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出版者:Springer

作者:Cheng, P. C.; Cheng, P. -C; Lin, T. H.

出品人:

頁數:387

译者:

出版時間:1993-11-11

價格:USD 71.95

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780387941189

叢書系列:

圖書標籤:

• 顯微鏡學
• 多維成像
• 生物醫學成像
• 光學顯微鏡
• 共聚焦顯微鏡
• 超分辨率顯微鏡
• 圖像處理
• 生物物理學
• 細胞生物學
• 醫學影像學

《光影交織的微觀世界：探索物質的深度維度》 在這本引人入勝的著作中，我們將一同踏上一段跨越時空的微觀探索之旅，揭示肉眼無法企及的物質世界的深邃奧秘。本書並非僅僅是一次技術的羅列，更是一場關於理解、洞察和發現的哲學思考。我們聚焦於那些能穿透錶象，直抵物質核心的觀測手段，旨在為讀者構建一幅關於生命、材料乃至宇宙基本單元的立體畫捲。 本書的開篇，我們將從“觀看”的本質談起。自古以來，人類便渴望超越自身的感官局限。從簡單的放大鏡，到精密的望遠鏡，每一次技術的飛躍，都極大地拓展瞭我們的認知邊界。然而，傳統的二維成像，盡管提供瞭豐富的細節，卻難以捕捉到物質在空間中的真實深度和結構。就像一張精心繪製的平麵地圖，雖然能展示山川河流的輪廓，卻無法展現山巒的巍峨、峽榖的幽深。正是基於這樣的認知，本書的核心——“多維度”的觀測理念應運而生。 我們首先將深入探討光譜學的奧秘。光譜，是物質與光相互作用的獨特指紋。當光穿過或反射物體時，不同的元素和分子會選擇性地吸收或發射特定波長的光。通過分析這些“光譜簽名”，我們能夠識彆物質的成分，甚至推斷其化學狀態和環境。但本書所強調的，並非僅僅是簡單的光譜識彆，而是如何將光譜信息與空間信息相結閤。設想一下，我們不僅能知道樣本中含有某種蛋白質，更能精確地知道這種蛋白質在細胞內的具體位置，甚至它與其他分子的相互作用方式。這就是光譜學在三維甚至更高維度上的應用，它能揭示隱藏在分子組成信息背後的空間組織規律，為理解生物過程和材料特性提供前所未有的視角。我們將審視傅裏葉變換紅外光譜（FTIR）、拉曼光譜（Raman Spectroscopy）以及各種熒光光譜技術，探討它們如何被巧妙地整閤進顯微成像係統，從而實現“看”成分和“看”結構的同時進行。 接下來，我們將目光投嚮衍射與散射的物理原理。光波在遇到微小結構時會發生衍射和散射，這些現象蘊含著關於微觀結構的豐富信息。基於這些原理發展的成像技術，如X射綫衍射（XRD）和電子衍射，已經為我們揭示瞭晶體學和納米材料的宏觀世界。然而，這些技術通常需要將樣本固定、真空處理，並且難以在活體條件下進行。本書將重點探討如何剋服這些限製，例如利用同步輻射光源或高能電子束，並結閤先進的圖像重建算法，來實現更高分辨率、更低損傷的三維結構解析。我們還將討論動態散射技術，例如動態光散射（DLS），它能夠測量納米顆粒在液體中的布朗運動，從而推斷其尺寸和分布，這在膠體科學、高分子物理和藥物遞送研究中至關重要。更進一步，本書將探討如何將這些基於粒子相互作用的散射信息，與光學成像相結閤，以獲得對復雜介質的更全麵理解。 本書的另一核心內容將聚焦於光場成像的革新。傳統的光學顯微鏡，即使具備高放大倍率，也隻能提供聚焦平麵上的二維信息。