当前课程知识点：光电仪器设计 > 第6章 显微镜 > 6.8 超高分辨率受激发射耗损（STED）显微镜技术 > 6.8 超高分辨率受激发射耗损（STED）显微镜技术
大家好
这节课我们来学习一下
2014年获得诺贝尔奖的
超分辨荧光显微镜技术
这一奖项颁给了两位美国科学家
和一位德国科学家
前面的课程在讲解显微镜的放大倍率
和分辨率的时候提到过
受到衍射极限的制约
常规的几何成像的光学显微镜
是无法突破200纳米的分辨率极限的
从应用的角度来说
这一分辨率可以让人们看清昆虫 头发
哺乳动物的细胞 细菌和细胞里面的线粒体
却没有办法看清病毒
蛋白质和更小的分子等结构
然而生物 医学 材料等学科的发展
提出了要看清楚这些结构的迫切的需求
虽然使用电子显微镜
扫描隧道显微镜等等技术
能够实现更高分辨率的成像
但是这些技术需要样品表面具有导电性
或者需要真空的环境
无法应用于生物细胞
如何才能够实现
在传统的可见光光学显微镜构架下的
却又超越衍射极限的超分辨率成像
一直都是研究的热点
目前超分辨光学成像技术
有两种实现途径
一种是基于
特殊强度分布照明光场的方法
另一种是基于单分子成像和定位的方法
我们下面要介绍的
受激发射耗损显微镜技术（STED）
属于第一种方法的范畴
这一幅是STED系统的光路示意图
我们看到载物台上样品的上方
是STED专用的物镜
再往上可以看到落射照明系统
和探测系统
由于STED也是一种荧光显微方法
所以它具备荧光显微镜的基本光路
首先 用一束起到激发作用的脉冲激光
通过二向色镜反射以后落射照明样品
使得爱里斑的范围内的荧光分子被激发
它们的电子从基态跃迁到激发态
然后自发荧光回到基态
此时的荧光通过物镜收集
二向色镜透射以后进入到探测器系统中
不过
此时成像的分辨率仍然受限于衍射极限
对应的爱里斑的大小
或者说成像系统的点扩散函数
我们记为这个绿色的光斑
如果能够想办法减小这一个点扩散函数
那就能够直接提高成像的分辨率
STED的巧妙之处在于
在荧光分子跃迁到激发态以后
自发荧光之前
用一束与激发光严格共轴的
损耗光去照明样品
损耗光是被相位盘进行过相位调制的
会产生一个类似甜甜圈的
环状的三维点扩散函数
这个点扩散函数包裹着
激发光所产生的球形的点扩散函数
这样在损耗光范围内的激发态分子
以受激辐射的方式
直接释放能量回到了基态
就不会发出荧光了
而位于环形分布的损耗光
中央小孔内的激发态分子
则不会受到它的影响
继续以自发荧光的方式回到了基态
这种照明方式的组合
将荧光发射区域限制在了
小于艾里斑的区域之内
于是就获得了一个
小于衍射极限的荧光的发光点
最后再通过二维或者是三维空间内
高精度地扫描我们的共轴
激发光和损耗光
就能够获得一幅
二维或者是三维的超分辨的图像
我们来回想一下这个过程
STED它的成功
除了依靠设计者开放的思维以外
更加得益于我们激光技术 电子技术
光机系统相关技术的一些发展
目前Leica公司已经有使用
STED技术的商用的显微镜系统了
不过它的价格仍然非常的昂贵
我国科学家也在继续进行
超分辨成像方面的研究
并且在实验室获得了
分辨率高达几十纳米的成像效果
衷心地希望有朝一日
我们国家也可以有自己的
超分辨显微镜商用系统问世
-1.1 为什么要学光电仪器设计
-1.2 课程简介
--1.2 课程简介
-1.3 学习方法和课程要求
-2.1 误差基本概念
-2.2 误差表示方法
-2.3 实验设计方法
-2.4 误差分析实例
-2.5 仪器误差分配
-第2章-仪器误差分析与分配-练习题
-3.1 什么是阿贝误差
-3.2 阿贝误差的补偿
-3.3 工程应用中如何补偿阿贝误差
-3.4 光学自适应原则
-第3章-光电仪器设计原则-练习题
-A1 走进光学实验室
-A2 调整光线与导轨平行
-A3 针孔滤波和光束的扩束准直
-A4 干涉实验
--A4 干涉实验
-A5 光纤耦合
--A5 光纤耦合
-4.1 泰曼格林干涉仪与双频干涉仪
-4.2 双频干涉仪的位相测量方法
-4.3 双频激光干涉仪的组成与使用
-4.4 神奇的角锥棱镜和猫眼反射镜
-4.5 平面镜干涉仪
-4.6 几何量测量用干涉仪
-4.7 干涉仪安装
-访谈 双频激光干涉仪开发过程中的点点滴滴
-4.8 菲索面形测量干涉仪
-4.9 面形测量干涉仪新进展
-4.10 菲索干涉仪使用
-第4章-干涉仪-练习题
-5.1 光谱仪分类与指标
-5.2 与能量相关的指标
-5.3 全息光栅色散型光谱仪
-5.4 中阶梯光栅色散型光谱仪
-5.5 傅立叶变换光谱仪
-5.6 傅立叶变换光谱仪的参数计算
-5.7 外差型傅立叶变换光谱仪
-5.8 空间调制傅立叶变换光谱仪
-5.9 原子吸收分光光度计使用
-5.10 紫外分光光度计使用
-访谈 浅谈国产光谱仪的发展
-第5章-光谱仪-练习题
-6.1 显微镜发展历史
-6.2 典型显微图像及其功能
-6.3 显微镜的基本结构
-6.4 显微镜成像原理、放大率及分辨率
-6.5 物镜和目镜、成像像差
-6.6 光源和滤波片、照明方式
-6.7 显微镜的操作方法
-6.8 超高分辨率受激发射耗损（STED）显微镜技术
-6.9 相衬显微成像技术
-访谈 国产显微镜发展历程
-访谈 显微镜最新发展趋势
-第6章-显微镜-练习题
-7.1 飞秒激光频率梳
-7.2 飞秒光梳测距1
-7.3 飞秒光梳测距2
-7.4 飞秒光梳光谱分析
-7.5 激光跟踪仪原理
-访谈 激光跟踪仪的发展和应用
-7.6 激光跟踪仪的功能演示
-第7章-光电仪器新进展-练习题
-8.1 标准器概述与光波波长
-8.2 标尺和度盘
-8.3 莫尔条纹的几何解释
-8.4 莫尔条纹的衍射光学解释
-8.5 光栅读数头
-8.6 光栅尺参数设计和误差
-第8章-标准器-练习题
-9.1 横纵向瞄准
-9.2 读数测微系统
-9.3 光电瞄准
--9.3 光电瞄准
-9.4 纵向定位概述和共焦法
-9.5 其他纵向定位方法
-第9章-横纵向瞄准-练习题
-B1 相机原理与摄影入门
-B2 相机的变焦和对焦技术
-B3 单反相机的基本操作
-B4 复杂场景下的拍摄技巧
-B5 浅谈构图和后期处理
-课程总结
--课程总结
-期末答疑
-考试--期末考试
