激光扫描共聚焦显微技术(Laser Scanning Confocal Microscopy)是上世纪80年代中期发展起来的一种光学成像技术,可以在不损伤样品的条件下对样品进行深层形态结构分析,具有成像速度快、分辨率高(与普通光学显微镜相比)、制样要求低、可对样品进行三维重建、与样品不直接接触,可实时反映样品表面或内部真实情况等特点,广泛应用于材料学、生物学、医学和地质学等研究领域。
激光共聚焦显微镜是激光扫描共聚焦显微技术的实施载体,起源于光学显微镜,却与普通的光学显微镜有所不同。由于添加了共聚焦系统,激光共聚焦显微镜较之普通光镜,分辨率得以大幅提高。现代的激光共聚焦显微镜,横向分辨率可以达到120nm。激光共聚焦显微镜采用激光作为光源,运用逐点、逐行、逐面的方式对样品进行扫描,通过改变物镜焦点所处的位置,即可得到样品表面或内部不同深度的图像,通过计算机软件的处理,将这些不同深度的图像进行叠加,我们就可以构建样品表面或内部的三维图像。
目前,中国科学院宁波工业技术研究院测试中心的两台激光共聚焦显微镜正在向院内外的各单位提供测试服务,他们具有哪些技术特点,在材料科学的研究中有哪些应用呢?
一、 Leica TCS SP5型激光共聚焦显微镜
Leica TCS SP5型激光共聚焦显微镜为倒置显微镜,适用于生物样品的观察。其拥有四个激光器,可发射405nm、458nm、476nm、488nm、514nm、543nm和633nm激光,可满足大部分荧光样品的测试要求,除了可对样品进行三维重构外,其拥有的多种扫描模式还可以提供荧光波长探测、时间序列扫描、荧光漂白恢复、荧光共振能量转移等测试服务。
Leica TCS SP5型激光共聚焦显微镜自2012年6月份正式投入运行以来,已为院内外的诸多用户提供了多次服务,为材料科学的研究活动提供了有效支持。例如:功能材料与纳米器件事业部纳米生物材料研究组使用该仪器观察了纳米颗粒在细胞中的分布情况(下图),并在《Journal of Materials Chemistry》上撰文发表。
二、 Zeiss LSM 700型激光共聚焦显微镜
Zeiss LSM 700型激光共聚焦显微镜为正置显微镜,适用于材料样品的观察与分析。其共聚焦扫描部分使用405nm激光作为光源,可对材料样品的表面形貌进行成像,横向分辨率可达120nm,Z轴分辨率可达10nm。普通光镜部分使用白炽灯照明,可对样品表面进行直接成像。
Zeiss LSM 700型激光共聚焦显微镜拥有十分强大的处理分析软件,不仅可对样品表面形貌进行量测,计算线粗糙度和面粗糙度,还可进行晶粒度评级、多相含量分析、石墨评级等操作,同时还可对大尺寸样品进行拼图观察(下图)。