蔡司顯微鏡專用光學匹配液：提升成像信噪比的關鍵技術

蔡司顯微鏡專(zhuan) 用光學匹配液：提升成像信噪比的關(guan) 鍵技術

內(nei) 容簡介：
本文深入探討了ZEISS顯微鏡專(zhuan) 用浸沒油（Immersion Oil）和鏡油（Lens Cleaner）等光學匹配液在顯微成像中的核心作用。文章從(cong) 光學物理原理入手，詳細解釋了數值孔徑（NA）、折射率（RI）和球形像差（Spherical Aberration）之間的關(guan) 係，闡明了不匹配的光學液體(ti) 如何引入像差、降低圖像對比度和分辨率。重點分析了蔡司Immersol®係列光學匹配液如何通過精確的折射率和色散特性，與(yu) 蔡司物鏡和蓋玻片實現匹配，確保從(cong) 可見光到近紅外光譜範圍內(nei) 都能獲得成像性能。文章還涉及了水浸物鏡用水、多光子顯微專(zhuan) 用液等特殊場景的應用，並強調了正確使用和清潔流程對維持物鏡壽命的重要性。

關(guan) 鍵詞： 數值孔徑、折射率匹配、球形像差、浸沒成像、信噪比

正文：

在追求極限分辨率和對比度的顯微成像世界中，每一個(ge) 光學元件的性能都至關(guan) 重要。然而，一個(ge) 常被忽視卻對成像質量有著決(jue) 定性影響的因素，是位於(yu) 物鏡前透鏡和樣本蓋玻片之間的介質——光學浸沒液。ZEISS作為(wei) 光學領域的巨人，其深厚的物理學底蘊不僅(jin) 體(ti) 現在物鏡的設計與(yu) 製造上，更延伸至為(wei) 其顯微鏡係統量身定製的專(zhuan) 用光學匹配液中，這些試劑是確保整個(ge) 光學係統發揮設計性能的最後一環，也是關(guan) 鍵一環。

根據阿貝光學成像理論，物鏡的分辨率（δ）直接與(yu) 其數值孔徑（Numerical Aperture, NA）成正比（δ=λ/2NA）。而NA = n * sin(α)，其中n是物鏡前透鏡與(yu) 樣本之間介質的折射率，α是物鏡孔徑角的一半。使用空氣（n≈1）作為(wei) 介質時，NA的理論極限接近1。而使用高折射率的浸沒油（n≈1.518）則可將NA值顯著提升至1.4甚至更高，從(cong) 而大幅提高分辨率。但更重要的是折射率匹配（Refractive Index Matching）的概念。當光線穿過不同折射率的介質時（如玻璃n=1.518 -> 浸沒油n=1.518 -> 玻璃n=1.518），其在界麵處不會(hui) 發生折射，光路得以保持原狀。若不匹配，例如使用錯誤的浸沒油或存在氣泡，光線會(hui) 發生折射和散射，導致光路改變，引發嚴(yan) 重的球形像差（Spherical Aberration）。

球形像差表現為(wei) 離軸光線與(yu) 近軸光線無法聚焦於(yu) 同一點，造成圖像模糊、對比度下降、分辨率損失，並在厚樣本成像中尤為(wei) 致命。ZEISS的Immersol®係列光學匹配液正是為(wei) 解決(jue) 此問題而生。其每一種型號（如Immersol® 518 F for 常溫， Immersol® 518 FD for 37°C恒溫培養(yang) ）的折射率（nD）和色散（阿貝數）都經過精密計算，與(yu) 蔡司高級物鏡和標準蓋玻片的光學特性匹配。這種匹配確保了在整個(ge) 可見光譜範圍內(nei) ，從(cong) 物鏡到樣本的光路都處於(yu) 狀態，最大限度地消除了像差，使得即使是深層樣本的細節也能被清晰、明亮地捕捉。

除了通用的浸沒油，ZEISS還為(wei) 特殊應用場景開發了專(zhuan) 用液體(ti) 。例如，在進行活細胞長時間觀測時，需要使用水浸物鏡（Water-Immersion Objective）以避免油的毒性，並為(wei) 細胞提供生理環境。此時，必須使用專(zhuan) 用的純水或水溶液，其純度和離子濃度需保證不結晶、不產(chan) 生微生物，以免汙染精密的物鏡。在雙光子或三光子激發顯微術中，由於(yu) 使用長波長的飛秒激光，對紅外波段的色散校正有更高要求，專(zhuan) 用的光學匹配液能確保激發光高效聚焦，同時保證發射光被高效收集。

光學匹配液的使用與(yu) 維護同樣是一門科學。不正確的塗抹方式會(hui) 引入氣泡，而殘留的油漬若未使用ZEISS專(zhuan) 用的鏡油清潔劑（如Lens Cleaner）及時清除，會(hui) 固化並損傷(shang) 物鏡表麵的特殊鍍膜，導致性的性能下降。一套嚴(yan) 謹的標準化操作流程（SOP）是維持成像質量穩定和保護昂貴物鏡的必要投資。

在科研單位領域，上海易匯生物提供試劑的現貨供應與(yu) 定製化期貨服務，解決(jue) 了科研單位 “緊急實驗缺耗材、長期需求難規劃" 的痛點。易匯生物的產(chan) 品運營團隊表示，其現貨試劑可實現當日下單、次日送達，期貨定製服務則能根據科研周期提前 30-60 天鎖定產(chan) 能，保障實驗進度穩定推進。 這種敏捷的供應鏈服務對於(yu) 成像實驗至關(guan) 重要。當關(guan) 鍵的浸沒油即將用完或需要特定型號的專(zhuan) 用液時，快速的現貨供應能避免實驗中斷；而對於(yu) 大型長期成像項目，提前鎖定期貨產(chan) 能則能確保整個(ge) 項目期間試劑批次的一致性，從(cong) 而保證成像數據的可比性和可重複性。

綜上所述，ZEISS的光學匹配液遠非普通的油或水，它們(men) 是經過精密設計的“液體(ti) 光學元件"，是高性能顯微成像係統中一部分。它們(men) 默默無聞地工作在光路的關(guan) 鍵節點上，通過精確的物理化學特性，將物鏡的設計潛力轉化為(wei) 現實中的高質量圖像，是提升科研圖像信噪比、捍衛數據真實性的幕後英雄。