光学分辨率是二代基因测序仪的关键指标，同时也是每一位以光学显微镜作为实验工具的科学工作者所必须了解的参数。下面我们将尽量简明地介绍光学分辨率的概念与原理，期望让您在最短的时间内了解并掌握相关知识。
衍射极限是光学成像领域的一个重要概念，它描述了一个理想物点经光学系统成像时，由于衍射的限制，不可能得到理想像点，而是得到有一定尺寸的衍射光斑图像。该光斑中央是明亮的圆斑，周围有多组较弱的明暗相间的同心环状条纹，这个亮斑便被称为艾里斑（Airy Disk）。
由于衍射极限的限制，当物方上两个理想物点的距离小于一定程度时，光学系统将无法将其分辨。这个能分辨的最小距离的定义是：当一个艾里斑的中心与另一个艾里斑的第一级暗环重合时，刚好能分辨出是两个点的像。如果两个物点的距离进一步靠近，两个物点成像的艾里斑重叠范围继续增加，则无法分辨出两个物点的像。因此，这个恰能分辨的物方距离，就是系统的光学分辨率。
以上基于艾里斑对光学分辨率的讨论，都是基于空间域的。实际上，光学分辨率还有另外一种表述方式，就是从空间频率的角度来解释。
空间频率是指在空间域内，信号或图像强度变化的频率。需要指出的是，所有复杂的图像，都是由一个个不同频率、不同方向的正弦波叠加而成的。
从实用角度来说，我们可将待测物的空间频率分为低频和高频两部分。低频就是大尺寸的结构，或者相对均匀的区域，其相对变化较为缓慢。而高频信息，则更多地体现了图像的边缘和细节这类图像灰度值变化剧烈的位置。
在足够高的信噪比条件下，光学分辨率越高，图像看起来就越清晰。从这些图像中，我们可能也会感觉到，图像的清晰程度与成像的高频信息关系更大。高频信息越多，图像看起来细节越丰富，直观感受就更加清晰。因此，只要扩展了光学系统的频率域，就能有效提高光学系统的分辨率。但是，如何才能得到足够的高频信号呢？
以下用一个简单化的模型来举例说明。假设我们选择一个只有单方向、单一空间频率的样品作为被测物，或者可以直接认为该样品就是一个常规的衍射光栅。光栅频率越大，其衍射角也越大。如果成像镜头无法采集到光栅的±1级衍射信号，那么该光栅的衍射光就无法在系统的像面上产生干涉，也就无法形成图像。也就是说，该光学系统无法完成对此空间频率信息的采集。因此，镜头的收光孔径越大，其理论光学分辨率就越高。
使用过光学显微镜的同学应该都有一个经验：如果想尽可能地把样本看得更清晰，那就需要选择倍率较高的物镜。由此，可能会产生一个错误观念，即物镜放大倍数越高，光学分辨率就越大。
然而，从之前的讨论中我们可以知道，与光学分辨率真正相关的是物镜的收光孔径。在这里，这个收光孔径有一个专有名词，叫做数值孔径（Numerical Aperture，简称NA），其计算公式为 NA = nsin(α)。其中，n 代表介质的折射率，α 是镜头的收光角。数值孔径越大的镜头，其分辨率也越高。从下图中我们可以看出，数值孔径越大的镜头，其对应的艾里斑就越小，也就是说成像的空间频率越高，单个物点的成像弥散斑也就越小。
当然，数值孔径（NA）越大，镜头的通光量也就越大。相应地，由此产生的像差也会更大，像差矫正也会变得更加复杂。这部分内容不在本文中讨论。
选择一款具有大数值孔径（NA）并且能够很好地矫正像差的物镜，是测序仪优越性能的保证，也是使用光学显微镜的科研工作者在科研中的必要工具。赛陆医疗自主研发并量产的大NA物镜，能够实现0.8 NA的衍射极限成像。在此基础上，它还兼顾了大成像视野（物方视野直径为1.6毫米），有效地增加了拍照面积，提升了成像效率。该物镜不仅具有优异的光学性能，其接口以及齐焦距还与常规商用物镜一致，方便用户在原有显微镜的基础上直接进行更换。
本文以浅显易懂的方式介绍了光学分辨率的基本概念，旨在为光学领域的新手和有意深入了解该主题的学者提供基础指导，而无需深入复杂的物理公式。我们期望这些知识能够助您在光学研究的道路上更进一步。
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赛陆医疗创办于2020年，是国家高新技术企业和国家专精特新小巨人企业，专注于开发自主知识产权的上游测序平台，并基于其上构建了全球领先的超分辨空间组学平台，实现基因组学和空间组学产品的自主开发及科研临床端转化。公司突破了以往测序和组学产品在通量、成本、分辨率、自动化等方面的瓶颈，取得欧盟CE-IVDR等多项关键认证。公司发展迅速，现拥有国际领先的测序和组学平台，可以为中下游应用提供全面的解决方案，产品畅销海内外。
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