滤光块：荧光显微镜的关键组件及其功能

荧光现象

• 当荧光团吸收激发波长的光并以更长的发射波长重新发射时，就会发生荧光。

• 例如，在生物应用中，特定的蛋白质或细胞结构可以用荧光团标记。Cy5 是一种常用的荧光团，可以标记目标分子。它吸收波长约为 649 nm 的光，发射波长为 670 nm，在激发态下产生远红光荧光。

照明和检测

• 荧光显微镜依靠高强度光源进行激发。传统上，人们使用汞灯、卤素灯或氙气灯，但现在更倾向于使用 LED 光源。LED 光源寿命更长、激发效率更高，并且具有紧凑的集成功能。

• 荧光团被激发并发出荧光后，显微镜需要检测发射光。这时，光学元件，尤其是滤光镜片，就发挥了至关重要的作用。

滤光镜片的组件

荧光显微镜中的典型滤光镜片由三个主要部件组成：激发滤光片、二向色镜和发射滤光片。

• 激发滤光片：此滤光片旨在仅透射与所用荧光团的激发波长匹配的特定波长范围内的光。它会阻挡来自光源的所有其他波长的光。例如，如果使用由蓝光（约 450 - 490 nm）激发的荧光团，激发滤光片将仅允许该蓝光范围通过，同时阻挡紫外光、绿光、红光和其他波长的光。这确保只有适合激发荧光团的光到达标本。

• 二向色镜：二向色镜是反射短波长光（激发波长范围内）并透射长波长光（发射波长范围内）的关键组件。当激发滤光片发出的光到达二向色镜时，二向色镜会将激发光反射至样品。当样品中的荧光团被激发并发出荧光（波长较长）后，二向色镜会允许该发射光穿过并到达发射滤光片。

• 发射滤光片：发射滤光片进一步优化到达检测器的光。它旨在仅透射荧光团发射的荧光，同时阻挡任何可能穿过二向色镜或在系统中散射的剩余激发光。这一点非常重要，因为任何残留的激发光都可能引起背景噪声并降低荧光图像的对比度。例如，如果荧光团发射绿光（波长约为 500 - 550 nm），发射滤光片将仅允许该绿光范围的光线穿过并到达检测器，例如相机或显微镜的目镜。

滤光镜片整体的功能

• 滤光块的设计旨在最大化荧光信号，同时最大限度地减少不必要的辐射。通过精心选择激发滤光片、二向色镜和发射滤光片的特性，可以优化显微镜以适应不同的荧光团。显微镜制造商提供大量具有不同光学特性的滤光块，使研究人员能够通过选择合适的滤光块来瞄准特定的荧光团。例如，在多色荧光显微镜实验中，可以使用不同的滤光块分别检测标记在不同细胞成分上的多个荧光团。

• 在某些情况下，可以制作定制的滤光块。例如，在通过荧光显微镜对 InGaN/GaN 发光二极管 (LED) 进行表征时，我们修改了滤光元件，使其能够覆盖蓝色和紫色光谱范围。由于 GaN 和 InGaN 层的带隙能量接近，分离激发光和发光光颇具挑战性，但定制的滤光块有助于获得与先前研究结果相当的结果，并有助于理解发光特性。