激光技術(shù)已深人生命科學(xué)的各領(lǐng)域，利用激光能夠在細(xì)胞層次和分子層次上研究生命運(yùn)動(dòng)。激光技術(shù)革新了傳統(tǒng)的顯微成像技術(shù)，提高了分辨率，并使細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)的立體顯示得以實(shí)現(xiàn)；激光技術(shù)使細(xì)胞、細(xì)胞器和細(xì)胞表面特性的研究從定性走人定量發(fā)展階段，高速分選細(xì)胞群體和染色體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了，世界上第一次建立起了染色體庫(kù)，這一技術(shù)正在發(fā)展成為分子生物學(xué)和遺傳學(xué)揭開生命奧秘的脫氧核糖核酸(DNA)高速定序技術(shù)。x波段激光已經(jīng)出現(xiàn)，以它為光源的全息技術(shù)將改變顯微成像和體現(xiàn)技術(shù)和現(xiàn)狀，掀起一場(chǎng)人體透視和細(xì)胞成像的技術(shù)革命。激光技術(shù)在生命科學(xué)的發(fā)展中起著極重要的作用。
1．直接觀察微觀世界
共焦掃描光學(xué)顯微鏡(CSOM)是光學(xué)顯微鏡的新的發(fā)展方向。在常規(guī)顯微鏡中是由物鏡形成物視場(chǎng)的整個(gè)放大像，而CSOM是用照明針孔來(lái)回掃描物體一點(diǎn)接著一點(diǎn)地成像的。圖描單元圓了+ la 激光穿過(guò)針孔以衍射極限光點(diǎn)成像于物鏡的物平面上。從樣品反射的光通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)穿過(guò)第二個(gè)針孔的而到達(dá)探測(cè)器。然而，只有當(dāng)?shù)诙䝼�(gè)針孔嚴(yán)格地位于第一個(gè)針孔的共軛像處時(shí)，從樣品上該光點(diǎn)反射的光才能到達(dá)探測(cè)器。樣品的整個(gè)像是由光點(diǎn)在物平面上掃描而一點(diǎn)接著一點(diǎn)地形成的。于
外圍光不能穿過(guò)探測(cè)器針孔，厚樣品的CSOM圖像不舍損失清晰和反差。一點(diǎn)接著一點(diǎn)地成像還有利于計(jì)算機(jī)處理。利用這些優(yōu)點(diǎn)，CSOM可以建立物體的三維圖像，只要將掃描獲得的兩維圖像一層層地堆積起來(lái)即可。一點(diǎn)接著一點(diǎn)地掃描成像畢竟很耗時(shí)，但是通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)盤上咸千千針孔連續(xù)地掃描物體，某些CSOM可以進(jìn)行“實(shí)時(shí)”顯微。
CSOM正在國(guó)際人類染色體計(jì)劃中作出卓越的貢獻(xiàn)，該計(jì)劃的目的是確定人類DNA內(nèi)每種基因的定位和化學(xué)結(jié)構(gòu)。DNA定序的速度對(duì)于該計(jì)劃的完成是至關(guān)重要的，CSOM能使電泳分析微型化，方法是用光刻掩模和化學(xué)刻蝕技術(shù)在平面玻璃基底上做成毛細(xì)管電泳陣列，CSOM的Ar+激光在DNA移動(dòng)通過(guò)毛細(xì)管時(shí)掃描DNA，結(jié)果表明這種方法比典型的毛細(xì)管電泳技術(shù)快約10倍。CSOM還可以用來(lái)研究在化學(xué)溶液中移動(dòng)和反應(yīng)的個(gè)別分子，可以直接地、實(shí)時(shí)地看到單個(gè)分子的行為。
盡管CSOM有很多優(yōu)點(diǎn)，它的橫向分辨率仍受到激光的衍射極限寬度的限制，最終與激光的波長(zhǎng)有關(guān)，約為λ/2。但是，最近一種稱為近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡(NSOM)的顯微鏡脫穎而出，打破了與波長(zhǎng)有關(guān)的分辨率這個(gè)一度不可逾越的壁晶，NSOM的基本思想是通過(guò)很小的針孔照明待觀察的樣品，并將光點(diǎn)掃描樣品。如果針孔小于照明光的波長(zhǎng)，并且針孔離樣品僅幾個(gè)納米以內(nèi)（近場(chǎng)），則顯微的分辨率極限主要由針孔直徑確定�，F(xiàn)在NSOM已可進(jìn)行超高分辨率的透射、反射、偏振，折射率和熒光成像，分辨率已達(dá)A/20，并可實(shí)現(xiàn)超高分辨率光譜學(xué)和單分子探測(cè)。
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