微分干渉顕微鏡について【AIを用いた記述】
微分干渉顕微鏡(DIC顕微鏡)は、無色透明な試料を立体的なコントラストで観察できる光学顕微鏡です。位相差顕微鏡と同様に光の位相差を利用しますが、より高解像度で影がついたようなレリーフ状の立体像が得られる点が大きな特徴です。
最大の強みは、生体試料を固定・染色することなく、生の状態で観察できる点にあります。また、開口数の大きい高倍率対物レンズを使用できるため解像力が高く、像の周囲に不自然な光の輪が生じる「ハロー現象」も発生しません。さらに被写界深度が非常に浅いため、特定の高さの断面のみを鮮明に捉える「光学切片効果」が得られ、厚みのある試料でも内部構造を層ごとに微細に観察できます。
微分干渉顕微鏡の仕組みは、光の「偏光」と「干渉」を利用しています。装置内には、偏光板(ポラライザーとアナライザー)および特殊な結晶でできた2つのプリズム(ウォラストンプリズムなど)が配置されています。
まず、光源からの光はポラライザーを通って直線偏光となり、第1プリズムによって極めて微小な距離だけ離れた2本の偏光に分離されます。この2本の光線が試料を通過する際、試料内部の屈折率や厚みの違い(光路長の違い)によって、光の波に位相差(ズレ)が生じます。
試料を抜けた光は第2プリズムで再び集約され、最後にアナライザーを通過します。アナライザーによって2本の光の偏光面が揃えられることで干渉が起き、光の位相差が「明暗のコントラスト」に変換されます。微分干渉顕微鏡では、非常に近接した2点間の微小な位相差(微分値)を検出するため、構造の境界や傾斜が強調され、あたかも一方向から光を当てて影を作ったかのような立体的な像が形成されます。
微分干渉顕微鏡は、その高い解像力と立体観察性能から、バイオテクノロジーと工業技術の双方で幅広く活用されています。
生物学・医学分野では、無染色で生きている細胞(ライブセル)の観察に多用されます。細胞膜の運動や細胞小器官の挙動、細胞分裂の観察はもちろん、被写界深度の浅さを活かして体外受精時の卵子への精子注入(ICSI)や、細胞内への遺伝子・微小物質の注入(マイクロインジェクション)といった精密な操作に欠かせません。
工業・材料分野では、半導体ウェハや金属、鉱物、高分子フィルムなどの表面構造の観察に用いられます。表面の微細な傷や段差、結晶の境界、異物などを明暗のコントラストとして強調できるため、製品の品質管理や欠陥解析において極めて有効な手法となっています。
なお、偏光を利用する特性上、プラスチック容器などの複屈折(光の屈折の歪み)がある素材越しでは観察できないため、観察の際は専用のガラス製スライドや容器を使用する必要があります。
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