软骨与骨骼共同作用,形成所谓的骨骼组织。这种特殊的结缔组织既柔韧又坚硬。三种不同类型的软骨是:
此外,维生素C也是一种双折射材料,可诱导成骨细胞中骨基质基因表达,与减缓固关节炎相关,对骨骼健康至关重要。
了解线性偏振光显微镜和圆形偏振光显微镜
要使用偏振光显微镜捕捉骨骼、软骨、维生素C和其他双折射材料的高质量图像,首先必须了解线性偏振光和圆形偏振光的照明方法。
光源会产生非偏振光,这种光会在所有360度方向上振动。当非偏振光穿过偏光镜时,会转换成线性偏振光。线性偏振光穿过样品。如果样品是各向同性的(所有方向上的光学特性一致),则不会影响偏振光,光将保持相同的偏振状态。然而,如果样品是各向异性的,那么当光通过时,就会改变光线的偏振状态。这种偏振变化可使光穿过一个与偏光镜垂直的检偏器。
线性偏振的一个缺点是会形成出现在视场中的等旋线,即马耳他十字图案(带有V形臂的十字)的黑带。当成像样品具有径向对称性时,会导致偏振光围绕径向中心分裂而产生无法穿过检偏镜的光线,就会发生这种情况。马耳他十字会导致强度降低,从而影响图像的量化或分析用途。
而圆形偏振则没有这个缺点。圆形偏振还可以使用偏光镜将普通光转换为在单一平面上振动的光(线性偏振光)。然而,在圆形偏振中,双折射材料(如四分之一波板)要与偏振光路径上的偏光镜成45°角放置。光会发生相移,即光波穿过材料所用时间的差异。这就产生了具有圆形旋转场的光。当圆形旋转光穿过样品时,会在所有360度的旋转位置上发生折射。如果在折射光的路径上放置一块与第一块板成90°的第二块四分之一波板,这种效应就会抵消。这将再次产生线性偏振光,然后可使其穿过检偏镜的透射轴。需要说明的是,两块四分之一波板都相对于偏光镜旋转了45°角,但旋转的方向相反。
图1. 使用Evident公司的偏振光显微镜、SLIDEVIEW VS200研究级玻片扫描仪和MPLFLN40X(0.75 NA)物镜对维生素C晶体进行成像:a)使用线性偏振光显微镜;b)使用圆形偏振光显微镜。(a)使用线性偏振,我们可以看到等旋线特征(黑带)。(b)为同一样品使用圆形偏振,我们看不到任何伪影。
使用偏振光显微镜对骨骼、软骨和维生素C进行成像
维生素C,又称抗坏血酸,是一种手性分子。当偏振光穿过维生素C晶体时,分子的手性会导致光的偏振平面出现旋转现象。光的干涉会产生一系列颜色,形成美丽的图像。
图2. 偏振光显微镜下的维生素C图像:a)使用线性偏振,我们可以看到等旋线特征(马耳他十字);b)使用圆形偏振,不会产生马耳他十字。这里显示的棕色石头状结构是非常厚的晶体。使用VS200研究级玻片扫描仪和MPLAPON50X(0.95 NA)物镜拍摄的图像。
图3. 结缔组织和骨骼的图像,在偏振光下可观察到不同方向的胶原纤维。a)使用线性偏振光可视化的结缔组织。b)使用圆形偏振光可视化的结缔组织。c)使用线性偏振光可视化的横向骨切片。d)使用圆形偏振光可视化的横向骨切片。横向排列的胶原纤维呈现亮色,而纵向排列的胶原纤维呈现暗色。介于横向和纵向之间方向排列的纤维显示出深浅不一的灰色。使用VS200研究级玻片扫描仪和MPLAPON50X(0.95 NA)物镜拍摄的图像。
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参考文献
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