Световой микроскоп рисунок. Световой микроскоп: устройство, принцип работы и применение в биологии

Что такое световой микроскоп. Как устроен световой микроскоп. Как работает световой микроскоп. Какие бывают типы световых микроскопов. Для чего используют световой микроскоп в биологии.

Что такое световой микроскоп и как он устроен

Световой микроскоп — это оптический прибор, который использует видимый свет и систему линз для получения увеличенного изображения мелких объектов. Основные части светового микроскопа:

• Окуляр — линза, в которую смотрит наблюдатель
• Объектив — система линз, расположенная возле исследуемого образца
• Тубус — трубка, соединяющая окуляр и объектив
• Предметный столик — площадка для размещения образца
• Конденсор — система линз под предметным столиком для фокусировки света
• Источник света — лампа или зеркало для освещения образца

Общее увеличение микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра. Современные световые микроскопы позволяют получать увеличение до 1000-2000 раз.

Принцип работы светового микроскопа

Принцип работы светового микроскопа основан на преломлении света в системе линз:

1. Свет от источника проходит через конденсор и освещает образец
2. Свет, прошедший через образец, попадает в объектив
3. Объектив создает увеличенное перевернутое изображение образца
4. Окуляр дополнительно увеличивает это изображение
5. Наблюдатель видит конечное увеличенное изображение образца

Разрешающая способность светового микроскопа ограничена длиной волны видимого света и составляет около 0.2 мкм. Это позволяет рассматривать клетки и крупные органеллы, но не отдельные молекулы.

Основные типы световых микроскопов

Выделяют следующие основные типы световых микроскопов:

Светлопольный микроскоп

Самый простой и распространенный тип. Образец виден темным на светлом фоне. Используется для изучения окрашенных препаратов.

Темнопольный микроскоп

Образец виден светлым на темном фоне. Позволяет рассматривать мелкие прозрачные объекты, невидимые в светлом поле.

Фазово-контрастный микроскоп

Усиливает контрастность прозрачных неокрашенных объектов. Широко применяется для изучения живых клеток.

Флуоресцентный микроскоп

Позволяет наблюдать флуоресцирующие структуры в клетках. Используется для изучения специфически окрашенных компонентов клеток.

Применение световой микроскопии в биологии

Световая микроскопия широко используется в биологических исследованиях для:

• Изучения строения клеток и тканей
• Наблюдения за живыми микроорганизмами
• Исследования внутриклеточных процессов
• Диагностики заболеваний
• Контроля качества в микробиологии

Световая микроскопия остается незаменимым методом в биологии, несмотря на появление более современных методов визуализации. Она позволяет быстро и без сложной пробоподготовки изучать биологические объекты.

Преимущества и недостатки световой микроскопии

Основные преимущества световой микроскопии:

• Простота и доступность метода
• Возможность наблюдать живые объекты
• Быстрота получения изображения
• Возможность изучать окрашенные препараты

Недостатки светового микроскопа:

• Ограниченное разрешение (не более 0.2 мкм)
• Невозможность увидеть ультраструктуру клетки
• Необходимость тонких прозрачных образцов
• Искажения при большом увеличении

Несмотря на ограничения, световая микроскопия остается одним из основных методов исследования в биологии и медицине благодаря простоте и информативности.

Как правильно пользоваться световым микроскопом

Для получения качественного изображения в световом микроскопе необходимо:

1. Правильно настроить освещение по Келеру
2. Установить препарат на предметный столик
3. Сфокусировать изображение, начиная с малого увеличения
4. Отрегулировать яркость освещения
5. Настроить межзрачковое расстояние бинокуляра
6. При необходимости использовать иммерсионное масло

Важно бережно обращаться с оптикой микроскопа и регулярно проводить его техническое обслуживание. При соблюдении правил эксплуатации световой микроскоп может служить долгие годы.

Перспективы развития световой микроскопии

Современные направления развития световой микроскопии:

• Создание суперразрешающих микроскопов
• Разработка новых методов контрастирования
• Комбинация с цифровыми технологиями обработки изображений
• Интеграция с другими методами микроскопии

Эти инновации позволяют преодолевать ограничения классической световой микроскопии и получать более детальные изображения биологических объектов. Однако базовые принципы работы светового микроскопа остаются неизменными уже несколько столетий.

Клетка под световым микроскопом: строение, методы изучения клетки

Каждый живой организм состоит клетки, как основного «кирпичика» всего живого. Впервые клетка была открыта американским ученым, изобретателем и испытателем Робертом Гуком. Именно этот ученый и придумал непосредственно сам термин. Еще 350 лет назад именно он, изучая винную пробку, выявил и обнаружил, что состоит она из целого ряда ячеек, напоминающих соты, которые и впоследствии были именуемые клеткой. После этого открытия многие ученые занимались изучением клетки. Открытие в строении клетки внесли такие ученые, как Левенгук, Роберт Броун, Пуркине, Марчеелло и прочее. Сейчас считается, что изучение клетки под световым микроскопом – простое дело, которое может сделать каждый, но в то время — это задание было сложное и под силу не каждому ученому.

Если говорить о строении клетки, то стоит помнить, что строение животной клетки и растительной имеют свои отличия. Для изучения строения клетки растений ученые используют лук. Более подробно о том, как проводится исследование, мы расскажем в другой статье. А вот изучать строение клеток животного происхождения лучше всего на кусочке мяса. Что касается человеческих клеток, то в этом случае ученые рекомендуют использовать уже готовые препараты. На сегодня существуют такие микроскопы (например Olympus BX 43), с помощью которых удается изучить не только кровеносную и лимфатическую систему, но и клетки нервной системы, кожи, мышц и прочее.

Исследование клеток в домашних условиях можно с помощью электронного или оптического микроскопа, которые доступны каждому в любом интернет магазине. У нас Вы можете не только приобрести микроскоп, но и получить совершенно бесплатную консультацию по его выбору, узнать все характеристики интересующей Вас модели. Для начала работы в домашних условиях идеальным решением будет микроскоп начального уровня. Но если у Вас есть возможность и опыт работы с микроскопами большого увеличения, то приобретение такого микроскопа будет не лишним.

