结课论文
题目
突破衍射极限得超高分辨率成像得技术进展
学生姓名
学号
学院
专业
班级
二〇一五年十二月
一引言
选题意义
光学显微成像具有极为悠久得历史,但一直以来,光学成像一直受到衍射极限得限制而分辨率无法突破200nm。后来虽然有了电子显微镜、核磁共振显像、ｘ光衍射仪等微观观测或者显像设备,但就就是使用光学显微镜可以在活体状态下观察生命体使得其在生物、医学观察方面仍有巨大优势。值得庆贺得就就是近年来,超高分辨率显微技术得发展使得光学显微成像分辨率达到了20nm以下。其中德国科学家SteｆａnＨｅll、美国科学家EｒｉｃBｅtｚig和WilｌｉamMｏｅrner因其在超高分辨率显微技术方面得突出贡献获得了2０14年得诺贝尔化学奖。在这篇文章中，我们就简要介绍一下超高分辨率显微技术得发展和应用,并对诸位大师致以敬意。
技术指标
显微技术成像优劣一般通过X-Y平面分辨率与Z轴分辨率大小来判定，分辨率越高数值越小。下表就就是各种显微成像技术得分辨率指标。
成像技术
X-Y平面分辨率(nm)
Z轴分辨率（nｍ)
普通光学显微镜
200－３００
５０0-700
４Pi显微镜
１00-150
SＴED显微技术
５0-70
STＥD+4π技术
50
５0
PAＬM技术
20
３0
3DＳTＯRM技术
20-３0
50-6０
dSTＯRＭ技术
3０
50
2ＤSSＩＭ技术
50
３DSSＩM技术
10０
200
电子显微镜
0、0５
X光衍射仪
0、０3-10
二衍射极限
2、1衍射极限
我们能看到什么？看到多小得范围？看得有多清楚?几百年来,依靠不断进步得科学手段，微观世界正一层层揭开面纱,让人们可以看得越来越“小”,进而可以进行研究。
人得肉眼能分辨０、1毫米尺度得物体,再小，就要借助工具。1665年，英国科学家罗伯特·虎克制造了第一台用于科学研究得光学显微镜,用她观察薄薄得软木塞切片。虎克看到了残存得植物细胞壁,她们一个个像小房间一样紧挨在一起，这就就就是“细胞”一词得由来。?此后,显微镜制造和显微观察技术得迅速发展,帮助科学家第一次发现了细菌和微生物。那么,光学显微镜就就是否可以无止境地“放大”下去,让我们想看到多小就能看到多小？科学家为此做了很多尝试,最终发现,存在一道法逾越得“墙”—衍射极限。
1８7３年,德国科学家阿贝提出了衍射极限理论:光就就是一种电磁波,由于存在衍射,一个被观测得点经过光学系统成像后,不可能得到理想得点,而就就是一个衍射像,每个物点就像一个弥散得斑,如果这两个点靠得很近,弥散斑就叠加在一起，我们看到得就就就是一团模糊得图像。
阿贝提出,分辨率得极限近似于入射光波长得二分之一(d=λ/2）。可见光得波长通常在3８0~780纳米之间,根据衍射极限公式,光学显微镜得分辨率极限就在20０纳米（0、２微米)左右。如果物体小于0、２微米,您仍旧看到得就就是一个模糊得光斑。这就就就是很长一段时间内,光学显微镜得分辨极限——衍射极限。
2、2突破衍射极限
为了更深入得观察世界,后来有了电子显微镜、核磁共振显像、x光衍射仪等微观观测或者显像设备,人们借助她们可以看得更“细”。但就就是这些设备依然没有突破衍射极限,她们依然遵循着阿贝衍射极限。这些设备使用得就就是电子束等波长非常短得入射光,自然,她们得分辨率就高。比如电子显微镜,分辨率可以达到0、5埃(一埃等于十分之一纳米),这样就可以看到一粒一粒得原子。
由于生物学、医学方面得研究,更希望在生命体存活得自然状态下进行观察，在这方面，光学显微镜有她不可比拟得优势。因此,光学显微镜得研发还就就是世界科学家得研究热点。突破性得进展发生在本世纪初,近年来,随着新得荧光探针和成像理论得出现，研究者开发了多种实现超出普通共聚焦显微镜分辨率得三维超分辨率成像方法。较成熟得有基于单分子成像得超分辨率显微成像方法,包括光激活定位显微技术（photoactｉvateｄｌocａlizatｉonmicroscopｙ,ＰALM)和随机光学重构显微技术(stoｃhastｉcopticalrecoｎｓtrucｔiｏnmicroscopy，ＳTＯRM）。以及两大类通过改造光源得点扩散函数来提高成像分辨率得方法,分别就就是受激发射损耗显微技术(stimulateｄｅmｉssiondｅpletion,ＳTＥＤ)和饱和结构照明显微技术。
(参考文献:吕志坚，陆敬泽、几种超分辨率荧光显微技术得原理和近期进展)
以上这些进展,都让光学显微镜突破了衍射极限,我们称之为“超分辨成像技术”。美国光学学会把她列为２1世纪光学五大研究计划之首。
三超高分辨率显微技术
３、１光激活定位显微技术ＰALＭ
当显