于两个棱镜前方的一个检偏器。为了获得DIC光学系统的最佳性能，首先需要将显微镜调整为科勒照明，然后将DIC光学元件置入光路中。来自光源的光首先通过一个起偏器，随后由第一个棱镜将其分束。

这两束光彼此平行传播。如果这对光束同时穿过样本中的同一种材料，当它们被第二个棱镜重新合并时，不会相互干涉，因此呈现灰色。然而，在结构的边缘处，这对光束中的一束穿过与另一束不同的材料，从而发生改变。

当这些光束被第二个棱镜重新组合时，它们将发生相长干涉产生亮斑，或发生相消干涉产生暗斑。以下是微分干涉差（DIC）对比下的硅藻图像。您会注意到，硅藻结构的细微细节清晰可见。

然而，如果移除微分干涉（DIC）光学元件，这些细节就会消失。标本上的对比度一侧较亮，另一侧较暗，呈现出类似表面形貌的视觉效果，但实际上这是一种假象。

通过将偏振器旋转至交叉点并切换到相反的对比度，可以反转阴影投射效果的方向。我们刚刚回顾了相差和微分干涉对比（DIC）的光学模式。需要提醒的是，相差消除可增强从黑色到白色的标本对比度，适用于观察无色且透明的标本。

微分干涉相差（DIC）也能为样本产生对比度。其通过创建薄光学切片的高分辨率图像来实现这一点。就是这样。

感谢观看，祝您的显微镜实验顺利。