Итак, детально остановимся на изучении клетки под электронным микроскопом. Как мы сказали уже выше, оптимальным препаратом для изучения будет клетка лука. Поместив препарат под микроскоп обращает на себя внимание то, видны отдельные прямоугольники, между которыми определяются стенки. Это и есть не что иное, как клетка. Благодаря тому, что стенки клеток у лука плотные и упругие, они не деформируются и не изменяют свою форму. Но есть и такие растения, у которых клеточные стенки настолько тонки и хрупкие, что легко приводит к ее повреждению. Это, например, наблюдается у апельсина. А вот клетки дуба или другого дерева разрушить намного сложнее.

В каждой отдельной клетке видно содержимое, которое носит название цитоплазмы, а то пространство, что заполнено клеточным соком – это вакуоль. В центре каждой клетки видно клеточное ядро. Если для изучения используется клетка зеленого растения, то внутри ее видны отдельные хлоропласты, принимающие участие в фотосинтезе и отвечающие за цвет растения.

Клетки животного происхождения лучше всего изучать на поперечном срезе кусочка мяса. Поместив препарат под микроскоп каждый сможет увидеть клетки круглой или овальной формы, внутри которых содержаться волокна. Увидеть хлоропластов в таких клетках невозможно, так как они в них отсутствуют.

Для изучения человеческих клеток отлично подходит препарат из клеток крови. Его Вы можете найти в наборе с микроскопом, приобрести или приготовить самостоятельно. Поместив микропрепарат под световой микроскоп видны множественные мелкие пятна, которые и являются эритроцитами. Красные кровяные тельца в организме человека выполняют самую важную роль – доставляют кислород ко всем органам. Посмотрев более внимательно можно увидеть, что внутри клетки отсутствует ядро. Но помимо красных кровяных клеток в препарате крови можно увидеть и клетки, содержащие темно-синие ядра. Это так называемые иммунные клетки, которые защищают человеческий организм от всех заболеваний.

Помните, что каждая клетка имеет отличия от другой и не является идентичной и похожей на такую же.

Как рассмотреть нанообъект в оптический микроскоп

А. Ежов
«Квант» №2, 2010

Как известно, основную долю информации об окружающем мире человек получает с помощью зрения. Глаз человека — сложный и совершенный прибор. Этот созданный природой прибор работает со светом — электромагнитным излучением, диапазон длин волн которого находится между 400 и 760 нанометрами. Цвет, который при этом воспринимает человек, изменяется от фиолетового до красного.

Электромагнитные волны, соответствующие видимому свету, взаимодействуют с электронными оболочками атомов и молекул глаза. Результат этого взаимодействия зависит от того, в каком состоянии находятся электроны этих оболочек. Свет может поглощаться, отражаться или рассеиваться. Что именно произошло со светом, может многое рассказать об атомах и молекулах, с которыми он взаимодействовал. Диапазон размеров атомов и молекул от 0,1 до десятков нанометров. Это во много раз меньше, чем длина волны света. Тем не менее, объекты именно таких размеров — назовем их нанообъектами — очень важно увидеть. Что же надо для этого сделать? Обсудим сначала, что может рассмотреть человеческий глаз.

Обычно, когда говорят о разрешающей способности того или иного оптического прибора, оперируют двумя понятиями. Одно из них — угловое разрешение, а второе — линейное разрешение. Эти понятия взаимосвязаны. К примеру, для человеческого глаза угловое разрешение составляет приблизительно 1 угловую минуту. При этом глаз может различить два точечных объекта, удаленных от него на 25–30 см, только тогда, когда расстояние между этими объектами больше чем 0,075 мм. Это вполне сравнимо с разрешением обычного компьютерного сканера. В самом деле, разрешение 600 точек на дюйм означает, что сканер может различить точки, расположенные на расстоянии 0,042 мм друг от друга.

Для того чтобы можно было различать объекты, расположенные на еще меньших расстояниях друг от друга, был придуман оптический микроскоп — прибор, увеличивающий разрешающую способность глаза. Выглядят эти приборы по-разному (что видно из рисунка 1), но принцип действия у них один тот же. Оптический микроскоп позволил отодвинуть предел разрешения до долей микрона. Уже 100 лет назад оптическая микроскопия сделала возможным изучать объекты микронных размеров. Однако тогда же стало ясно, что простым увеличением количества линз и улучшением их качества добиться дальнейшего увеличения разрешающей способности невозможно. Разрешение оптического микроскопа оказалось ограничено свойствами самого света, а именно его волновой природой.

Еще в конце позапрошлого века было установлено, что разрешение оптического микроскопа составляет . В этой формуле λ — длина волны света, а nsin u — числовая апертура объектива микроскопа, которая характеризует как микроскоп, так и то вещество, которое находится между объектом изучения и самой близкой к нему линзой микроскопа. И действительно, в выражение для числовой апертуры входят показатель преломления n среды, находящейся между объектом и объективом, и угол u между оптической осью объектива и самыми крайними лучами, которые выходят из объекта и могут попасть в этот объектив. Показатель преломления вакуума равен единице. У воздуха этот показатель очень близок к единице, у воды он составляет 1,33303, а у специальных жидкостей, используемых в микроскопии для получения максимального разрешения, n доходит до 1,78. Каким бы ни был угол u, величина sin u не может быть больше единицы. Таким образом, разрешение оптического микроскопа не превышает долей длины волны света.

Обычно считается, что разрешение составляет половину длины волны.

Интенсивность, разрешение и увеличение объекта — разные вещи. Можно сделать так, что расстояние между центрами изображений объектов, которые расположены в 10 нм друг от друга, будет 1 мм. Это будет соответствовать увеличению в 100 000 раз. Тем не менее, различить, один это объект или два, не получится. Дело в том, что изображения объектов, размеры которых очень малы по сравнению с длиной волны света, будут иметь одинаковые форму и размеры, не зависящие от формы самих объектов. Такие объекты называют точечными — их размерами можно пренебречь. Если такой точечный объект светится, то оптический микроскоп изобразит его в виде светлого кружка, окруженного светлыми и темными кольцами. Будем далее, для простоты, рассматривать именно источники света. Типичное изображение точечного источника света, полученное с помощью оптического микроскопа, показано на рисунке 2. Интенсивность светлых колец намного меньше, чем у кружочка, и убывает по мере удаления от центра изображения. Чаще всего видно только первое светлое кольцо. Диаметр первого темного кольца равен . Функция, которая описывает такое распределение интенсивности, называется функцией рассеяния точки. Эта функция не зависит от того, каково увеличение. Изображение нескольких точечных объектов будет представлять собой именно круги и кольца, как это видно из рисунка 3. Полученное изображение можно увеличивать, однако если изображения двух соседних точечных объектов сливаются, то они будут сливаться и дальше. Такое увеличение часто называют бесполезным — большие изображения просто будут более размытыми. Пример бесполезного увеличения показан на рисунке 4. Формула часто называется дифракционным пределом, и она настолько знаменита, что именно ее высекли на памятнике автору этой формулы — немецкому физику-оптику Эрнсту Аббе.

