Confocal Scanning Optical Microscopy and Related Imaging Systems pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Academic Press

作者:Gordon S. Kino

出品人:

页数:335

译者:

出版时间:1996-9-12

价格:USD 141.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780124087507

丛书系列:

图书标签:

Confocal Microscopy
Optical Microscopy
Bioimaging
Microscopy
Imaging Systems
Cell Biology
Biophysics
Optical Imaging
Fluorescence Microscopy
Microscopy Techniques

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具体描述

This book provides a comprehensive introduction to the field of scanning optical microscopy for scientists and engineers. The book concentrates mainly on two instruments: the Confocal Scanning Optical Microscope (CSOM), and the Optical Interference Microscope (OIM). A comprehensive discussion of the theory and design of the Near-Field Scanning Optical Microscope (NSOM) is also given. The text discusses the practical aspects of building a confocal scanning optical microscope or optical interference microscope, and the applications of these microscopes to phase imaging, biological imaging, and semiconductor inspection and metrology. A comprehensive theoretical discussion of the depth and transverse resolution is given with emphasis placed on the practical results of the theoretical calculations and how these can be used to help understand the operation of these microscopes. It provides a comprehensive introduction to the field of scanning optical microscopy for scientists and engineers. It explains many practical applications of scanning optical and interference microscopy in such diverse fields as biology and semiconductor metrology. It discusses in theoretical terms the origin of the improved depth and transverse resolution of scanning optical and interference microscopes with emphasis on the practical results of the theoretical calculations. It considers the practical aspects of building a confocal scanning or interference microscope and explores some of the design tradeoffs made for microscopes used in various applications. It discusses the theory and design of near-field optical microscopes, and explains phase imaging in the scanning optical and interference microscopes.

跨越微观疆界的探索：现代光学显微技术与生物成像前沿本书深入探讨了当代生命科学研究中至关重要的成像技术，旨在为生物物理学家、细胞生物学家以及光学工程师提供一个全面而深入的参考。我们着重关注那些能够实现活细胞、活体组织高分辨率、实时动态观察的尖端技术。第一部分：光学基础与图像采集的原理革新 1. 传统光学显微学的局限与突破：本章首先回顾了明场、相差和微分干涉相衬（DIC）等经典显微技术的基本原理及其在组织结构观察中的作用。在此基础上，我们将详尽分析衍射极限对分辨率构成的根本性限制，并引出为克服这一瓶颈所开发的新一代光学工具的必要性。讨论将涵盖光路设计中的关键参数，如数值孔径（NA）的优化、照明几何的精确控制，以及对像差（如球面像差、彗差）的理论修正方法。 2. 荧光标记与分子探针的设计：活细胞成像的基石在于特异性的分子标记。本部分详细阐述了有机荧光染料的斯托克斯频移、量子产率、光漂白特性等关键光谱学参数。此外，我们对生物探针的发展进行了深入梳理，包括：蛋白标记技术：介绍了小分子示踪剂（如HaloTag, SNAP-tag）与抗体标记的优势与局限。内源性标记系统：重点讨论绿色荧光蛋白（GFP）及其变体（CFP, YFP, mCherry等）的基因融合策略、成熟时间及其在亚细胞器追踪中的应用。环境敏感型探针：分析了pH、离子浓度（如Ca²⁺, Mg²⁺）、膜电位敏感型荧光团的工作机制及其在生理过程实时监测中的价值。 3. 超分辨率成像的几何学与计算基础：突破衍射极限是现代显微学的核心目标之一。本书将系统地剖析实现这一目标的两种主要范式：基于光场调控的方法（STED/SIM）：详细解析受激发射损耗（STED）显微镜中“甜甜圈”形点扩散函数（PSF）的形成与作用机理。对于结构光照明显微镜（SIM），我们将着重分析其莫尔条纹的产生、空间频率的拓展以及重构算法（如德拜滤波、相位恢复）的数学细节。基于单分子定位的方法（PALM/STORM）：本章深入探讨了如何利用荧光团的随机开关特性实现超高分辨率。内容包括荧光团的激活/淬灭动力学、精确的中心定位算法（如高斯拟合）的准确性分析，以及对漂白过程的随机性控制策略。第二部分：高级成像模式与功能性分析 4. 时间分辨光谱技术在生物系统中的应用：了解分子事件的动力学至关重要。本部分聚焦于快速变化的生物学过程：荧光寿命成像显微镜（FLIM）：阐述了频率域和时间域荧光寿命测量方法的物理基础。重点分析了如何利用荧光寿命的特性（不受荧光强度变化影响）来定量测量分子间相互作用（如FRET/FLIM）和微环境的极性变化。多光子激发显微镜（Multiphoton Microscopy）：详尽解释了双光子和三光子激发过程的非线性光学理论。强调其在深层组织成像中的优势，包括更高的光穿透深度、减少光毒性以及固有的层析成像能力。 5. 活体动物与整体组织的三维重建：将成像推向宏观尺度需要克服散射和吸收的巨大挑战。光场成像与自适应光学：介绍了光场显微镜（Light Field Microscopy）如何通过采集不同角度的光线，在一次快门时间内获取整个三维视野的图像，极大地提高了数据采集速度。同时，我们将探讨自适应光学系统（使用变形镜）如何实时监测并校正活体组织引入的光程畸变（像差），以保持高分辨率的穿透能力。光学相干断层扫描（OCT）原理：侧重于低相干干涉的原理，分析了时域和频域OCT在组织结构成像中的应用，特别是在眼科学和皮肤病学中的临床价值。 6. 新兴的光学探针与活细胞力学：现代生物学越来越关注细胞的物理属性。基于拉曼散射的成像技术：介绍了非线性拉曼散射的原理，及其在无需荧光标记情况下分析细胞内生化组分（如脂质、蛋白质）分布的潜力。光镊与力谱分析的集成：讨论了如何将精密的光力操控系统与高分辨率成像结合，实现对单个分子或细胞器施加精确的纳米级力的同时，实时观察其形态和运动响应。这包括对分子马达的步长测量和细胞骨架的弹性模量分析。第三部分：数据处理与系统整合 7. 图像处理、降噪与定量分析：采集到的海量数据需要先进的计算方法进行处理。去卷积与图像恢复：深入分析了点扩散函数（PSF）模型在图像反卷积中的应用，从经典的维纳滤波到基于物理模型的盲反卷积技术，以提升低信噪比图像的清晰度。深度学习在生物成像中的应用：重点探讨了卷积神经网络（CNN）在加速图像采集（如深度学习SIM重构）、自动分割和三维对象识别中的前沿应用。 8. 实验系统的集成与优化：本章提供了一个实用的视角，指导研究人员如何构建和优化高性能的显微系统。内容涵盖了高灵敏度探测器（如CMOS与sCMOS的工作原理对比）、皮秒级时间同步的控制电子学、以及多通道荧光发射滤光片的精确匹配设计，确保复杂多色成像的兼容性和数据完整性。通过对这些前沿技术的深入剖析，本书旨在帮助读者构建坚实的理论基础，并能熟练地将最先进的光学成像工具应用于解决复杂的生命科学难题。