光学显微镜观察方式大盘点：DIC

DIC是微分干涉Differential Interference Contrast的缩写，这种显微镜由Francis Smith于1947年左右发明，然后由Georges Nomarski在1952年改良并沿用至今。它可以用于细胞等透明样品成像，并且成像具有强三维立体感。在透明样品成像中，与相衬（phase contrast）和斜照明（oblique contrast）技术相比，DIC可以适用于略厚一点的样品，且有更强的立体感、更高的数值孔径，细节表现更丰富。

DIC观察下的细胞，MF43-N目镜拍摄

一、成像原理

1、生物应用的微分干涉（透射）

透射式微分干涉光路图

DIC成像可以分为三段过程理解：产生方向垂直的两束偏振光，两束光通过样品形成相位差变化，最后将相位差转化成明暗区别。首先产生方向垂直的两束偏振光，光源通过起偏器产生特定振动方向的偏振光，经过DIC棱镜将偏振光变为两束振幅一致但方向垂直的偏振光。两束偏振光之间存在极小的裂隙（即两束光照在样本上的位置相距很近，小于显微镜的分辨率，因此不会产生重影现象）与相位差。

这两束偏振光经过样本后，由于样本中存在不同厚度和折射率，加大两束偏振光的相位差。

最后相位差改变的两束偏振光被上DIC棱镜重新汇合，再通过检偏镜形成建设性干涉（变亮）和破坏性干涉（变暗），样品的细节得以呈现，同时在光束裂隙的方向上呈现出三维立体的浮雕效果。

DIC常用于藻类等微型生物研究，引自论文①

2、金相应用的微分干涉（落射）

反射式微分干涉光路图

落射微分干涉与透射微分干涉成像原理相同，结构不同，落射微分干涉只需要一个DIC棱镜，主要用于金相领域、晶圆检查等。

落射照明器中包含起偏器、检偏器和DIC棱镜，光经过起偏器和DIC棱镜，形成方向垂直的两束偏振光，样品表面折射率差异和高度差异会引起相位变化，增强相位差异，然后两束光反射后第二次进入DIC棱镜，被合并，再经过检偏器形成明暗差和浮雕立体感。

导电粒子图像，明美MJ43拍摄

二、关键部件

最初的DIC显微镜是由偏光显微镜改造而成的，因此偏光显微镜的一些核心配件也是DIC显微镜的核心配件，包括起偏器、检偏器、无应力物镜，以及DIC核心配件，带滑动器DIC棱镜。特殊配置可能还有de sénarmont补偿器等配件，基本思路类似偏光显微镜的补偿器，可以调整增强透明样品效果，这里不作讨论。

DIC关键部件一览

1、起偏器：将自然光转化成偏振光，放置在光源和聚光镜之间。

2、检偏器：转化有相位差的偏振光为有明暗差异的成像，放置在DIC棱镜与管镜之前，在物镜之后，通常在物镜转盘。检偏器跟起偏器组成正交偏光配置。

3、DIC棱镜：由两片沿对角线切开的石英楔子胶结组成的分光器，用于将一束偏振光分解为两束垂直的偏振光，或者反过来将两束偏振光合成一组偏振光。DIC棱镜有滑行器，用于旋转镜片调整方向。透射配置需要一对DIC棱镜，反射配置只需要一个。

4、DIC物镜：DIC物镜上面会有DIC字样，规格最低要求是无应力物镜，消色差可以是平场消色差或以上。部分新工艺新材料制造的APO复消色差物镜也是无应力物镜，虽然没有DIC字样，也可以作为DIC物镜使用。

在一些DIC显微镜中，DIC物镜要与物镜棱镜搭配使用，不同倍数搭配不同的棱镜，这些物镜棱镜是小型化的DIC棱镜。这些显微镜的物镜转盘每个孔位都有一个插槽用于安装物镜棱镜，而这些DIC物镜上除了“DIC”字样，还有特殊的数字或英文标记，比如“N2”“M”之类，用于指示搭配的物镜棱镜。

另外需要提到的一点是，DIC显微镜对光源强度有一定要求，在40X以内物镜成像时，50W卤素灯或者9W的LED应该够用，100X物镜等高倍观察，需要100W或以上的卤素灯或者高光强的LED灯。

三、成像特点

DIC拍摄的硅藻：强立体，丰富细节，色彩纯粹

1、强立体感。DIC成像最大特点是强立体感，在透明细胞成像中，细胞核、线粒体等大细胞器会有很强的立体感，因此特别适合显微操作，比如基因注入、核移植、转基因等。

2、丰富细节。DIC成像中聚光镜光阑是全开的，因此可以获得更高的数值孔径，得到的细节比相衬、斜照明更好。

3、无光学瑕疵。相衬观察会有光晕伪影，斜照明可以找到照明不均匀导致的整个画面明暗渐变，还有较大色散，而调试良好的DIC成像没有光学瑕疵，在透明样品成像中通常会得到纯净、灰白的背景。

需要提醒的是，DIC并不适合塑料培养皿，塑料培养皿会破坏偏振光的方向性，从而降低最终成像的对比度。

四、主要应用

①生物学领域

DIC搭配荧光成像是很多论文常用配图②

DIC是透明样品成像效果更好的方法，因此在细胞、酵母、线虫、微小生物等透明样品研究中，常作为相衬观察的高级替代方案，通常搭配荧光成像用在论文配图中。

②电子质检和材料学领域

在液晶面板质检等电子质检领域中，很多材料细节和处理瑕疵都是常规照明方式下难以观察的，而DIC就是非常适合这种需求的观察方式。

MJ33-DIC拍摄的导电粒子

比如在液晶面板ACF层结构中有导电粒子，其填充情况对面板良率有极大影响，使用DIC照明可以看到导电粒子形成的微小凸起，从而快速评估工艺结果是否符合预期。此外液晶屏喷漆的漆体颗粒、液晶屏细微划痕等瑕疵，也可以使用DIC观察发现。

MJ43明场拍摄的芯片

此外，在PCB质检中也存在类似情况，焊盘的划痕和缺陷、基板的缺陷和异常都可以在DIC观察中清晰发现，而在常规环形灯照明和落设照明中都无法发现这些细节。

五、明美产品推荐

①生命科学推荐产品：ML51-DIC

简单易用的透射DIC观察，成像质量高

10X/23mm大视野目镜，更高工作效率

研究级机身，可选择荧光观察等丰富扩展

适用于水生生物、细胞爬片等透明样品观察

②推荐产品：MJ43-DIC/MJ33-DIC

仅需添加DIC棱镜即可进行DIC观察

支持透射金相、落射金相、落射DIC和偏光观察

研究级机身，可扩展暗场、荧光等观察方式

适用于导电粒子、电路板瑕疵缺陷等材料表面观察

①Definition of a High-Resolution Molecular Marker for Tracking the Genetic Diversity of the Harmful Algal Species Eucampia zodiacus Through Comparative Analysis of Mitochondrial Genomes, Front. Microbiol., 24 March 2021, Sec. Aquatic Microbiology, Volume 12 - 2021 | https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.631144

②Kiersten A HendersonAdam L HughesDaniel E Gottschling (2014) Mother-daughter asymmetry of pH underlies aging and rejuvenation in yeast eLife 3:e03504.,  https://doi.org/10.7554/eLife.03504

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