Конечно, со временем оптические микроскопы стали снабжать разнообразными устройствами, позволяющими запоминать изображения. Человеческий глаз дополнили сначала пленочные фото- и кинокамеры, а потом — камеры, в основе которых лежат цифровые устройства, преобразующие попадающий на них свет в электрические сигналы. Самыми распространенными из таких устройств являются ПЗС-матрицы (ПЗС расшифровывается как прибор с зарядовой связью). Количество пикселей в цифровых камерах продолжает расти, однако само по себе это не может улучшить разрешение оптических микроскопов.

Еще двадцать пять лет назад казалось, что дифракционный предел непреодолим и что, для того чтобы изучать объекты, размеры которых во много раз меньше, чем длина волны света, необходимо отказаться от света как такового. Именно таким путем пошли создатели электронных и рентгеновских микроскопов. Несмотря на многочисленные преимущества таких микроскопов, задача использования именно света для рассматривания нанообъектов оставалась. Причин для этого было много: удобство и простота работы с объектами, небольшое время, которое требуется для получения изображения, известные способы окрашивания образцов и многое другое. Наконец, после долгих лет напряженной работы стало возможным рассматривать нанообъекты с помощью оптического микроскопа. Наибольший прогресс в этом направлении достигнут в области люминесцентной микроскопии. Конечно, дифракционный предел никто не отменял, но его удалось обойти. В настоящее время существуют различные оптические микроскопы, позволяющие рассматривать объекты, размеры которых намного меньше длины волны того самого света, который создает изображения этих объектов. Все эти приборы объединяет один общий принцип. Попробуем пояснить, какой именно.

Из того, что уже говорилось о дифракционном пределе разрешения, ясно, что увидеть точечный источник не так уж сложно. Если этот источник обладает достаточной интенсивностью, его изображение будет отчетливо видно. Форма и размер этого изображения, как уже говорилось, будут определяться свойствами оптической системы. При этом, зная свойства оптической системы и будучи уверенными в том, что объект точечный, можно определить, где именно находится объект. Точность определения координат такого объекта достаточно высока. Иллюстрацией этого может служить рисунок 5. Координаты точечного объекта можно определить тем точнее, чем интенсивнее он светится. Еще в 80-х годах прошлого века с помощью оптического микроскопа умели определять положение отдельных светящихся молекул с точностью в 10–20 нанометров. Необходимым условием столь точного определения координат точечного источника является его одиночество. Ближайший к нему другой точечный источник должен находиться настолько далеко, чтобы исследователь точно знал, что обрабатываемое изображение соответствует одному источнику. Понятно, что это расстояние l должно удовлетворять условию . В этом случае анализ изображения может дать очень точные данные о положении самого источника.

Большинство объектов, размеры которых намного меньше разрешающей способности оптического микроскопа, можно представить как набор точечных источников. Источники света в таком наборе находятся друг от друга на расстояниях, намного меньших величины . Если эти источники будут светить одновременно, то сказать что-либо о том, где именно они расположены, будет невозможно. Тем не менее, если суметь заставить эти источники светить по очереди, то положение каждого них можно определить с высокой точностью. Если эта точность превышает расстояние между источниками, то, обладая знанием о положении каждого из них, можно узнать о том, каково их взаимное расположение. А это означает, что получена информация о форме и размерах объекта, который представлен как набор точечных источников. Другими словами, в таком случае можно рассмотреть в оптический микроскоп объект, размеры которого меньше, чем дифракционный предел!

Таким образом, ключевым моментом является получение информации о различных частях нанообъекта независимо друг от друга. Существуют три основные группы методов, позволяющие сделать это.

Первая группа методов целенаправленно заставляет светить ту или иную часть исследуемого объекта. Самый известный из этих методов — сканирующая оптическая микроскопия ближнего поля. Рассмотрим ее подробнее.

Если внимательно изучить те условия, которые подразумеваются, когда речь идет о дифракционном пределе, обнаружится, что расстояния от объектов до линз значительно больше длины волны света. На расстояниях, сравнимых и меньших этой длины волны, картина получается другой. Вблизи любого объекта, попавшего в электромагнитное поле световой волны, существует переменное электромагнитное поле, частота изменения которого такая же, как частота изменения поля в световой волне. В отличие от световой волны, это поле быстро затухает по мере удаления от нанообъекта. Расстояние, на котором происходит уменьшение интенсивности, например, в e раз, сравнимо с размерами объекта. Таким образом, электромагнитное поле оптической частоты оказывается сконцентрированным в объеме пространства, размер которого намного меньше, чем длина волны света. Любой нанообъект, попавший в эту область, будет так или иначе взаимодействовать со сконцентрированным полем. Если тот объект, с помощью которого осуществляется это концентрирование поля, последовательно перемещать по какой-либо траектории вдоль изучаемого нанообъекта и регистрировать свет, излучаемый этой системой, то можно построить изображение по отдельным точкам, лежащим на этой траектории. Конечно, в каждой точке изображение будет выглядеть так, как показано на рисунке 2, но разрешение при этом будет определяться тем, насколько удалось сконцентрировать поле. А это, в свою очередь, определяется размерами того объекта, с помощью которого это поле концентрируется.

Самым распространенным способом такой концентрации поля является изготовление очень маленького отверстия в металлическом экране. Обычно это отверстие находится на конце заостренного и покрытого тонкой пленкой металла световода (световод часто называется оптическим волокном и широко используется для передачи данных на большие расстояния). Сейчас удается изготавливать отверстия с диаметрами от 30 до 100 нм. Таким же по величине получается и разрешение. Приборы, работающие по этому принципу, и называются сканирующими оптическими микроскопами ближнего поля. Они появились 25 лет тому назад.

