如何讓光學顯微鏡的放大倍率超過電子顯微鏡？

01-05

誰從權威科學雜誌上看到過相關信息？或發揮你的想像力
不要給我這樣的答案？「不可能，這做不到！

背景知識

波粒二象性

衍射

物質波

===================================================================

光學顯微鏡或者任何光學成像器件的成像原理都是：由光源發射出可見光照射在被觀察物體上，再反射到觀察者眼中。

這樣，觀察者就看見了被觀察物體。

反過來想，如果光源發射出的可見光不能發射到觀察者眼中，那麼我們當然就無法看見被觀察物體了。

我們知道可見光是一種電磁波，它具有波動性。那麼可見光就會存在衍射現象，所反映出的現實問題就是：當被觀察物體的尺寸小到一定程度之後，光波就會從被觀察物體上衍射過去，而不會被反射回來。

顯然，這個「一定程度」，就是光學顯微鏡的分辨極限。

那麼我們就不能看見比光學顯微鏡分辨極限還小的物體了么？顯然不是。

有聰明的人想到如果用可見光觀察極微小物體時衍射現象嚴重的話，我們能不能用其他波來代替可見光波呢？

答案是，顯然可以。醫院中使用的B超就是一種利用超聲波成像的技術。

可是超聲波的衍射現象比光波還嚴重，所以我們得尋找另一種更奇妙的波。

物質波

簡而言之就是：一切物質皆有波粒二象性。

光有光子和光波的二象性，質子亦然，中子亦然，電子亦然。

計算髮現，電子波的衍射情況比光波好的多。

電子顯微鏡應運而生，通俗的說就是用電子波代替可見光來成像的一種顯微鏡。

也就是說，從原理上講，電子顯微鏡的分辨極限就比光學顯微鏡高得多。

這就是為什麼：

「不可能，這做不到！

光的波長決定了這是不可能的

下面從顯微鏡製造方面來談一談為什麼

「不可能，這做不到！

影響顯微鏡解析度的因素包括透鏡組的數量與質量，光線（粒子束）的波長。

當波通過障礙物的開口，如鏡頭的光圈時，光圈的邊緣會令其產生衍射，即使形狀完美的鏡頭也會因衍射而解析度受限。透鏡質量可以優化但無法提高其解析度。

衍射量是孔徑光闌和光線波長的函數，孔徑越大，波長越短，解析度越高。

在透鏡的質量與數量提高到一定程度時可見光的瓶頸顯現了出來，很難分辨出數百納米一下的物體，即便使用波長稍短的光線（如藍光、紫外線等），或者是將樣品和物鏡正面浸泡於高折射率介質（如油）中，也僅僅能將解析度提高到略低於100nm。

20世紀50年代，人們發現，真空中加速電子的特性和光線極為相似：

1.
直線傳播，擁有波浪的性質；

2.
波長大約比可見光短十萬倍。

其次，電場和磁場可用於控制電子的運動路徑，這與玻璃透鏡能彎曲並聚焦可見光方法類似。這樣一來使用電子束和電磁場來取代可見光和透鏡組設計新的顯微鏡成為可能。

電子束的波長可能僅為幾個皮米，但使用的磁透鏡無法達到電子衍射限制水平的成像性能，因此，電子顯微鏡並沒有發揮出電子波長更短的優勢。最終的分辨力有電子束的加速電壓、孔徑大小和透鏡像差綜合決定。

現在光學顯微鏡想要達到電鏡的解析度，只能用palm或者storm，這兩種方法都依賴熒光成像，最終解析度大約20nm。

這裡提問的是顯微鏡的放大倍率，但是大家都在回答解析度

光學顯微鏡本身由於衍射極限的限制，艾麗斑半徑不可能小於可見光波長，而可見光波長大概在500～900納米之內，決定了解析度小於可見光波長。意味著看不到或者無法看清小于波長的物體。

我只能給你一個答案，不是不可能，是樓主你必須要進化你自己，在生物結構發生變化之後，你應該是可以做到的。

把光學顯微鏡放到電子顯微鏡上面。

不可能，這做不到！

用x射線，伽馬射線之類波長短一些的光了。

這是不可能的

啊啊啊啊光學會說…………皇上……臣妾做不到啊

你把電子顯微鏡的放大倍率調低點不就行了？

不用想了做不到，除非你的電鏡壞了！

上面關於衍射極限的討論都是有道理的，但是樓主無需氣餒，因為大家貌似忘了剛獲諾獎的超分辨顯微鏡啊！這項技術就是為了克服衍射極限而生的啊！光源本身不行，但是它激發的螢光可以被準確定位到20nm 沒問題。Ref: Super-resolution microscopy

另外一般光學顯微鏡局限於可見光，但是如果是廣義的包括所有的electro-megnetic radiation的話，EUV, X-ray顯微鏡可以分別達到22nm 及5nm以下

樓主，你再怎麼努力也不可能讓一隻大象比螞蟻還小。

某位說對了，透射電鏡的觀察窗都有帶個小光學顯微鏡，在這個顯微鏡下看到的東西就比這台電鏡下看到的倍數高了，所謂站在巨人的肩膀上

放大倍率還是有效放大率？前者有希望，後者不可能

在理論上就不可能，光學顯微鏡會在放大過程中產生衍射現象。。。。

我感覺，樓主的意思是只要有勇氣和決心，什麼可以實現。