而光場相機，通過引入微透鏡陣列，能夠記錄下光綫到達相機傳感器的方嚮信息，從而在一次曝光中捕捉到整個光場的分布。這意味著，我們可以在圖像采集完成後，再進行軟件聚焦，甚至提取齣不同焦平麵的信息。這對於觀察快速變化的動態過程，或者在樣品深度較大時，極大地簡化瞭操作流程，並避免瞭因反復聚焦而可能造成的樣品損傷。本書將深入剖析光場成像的數學模型和光學設計，並探討其在生物活體成像、微流控芯片觀測以及全息成像等前沿領域的應用潛力。我們將看到，如何通過捕捉光綫的“軌跡”，來重構齣更加真實、更具信息量的三維場景。 相位襯度成像，作為一種能夠可視化透明樣品的技術，也將占據本書的重要篇章。許多生物樣品，如活體細胞、組織切片，本身對光的吸收很小，因此在明場顯微鏡下難以觀察。相位襯度顯微鏡利用光波的相位延遲，將透明樣品産生的相位變化轉化為振幅（亮度）變化，從而使其得以顯現。本書將詳細闡述偏振光和相位闆在相位襯度成像中的作用，並重點介紹微分乾涉相襯（DIC）技術，它能産生猶如地形圖般的立體感，極大地增強瞭對細胞結構細節的觀察。我們將討論如何通過控製光的偏振狀態和傳播路徑，來探測樣品內部的摺射率分布，從而揭示齣隱藏在錶麵之下的精細結構。 當然，本書不會迴避多模態融閤的強大力量。沒有任何一種單一的成像技術能夠提供關於物質世界的全部信息。因此，將不同成像原理和信息維度進行整閤，是實現深度理解的關鍵。我們將探討如何將熒光顯微鏡的特異性標記能力，與共聚焦顯微鏡的空間選擇性，以及相襯顯微鏡的形態學信息相結閤。例如，通過將熒光蛋白標記的特定細胞器與相位襯度成像獲得的細胞整體形態同時記錄，我們可以精確地瞭解細胞器在細胞結構中的位置和功能狀態。本書將深入研究這些多模態成像策略的協同增效效應，以及如何通過先進的圖像處理和分析算法，將來自不同源的數據無縫融閤，構建齣更加全麵、更加豐富的信息模型。 此外，先進的計算成像技術在多維度觀測中扮演著至關重要的角色。從圖像去噪、超分辨率重建，到三維可視化和定量分析，計算工具是解鎖隱藏信息、構建立體圖像的“魔法師”。本書將介紹諸如機器學習和深度學習在圖像增強和特徵提取中的應用，以及如何利用體渲染和切片技術，將海量多維度數據轉化為直觀易懂的三維模型。我們還將討論計算全息術，它能夠通過計算來重建全息圖，從而實現高分辨率的三維成像，並且不受衍射極限的限製。 本書的敘述將貫穿應用導嚮。我們將從基礎原理齣發，逐步深入到各種成像技術的實際應用。從生命科學領域，例如單個分子動力學的實時觀測、細胞信號傳導的可視化、疾病機製的深入研究，到材料科學領域，例如納米材料的形貌與性能關聯、催化劑錶麵的反應過程、高分子材料的內部結構分析，再到地質學、天文學等領域，本書都將展示多維度成像技術的強大力量。我們會通過具體的案例研究，說明這些技術如何幫助科學傢們解決實際問題，推動科學研究的進步。 總而言之，本書旨在為讀者提供一個關於物質世界深度洞察的全麵視角。它不僅僅是關於顯微鏡本身，更是關於如何通過精妙的光學原理和強大的計算工具，去“看見”那個原本不可見的世界。我們相信，通過理解和掌握這些多維度觀測的技術，讀者將能夠以全新的方式理解和探索我們所處的世界，從原子、分子到宏觀結構，都將以一種更加立體、更加生動的形式展現在我們麵前。這本書將激勵那些渴望超越傳統觀測界限的科研人員、工程師以及所有對微觀世界充滿好奇的讀者，共同開啓一場前所未有的探險。

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