Суть второй группы методов сводится к следующему. Вместо того чтобы заставлять соседние нанообъекты светить по очереди, можно использовать объекты, которые светятся разными цветами. В этом случае с помощью светофильтров, пропускающих свет того или иного цвета, можно определять положение каждого из объектов, а потом — составлять единую картину. Это очень похоже на то, что изображено на рисунке 5, только цвета для трех изображений будут различными.

Последняя группа методов, позволяющих преодолеть дифракционный предел и рассмотреть нанообъекты, использует свойства самих светящихся объектов. Существуют такие источники, которые можно «включать» и «выключать» с помощью специально подобранного света. Такие переключения происходят статистически. Иначе говоря, если имеется много переключаемых нанообъектов, то, подобрав длину волны света и его интенсивность, можно заставить «выключиться» только часть из этих объектов. Остальные объекты будут продолжать светить, и можно получить от них изображение. После этого надо «включить» все источники и снова «выключить» часть из них. Набор оставшихся «включенными» источников будет отличаться от набора, который остался «включенным» в первый раз. Повторяя такую процедуру много раз, можно получить большой набор изображений, отличающихся друг от друга. Анализируя такой набор, можно установить местоположение большой доли всех источников с очень высокой точностью, значительно превышающей дифракционный предел. Пример сверхразрешения, полученного таким способом, приведен на рисунке 6.

В настоящее время оптическая микроскопия со сверхразрешением быстро развивается. Можно со всей уверенностью предполагать, что в грядущие годы эта область будет привлекать все большее число исследователей, и хочется верить, что среди них будут и читатели этой статьи.

Световой микроскоп — определение, принцип, типы, детали, маркированная схема, увеличение

Содержание

История микроскопии: обзор

• Эволюция микробиологии ставит в перспективу необходимость идентифицировать, просматривать, наблюдать и понимать микроорганизмы, включая их структурную морфологию и механизмы. Сфера микробиологии заключается в изучении организмов и мельчайших агентов, которые можно исследовать и наблюдать только с помощью микроскопа.
• Хотя с научной точки зрения первый простой микроскоп был открыт двумя голландскими учеными, Закхариасом Янссеном и его отцом, Гансом, которые делали очки, первыми экспериментировали со своими линзами, объединив линзы в трубку, и заметили, что предметы, находящиеся поблизости, казался ближе и крупнее. Несмотря на то, что этот акт не был включен в список научных открытий, он проложил путь научной эволюции.
• Из «Истории микробиологии» Энтони Ван Левнехуик, микробиолог-любитель, изготовил первый простой микроскоп, который позволил ему наблюдать присутствие крошечных живых организмов в воде пруда, которые выглядели как точки. Его простой микроскоп состоял из двойной выпуклой стеклянной линзы, которая удерживалась между двумя серебряными пластинами.
• Применение микроскопии в микробиологии улучшило визуализацию клеток и микроорганизмов за счет увеличения их изображений, чтобы сделать их больше.

Световой микроскоп также известен как оптический микроскоп.

Что такое световой микроскоп?

• Световой микроскоп — это биологический лабораторный прибор или инструмент, который использует видимый свет для обнаружения и увеличения очень маленьких объектов и их увеличения.
• Они используют линзы, чтобы сфокусировать свет на образце, увеличивая его и создавая изображение. Образец обычно помещают близко к линзе микроскопа.
• Увеличение микроскопа сильно различается в зависимости от типов и количества линз, входящих в состав микроскопа. В зависимости от количества линз различают два типа микроскопов: i. e Простой световой микроскоп (он имеет малое увеличение, потому что в нем используется одна линза) и составной световой микроскоп (он имеет более высокое увеличение по сравнению с простым микроскопом, потому что он использует по крайней мере два набора линз, объектив и окуляр) . Линзы выровнены в том, что они могут преломлять свет для эффективного увеличения изображения.
• Работа светового микроскопа основана на его способности фокусировать луч света через очень маленький и прозрачный образец для получения изображения. Затем изображение пропускается через одну или две линзы для увеличения для просмотра. Прозрачность образца обеспечивает легкое и быстрое проникновение света. Образцы могут варьироваться от бактерий до клеток и других микробных частиц.

Рисунок: Схема световых микроскопов, созданная с помощью biorender.com

Принцип работы светового микроскопа (оптического микроскопа)

Как упоминалось ранее, световые микроскопы визуализируют изображение с помощью стеклянной линзы, а увеличение определяется способностью линзы преломлять свет и фокусировать его на образце, что формирует образ. Когда луч света проходит через одну среду в другую, луч искривляется на границе раздела, вызывая преломление . Изгиб света определяется показателем преломления , который является мерой того, насколько сильно вещество замедляет скорость света. Направление и величина отклонения света определяются показателями преломления двух сред, образующих границу раздела.

Принцип работы светового микроскопа

Среда с более низким показателем преломления, например, переход от стекла к воздуху, обычно ускоряет проникновение света и заставляет его отклоняться от нормального направления, а когда свет проходит через среду с более высоким показателем преломления, такую ​​как воздух к стеклу, он обычно замедляется и изгибается в сторону нормали, перпендикулярной поверхности.

Если между этими двумя средами, то есть между водой и воздухом, поместить предмет, в данном случае призму, то призма будет преломлять свет под углом. Так работают микроскопические линзы, они преломляют свет под углом. Линза (выпуклая) при приеме световых лучей фокусирует лучи в определенной точке, известной как точка фокусировки (F-точка) . Мера расстояния от центра объектива до фокальной точки известна как фокусное расстояние .

В микроскопе используются линзы, сила которых заранее определена, при этом сила линзы напрямую связана с фокусным расстоянием, т. е. линзы с коротким фокусным расстоянием увеличивают объекты больше, чем линзы с большим фокусным расстоянием.

Микроскопия работает строго с коэффициентом разрешения, при этом разрешение — это способность линзы различать мелкие объекты, которые близко расположены друг к другу. Разрешение светового микроскопа определяется 9числовой апертурой 0005 системы линз и длиной волны используемого света; числовая апертура — это определение длины волны света, излучаемого при освещении образца.

Минимальное расстояние (d) между двумя объектами, которое отличает их как два отдельных объекта, определяемое длинами волн света, может быть рассчитано по уравнению Аббе с использованием длины волны света, освещающего образец (лямбда, λ ) и числовой апертуры (NA, n sin Ɵ), т. е. d=0,5 λ/n sin Ɵ

Рис.: Маркированная схема светового микроскопа.

Типы световых микроскопов (оптический микроскоп)

С развитием микробиологии микроскопы

, используемые для наблюдения за образцами, представляют собой как простые, так и составные световые микроскопы, все с линзами. Разница в том, что в простых световых микроскопах используется одна линза для увеличения, а в составных линзах для увеличения используются две или более линзы. Это означает, что ряд линз расположен в таком порядке, что одна линза увеличивает изображение больше, чем исходная линза.

Современные типы световых микроскопов включают в себя:

1. Ярко-полевой световой микроскоп
2. Фазовый контрастный световой микроскоп
3. Световой микроскоп темного поля
4. Флуоресцентный световой микроскоп

Brightfield Light Microscope (компонентный световой микроскоп)

Brightfield Light Microscope (компонентный световой микроскоп)

Brightfield Light Microscope (компонентный световой микроскоп)

Brightfield Light Microscope (компонентный свет) Это самый простой оптический микроскоп, используемый в микробиологических лабораториях, который дает темное изображение на ярком фоне. Состоящий из двух линз, он широко используется для наблюдения за органеллами клеток растений и животных, включая некоторых паразитов, таких как Paramecium после окраски основными красителями. Его функциональность основана на возможности получения изображения с высоким разрешением, что во многом зависит от правильного использования микроскопа. Это означает, что достаточное количество света обеспечит достаточную фокусировку изображения для получения качественного изображения. Он также известен как составной световой микроскоп.

Части светлопольного микроскопа (сложный световой микроскоп)

Рисунок создан с помощью biorender.com

В его состав входят:

• Две линзы, включающие линзу объектива и окуляр или линзу окуляра .
• Линза объектива состоит из шести или более стекол, которые делают изображение объекта четким.
• Конденсор устанавливается под предметным столиком и фокусирует пучок света на образце. Он может быть фиксированным или подвижным, чтобы регулировать качество света, но это полностью зависит от микроскопа.
• Они скреплены прочной металлической изогнутой спинкой, используемой в качестве кронштейн и подставка в нижней части микроскопа, известная как основание . Кронштейн и основание удерживают все части микроскопа.
• Столик, на который помещается образец, позволяющий перемещать образец для лучшего обзора с помощью гибких ручек, на котором фокусируется свет.
• Две ручки фокусировки, т. е. ручка точной настройки и ручка грубой настройки, находящиеся на кронштейне микроскопа, которые могут перемещать предметный столик или револьверную головку для фокусировки на изображении. повысить четкость изображения.
• Имеет осветитель или зеркало , найденное в основании или на микробах носовой части.
• Наконечник имеет от трех до пяти объективов с разной кратностью увеличения. Он может перемещаться в любое положение в зависимости от объектива, чтобы сфокусироваться на изображении.
• Апертурная диафрагма, также известная как контрастная, регулирует диаметр луча света, проходящего через конденсор, поскольку, когда конденсор почти закрыт, свет проходит к центру конденсора, создавая высокую контрастность . Но когда конденсор широко открыт, изображение получается очень ярким с очень низким контрастом.

Увеличение с помощью светлопольного микроскопа (сложный световой микроскоп)

Во время визуализации линза объектива остается парфокальной, что означает, что при смене линзы объектива изображение остается в фокусе. Линза объектива играет важную роль в фокусировке изображения на конденсоре, формируя увеличенное четкое изображение внутри микроскопа, которое затем дополнительно увеличивается окуляром до первичного изображения.

То, что видно в микроскоп как увеличенное четкое изображение образца, называется виртуальным изображением. Чтобы вычислить увеличение, умножьте увеличение объектива и объектива окуляра вместе. Увеличение стандартное, т.е. не слишком большое и не слишком маленькое, и, следовательно, в зависимости от силы увеличения линз, оно будет варьироваться от 40X до 100oX.

Вычисление увеличения = Увеличение линзы объектива/увеличение линзы окуляра

Линза объектива играет жизненно важную роль не только в увеличении изображения, но и в том, чтобы сделать его четким для просмотра, функция, известная как разрешение . Разрешение по Прескотту — это способность линзы разделять или различать мелкие объекты, тесно связанные друг с другом.

В то время как окуляр увеличивает изображение в конце просмотра, его диапазон увеличения ниже, чем у объектива при 8-12-кратном увеличении (10-кратный стандарт) и у объектива при 40-100-кратном увеличении, увеличение и разрешение микроскоп сильно зависит от объектива.

Применение светового микроскопа яркого поля (составной световой микроскоп)

Широко используемый в микробиологии, этот микроскоп используется для просмотра фиксированных и живых образцов, окрашенных основными красителями. Это дает контраст для легкой видимости под микроскопом. Поэтому его можно использовать для идентификации клеток основных бактерий и паразитических простейших, таких как Paramecium.

Световой микроскоп Бесплатный рабочий лист

Ключ ответа

Фазово-контрастный микроскоп

• Это тип оптического микроскопа, в котором во время проникновения света в неокрашенный образец возникают небольшие отклонения света, известные как фазовые сдвиги . Эти фазовые сдвиги преобразуются в изображение, чтобы означать, что когда свет проходит через непрозрачный образец, фазовые сдвиги делают образец ярче, образуя освещенное (яркое) изображение на заднем плане.
• Фазово-контрастный микроскоп дает высококонтрастные изображения при использовании прозрачных образцов, в большей степени, чем изображения микробных культур, фрагментов тонких тканей, клеточных тканей и субклеточных частиц.
• Принцип работы фазово-контрастного микроскопа заключается в использовании оптического метода для преобразования образца в амплитудное изображение, которое просматривается в окуляр микроскопа.
• PCM можно использовать для просмотра неокрашенных клеток, также известных как фазовые объекты , что означает, что морфология клетки сохраняется, и клетки можно наблюдать в их естественном состоянии, с высокой контрастностью и эффективной четкостью. Это связано с тем, что если образцы окрашены и зафиксированы, они убивают большинство клеток, что однозначно устраняется световым микроскопом со светлым полем.
• Сдвиги, возникающие при проникновении света, преобразуются в изменения амплитуды, которые вызывают контрастность изображения.
• В сочетании с элементами, повышающими контрастность, такими как флуоресценция, они улучшают визуальное изображение образцов.

Части фазово-контрастного микроскопа

Оснащение фазово-контрастного микроскопа основано на его световых путях от получения источника света до визуализации изображения.

Следовательно, его последовательно состоит из:

• Источник света (ртутная дуга)
• Коллективная линза
• Aperture
• Condenser
• Condenser Nenular
• Спецификация
• Цель
• Фазовая пластинка
• Deplected Light
• Objective
• Фаза
• Deplected Light
• DELPECTED LIGHT
• . кольцо

Работа фазово-контрастного микроскопа

• Изменение вызвано отклоненным рассеянным (отклоненным) светом и неотклоненным светом, достигающим образца, который поглощается, создает на определенной длине волны, производя цвет. Разница, создаваемая рассеянным и поглощенным светом, известна как вариации амплитуды . Эти изменения амплитуды чувствительны к возможности визуализации с помощью фотографического оборудования, такого как фазово-контрастный микроскоп, поэтому их можно увидеть человеческим глазом.
• Конденсор фазово-контрастного микроскопа имеет непрозрачный диск, известный как кольцевое кольцо, с прозрачным кольцом, создающим конус света, проходящего через образец. Из-за изменений освещенности некоторые лучи искривляются на образце, вызванные изменениями плотности света, формируя изображение на линзе объектива. Неотклоненный свет попадет на фазовое кольцо на фазовой пластине, а отклоненный свет не попадет в фазовое кольцо, проходящее непосредственно через фазовую пластину, что формирует изображение.

Фазово-контрастный микроскоп оснащен линзами объектива, которые могут выполнять несколько функций в сочетании с методами усиления контраста, например, флуоресценцией. Линзы объектива расположены во внутренней фазовой пластине с изменением светопоглощения и сдвига фаз, т. е. недифракцией, создавая широкий спектр для контрастирования образца и формируя сильный контраст фона.

Применение фазово-контрастного микроскопа

• Определение морфологии живых клеток, таких как клетки растений и животных
• Изучение микробной подвижности и структур движения
• Для обнаружения некоторых микробных элементов, таких как бактериальные эндоспоры

специализированный тип светлопольного светового микроскопа, который имеет некоторые сходства с фазово-контрастным микроскопом. Чтобы сделать микроскоп для темного поля, поместите под ним диафрагму для темного поля и конденсорную линзу, которая создает пучок света с полым конусом, который попадает только в объектив от образца (Prescott, стр. 22).

Этот метод используется для визуализации живых неокрашенных клеток. На это влияет способ освещения образца, заключающийся в том, что, когда пучок света с полым конусом передается на образец, отклоненные световые лучи (неотраженные/непреломленные) не проходят через объективы, а неотклоненные (отраженные/преломленные) лучи свет проходит через объективы к образцу, формируя изображение.

Окружающее поле образца выглядит черным, а сам образец — освещенным. Это возможно благодаря темному фону, который называется микроскопией темного поля.

Применение микроскопа темного поля

• Он используется для визуализации внутренних органов более крупных клеток, таких как эукариотические клетки. .

Флуоресцентный микроскоп

Вышеупомянутые микроскопы обычно производят изображения после прохождения света через образец.

В случае флуоресцентного микроскопа образец излучает свет. Как? Добавляя к образцу молекулу красителя . Эта молекула красителя обычно возбуждается, когда поглощает световую энергию, поэтому она высвобождает любую захваченную энергию в виде света. Световая энергия, испускаемая возбужденной молекулой, имеет большую длину волны по сравнению с излучаемым ею светом. Молекула красителя обычно представляет собой флуорохром, который флуоресцирует при воздействии света определенной длины волны. Образуется изображение меченое флуорохромом изображение из испускаемого света

Принцип работы этого механизма заключается в том, что флуоресцентный микроскоп подвергает образец воздействию ультрафиолетового или синего света, который формирует изображение образца, испускаемое флуоресцентным светом. У них есть дуговая лампа на парах ртути, которая производит интенсивный луч света, который проходит через возбуждающий фильтр. Возбуждающий фильтр пропускает определенную длину волны к образцу, окрашенному флуорохромом, создавая меченное флуорохромом изображение на объективе.

После объектива находится барьерный фильтр, который в первую очередь предназначен для удаления любого ультрафиолетового излучения, которое может быть вредным для света зрителя, тем самым снижая контрастность изображения.

Рисунок создан с помощью biorender.com

Применение флуоресцентного микроскопа

• Используется для визуализации бактериальных агентов, таких как Mycobacterium tuberculosis.
• Используется для идентификации специфических антител, продуцируемых против бактериальных антигенов/патогенов, в методах иммунофлуоресценции путем мечения антител флуорохромами.
• Используется в экологических исследованиях для идентификации и наблюдения микроорганизмов, помеченных флуорохромами
• Может также использоваться для различения мертвых и живых бактерий по цвету, который они излучают при обработке специальными красителями

Помимо рассмотренных выше микроскопов, существуют является одним из редко используемых микроскопов, известных как микроскопия с дифференциальным интерференционным контрастом . Он очень похож на фазово-контрастный микроскоп, в котором изображения формируются из отклоненного и неотклоненного света. Разница в том, что здесь на образец излучаются два луча света, которые фокусируются призмой. Один луч проходит через призму к образцу, а другой проходит через прозрачную область предметного стекла без образца. Затем два луча объединяются и интерферируют друг с другом, образуя изображение. Его можно использовать для просмотра клеточных структур, таких как эндоспоры, стенки бактериальных клеток, ядра и гранулы неокрашенных образцов.

Ссылки

1. Microbiology by Laning M. Prescott, 5th Edition
2. https://science.umd.edu/CBMG/faculty/wolniak/wolniakmicro.html
3. https://en.pedia.org/ wiki/Bright-field_microscopy
4. https://sciencing.com/calculate-magnification-light-microscope-7558311.html
5. https://www.microscopemaster.com/brightfield-microscopy.html
6. https://en .wikipedia.org/wiki/Фазово-контрастная_микроскопия
7. https://www. microscopyu.com/techniques/phase-contrast/introduction-to-phase-contrast-microoscopy
8. https://www.olympus-lifescience.com/en/microscope-resource/primer/techniques/phasecontrast/phase/
9. https://laboratoryinfo.com/types-of-microscopes/

Интернет-источники

• 1% – https://www.youtube.com/watch?v=zLxdiRpz77c
• 1% – https://www.slideshare.net/raiuniversity/b-sc-micro-i-btm-u -1-микроскопия-и-окрашивание
• 1% – https://quizlet.com/34169032/microbiology-chapter-2-microscopy-flash-cards/
• <1% – https://www1.curriculum.edu.au/sciencepd/readings/ligh_refraction.htm
• <1% – https://www.visioneng.com/resources/history-of-the-microscope/
• <1% — https://www.uniassignment.com/essay-samples/biology/microscopy-and-characterization-of-cells-biology-essay.php
• <1% — https://www.thoughtco. com/history-of-the-microscope-1992146
• <1% – https://www.studyblue.com/notes/note/n/chapter-2-microscopy-exam-i/deck/9442340
• <1 % – https://www. soinc.org/sites/default/files/2017-01/8-17_MICROSCOPY_REVIEW.pdf
• <1% – https://www.slideshare.net/indiandentalacademy/types-of-lensescosmetic-dentistry-courses
• <1% – https://www.sciencedirect.com/topics/agriculture-and-biological -науки/световые микроскопы
• <1% – https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9781782420743000179
• <1% – https://www.quora.com/What-is-the -большая разница-между-фазовой-контрастной-микроскопией-и-микроскопией в темном поле
• <1% – https://www.physicsclassroom.com/class/refln/Lesson-1/Specular-vs-Diffuse- Отражение
• <1% – https://www.olympus-lifescience.com/en/microscope-resource/primer/techniques/confocal/resolutionintro/
• <1% – https://www.leica-microsystems.com/ science-lab/microscope-resolution-concepts-factors-and-calculation/
• <1% – https://www.easybiologyclass.com/phase-contrast-microscopy-optical-components-working-principle-and-applications- короткие заметки-с-ppt/
• <1% – https://www. coursehero.com/file/p5bthic/List-the-following-parts-of-the-microscope-and-describe-the-function- из-каждого-A/
• <1% — https://www.azooptics.com/Article.aspx?ArticleID=691
• <1% — https://www.answers.com/Q/What_is_coarse_adjustment_knob
• <1% — https: //therefractionoflight.weebly.com/scientific-explanation.html
• <1% – https://sciencing.com/bright-light-microscopes-work-12122236.html
• <1% – https://quizlet. com/93534849/bio-14-flash-cards/
• <1% – https://quizlet.com/314
• 4/microbiology-flash-cards/
• <1% – https://quizlet.com/25992559/микробиология-глава-2-микроскопия-флеш-карты/
• <1% – https://quizlet.com/243465240/bio-chapter-10-mastering-flash-cards/
• <1% – https: //quizlet.com/188090795/microscope-flash-cards/
• <1% – https://quizlet.com/157085174/microscopy-flash-cards/
• <1% – https://quizlet.com/ 152052977/chapter-2-section-1-lenses-and-the-bending-of-light-flash-cards/
• <1% – https://quizlet. com/149716643/microscopy-and-specimen-preparation- флешки/
• <1% – https://quizlet.com/12665120/microbiology-chpt-3-microscopy-staining-flash-cards/
• <1% – https://quizlet.com/103278865/8-light- and-optics-flash-cards/
• <1% – https://microscope-microscope.org/microscope-info/microscope-parts/
• <1% – https://en.wikipedia.org/wiki/ Transmitted_light_microscope
• <1% – https://en.wikipedia.org/wiki/Phase_contrast_microscopy
• <1% – https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_microscope
• <1% – https://en.wikipedia.org/wiki/Condenser_(оптика)
• <1% – https://en.wikipedia.org/wiki/Condenser_(микроскоп)
• <1% – https://en.wikipedia.org/wiki/Barlow_lens
• <1% – https://courses.lumenlearning.com/boundless-physics/chapter/lenses/
• <1% – https://answersdrive.com /what-is-a-microscope-and-how-does-it-work-6865065
• <1% – http://www.ruf.rice.edu/~bioslabs/methods/microscopy/microoscopy.html
• <1% – http://www. brainkart.com/article/The-compound-light-microscope_20126/
• <1% – http://web.utk.edu/~prack/MSE%20300/Lightmicroscopyhandout.pdf

Микроскоп светлого поля (сложный световой микроскоп) – определение, принцип, части

27 мая 2022 г. 15 апреля 2022 г. Фейт Мокоби

Содержание

Микроскоп светлого поля Определение

Микроскоп светлого поля также известен как световой микроскоп Compound Light . Это оптический микроскоп, который использует световые лучи для получения темного изображения на ярком фоне. Это стандартный микроскоп, который используется в биологии, клеточной биологии и микробиологических лабораторных исследованиях.

Этот микроскоп используется для просмотра фиксированных и живых образцов, окрашенных основными красителями, что дает контраст между изображением и фоном изображения. Он специально разработан с увеличительными стеклами, известными как линзы, которые модифицируют образец для получения изображения, видимого через окуляр.

Принцип работы микроскопа светлого поля

Чтобы образец был в фокусе и давал изображение под микроскопом светлого поля, образец должен пройти через однородный пучок освещающего света. Благодаря дифференциальному поглощению и дифференциальному преломлению микроскоп будет давать контрастное изображение.

Используемые образцы сначала подготавливают путем окрашивания, чтобы ввести цвет для облегчения характеристики сокращения. Цветные образцы будут иметь показатель преломления, который будет отличать их от окружающего, представляя комбинацию поглощения и контраста преломления.

Функционирование микроскопа основано на его способности получать изображение высокого разрешения от надлежащим образом обеспеченного источника света, сфокусированного на изображении, создавая изображение высокого качества.

Образец, помещенный на предметное стекло, просматривают в масляной иммерсии и/или накрывают покровным стеклом.

Части микроскопа светлого поля

Рисунок: Детали микроскопа светлого поля (микроскоп с составным светом). Изображение создано с помощью biorender.com

Светлопольный микроскоп состоит из различных частей, в том числе

• Окуляр (окулярная линза) – имеет две окулярные линзы в верхней части микроскопа, которые фокусируют изображение от линз объектива. вот откуда вы видите сформированный образ, своими глазами.
• Линзы объектива , которые состоят из шести или более стеклянных линз, которые делают четкое изображение образца или объекта, который фокусируется.
• Две ручки фокусировки , то есть ручка точной настройки и ручка грубой настройки, находящиеся на кронштейне микроскопа, которые могут перемещать предметный столик или револьверную головку для фокусировки на изображении. Их функция состоит в том, чтобы обеспечить получение резкого изображения с четкостью.
• Столик находится сразу под объективами, и именно туда помещается образец, что позволяет перемещать образец для лучшего обзора с помощью гибких ручек, и именно на него фокусируется свет.
• Конденсор : Он устанавливается под предметным столиком и фокусирует луч света на образце. Он может быть фиксированным или подвижным, чтобы регулировать качество света, но это полностью зависит от микроскопа.
• Кронштейн : Это прочная металлическая основа микроскопа, используемая для переноски и перемещения микроскопа с одного места на другое. Они также держат микроскоп base , который является штативом микроскопа. Рука и основание удерживают все микроскопические детали.
• Имеет осветитель или зеркало , расположенное в основании или на револьверной головке микроскопа.
• Револьвер имеет от двух до пяти объективов с разной кратностью увеличения. Он может перемещаться в любое положение в зависимости от объектива, чтобы сфокусироваться на изображении.
• Апертурная диафрагма (контрастная) : Она управляет диаметром луча света, проходящего через конденсор. Когда конденсор почти закрыт, свет проходит к центру конденсора, создавая высокую контрастность, а когда конденсор широко открыт, изображение получается очень ярким с очень низкой контрастностью.

Увеличение микроскопом светлого поля

• Линзы объектива — это основные линзы, используемые для фокусировки изображения на конденсоре. Это дает увеличенное четкое изображение, которое затем снова увеличивается окуляром, чтобы сформировать первичное изображение, которое видят глаза.
• Во время визуализации линзы объектива остаются парфокальными, то есть даже при смене линзы объектива изображение остается сфокусированным. Изображение, видимое в окуляр, представляет собой увеличенное четкое изображение образца, известное как мнимое изображение.
• Увеличение изображения определяется увеличением объектива по сравнению с увеличением линзы окуляра. Объективы имеют увеличение от 40x до 1000x в зависимости от типа светлопольного микроскопа, в то время как объектив окуляра имеет стандартное увеличение 10x.
• Следовательно, для вычисления:

Общее увеличение = увеличение объектива x увеличение окуляра

• Например: если увеличение объектива 45х, а окуляра 10х, то общее увеличение образца будет 450х.
• Увеличение стандартное, т. е. не слишком большое и не слишком низкое, поэтому в зависимости от степени увеличения линз оно будет находиться в диапазоне от 40X до 100oX.
• Линза объектива увеличивает изображение, которое можно рассмотреть, характеристика, известная как разрешение.   Разрешение по Прескотту — это способность линзы разделять или различать мелкие объекты, тесно связанные друг с другом.
• В то время как окуляр увеличивает изображение в конце просмотра, его диапазон увеличения ниже, чем у объектива при 8-12-кратном (стандарт 10-кратном) и у объектива при 40-100-кратном увеличении, увеличение и разрешение микроскопа сильно зависит от объектива.

Применение микроскопа светлого поля

Микроскоп светлого поля используется в нескольких областях: от базовой биологии до изучения клеточных структур в клеточной биологии, микробиологии, бактериологии и визуализации паразитарных организмов в паразитологии. Большинство образцов для просмотра окрашены с использованием специального окрашивания для обеспечения визуализации. Некоторые из используемых методов окрашивания включают негативное окрашивание и окрашивание по Граму.

Некоторые из его применений включают:

1. Используется для визуализации и изучения клеток животных
2. Используется для визуализации и изучения растительных клеток.
3. Используется для визуализации и изучения морфологии бактериальных клеток
4. Используется для идентификации паразитических простейших, таких как Paramecium.

Преимущества микроскопа светлого поля

1. Он прост в использовании с минимальными настройками при просмотре изображения.
2. Можно использовать для просмотра как окрашенных, так и неокрашенных.
3. Оптика микроскопа не изменяет цвет образца.
4. Микроскоп может быть отрегулирован и модифицирован для лучшего обзора, например, путем установки камеры, для создания цифрового микроскопа или способа освещения изображения, например, путем использования флуорохромов на образце и просмотра в темноте, образуя темный микроскоп. .

Недостатки микроскопа светлого поля

1. Апертурная диафрагма может создавать сильный контраст, который может искажать результат изображения, поэтому предпочтительнее использовать ирисовую диафрагму.
2. Его нельзя использовать для просмотра живых образцов, таких как бактериальные клетки. Под светлопольным микроскопом можно рассматривать только фиксированные образцы.
3. Максимальное увеличение светлопольного микроскопа составляет 100 крат, но модификация позволяет регулировать увеличение до 1000 крат, что является оптимальным увеличением для бактериальных клеток.
4. Он имеет низкий контраст, поэтому большинство образцов необходимо окрашивать, чтобы их можно было визуализировать.
5. Использование масляной иммерсии может исказить изображение
6. Использование покровного стекла может повредить образец
7. Окрашивание может привнести в образец посторонние нежелательные детали или загрязнить образец.
8. Утомительно окрашивать образец, прежде чем визуализировать его под микроскопом со светлым полем.
9. Для увеличения микроскопу требуется сильный источник света, и иногда источник света может выделять много тепла, что может повредить или убить образец.

Ссылка и источник

1. Willey, J.M., Sherwood, L., & Woolverton, C. Prescott’s Microbiology. Нью-Йорк: McGraw-Hill (страницы № 19-22).
2. https://www.med.unc.edu/microscopy/files/2018/06/lm-ch-8-bright-field.pdf
3. https://www.microscopemaster.com/brightfield-microscopy.html
4. https://www.thomassci.com/scientific-supplies/Brightfield-Microscope
5. https://www2.hawaii.edu/~johnb/micro/m140/syllabus/week/handouts/m140.2.4.html

Источники

• 18% – https://microbenotes.com/light-microscope/
• 2% – https://www.prior.com/wp-content/uploads/2017/07/PriorLuxPOL-Manual.pdf
• 2% – https://www.coursehero.com/file/p4i3koh/Ocular-The-total-magnification-of-an-image-is-determined-by-and-The-magnifica/
• 1% — https://www.