Схема устройства микроскопа: Оптическая система микроскопа – Статьи на сайте Четыре глаза

Содержание

Строение микроскопа — схема устройства с обозначениями и подписями частей » Kupuk.net

Оптические приборы, предназначенные для увеличения изображений предметов, которые не видны невооруженным глазом, называются оптическими (световыми) микроскопами. Сейчас невозможно представить работу ученых и исследователей в познании окружающего мира без этого устройства. По своим характеристикам и строению микроскопы подразделяются на 2 основных типа: биологические (лабораторные, медицинские) и стереоскопические.

История создания

До сих пор нет достоверных сведений о появлении первого микроскопа. В начале XVI века первым человеком, который предложил объединить 2 линзы для увеличения изучаемых объектов, был известный врач из Италии Д. Фракасторо. По другим данным, первый оптический прибор изобрели в Голландии отец и сын Янсены.

Известно это стало после заявления, сделанного в середине XVII века младшим Янсеном. Существует версия, что первую конструкцию с выпуклой и вогнутой линзами создал знаменитый Галилео Галилей в начале XVII века. Спустя 10 лет К. Дреббель собрал устройство с двумя выпуклыми линзами, в качестве которых он использовал 2 лупы.

Через несколько лет голландец К. Гюйгенс, создавший окуляр для телескопа, придумал и собрал двухлинзовую систему, которая регулировалась, не разлагая света на составные цвета. Это изобретение стало настоящим прорывом в истории создания оптической техники, а окуляры Гюйгенса применяются и по сей день.

Большую роль в разработках оптических приборов сыграл известный основоположник научной микроскопии Левенгук. Он собирал небольшие устройства с одной мощной линзой. Хотя простые конструкции были очень неудобны, но они давали возможность детальней изучать изображения объектов, чем составные приборы.

Виды микроскопов

За всю историю развития микроскопной техники было изобретено множество приборов. Все они отличались устройством и принципом действия. Основные виды микроскопов:

  • оптические;
  • электронные;
  • сканирующие зондовые;
  • рентгеновские.

Оптические и электронные

Самым простым и недорогим устройством считается оптический прибор. По своим техническим параметрам он позволяет увеличивать изображение объекта в 2 тыс. раз. Благодаря такому высокому показателю, с помощью оптического микроскопа можно исследовать:

  • структуру клеток;
  • поверхность ткани;
  • дефекты на искусственных объектах и т. д.

Приборы с таким увеличением выполнены более качественно, поэтому стоят довольно дорого. Большинство устройств обладают простой конструкцией и небольшим увеличением. Применяются они в основном для учебных целей при выполнении лабораторных работ по биологии. Обычно приборы имеют несколько подвижных объективов с разными показателями увеличения, которые можно менять, в зависимости от выполняемой работы.

Более современным прибором считается электронный микроскоп, который может увеличивать изображение предмета в 20 тыс. раз. От оптического устройства он отличается тем, что вместо луча света используется пучок электронов. Специальные магнитные линзы преобразовывают в изображение перемещение отрицательно заряженных частиц, а направленность пучка регулируется изменением магнитного поля.

Использование прибора в комплексе с компьютером позволяет значительно увеличить изображение и одновременно сделать снимок объекта. Недостатком таких устройств считается высокая стоимость и их эксплуатация только в лабораторных условиях, так как молекулы воздуха воздействуют на электроны, нарушая четкость изображения. Кроме того, чтобы на функционирование микроскопа не влияли внешние магнитные поля, лаборатории размещают в подземных бункерах с толстыми стенами.

Зондовые и рентгеновские

Сканирующие устройства позволяют получить нужное изображение с помощью специального зонда, который выполняет роль объектива и проводит исследование объекта. В итоге получается трехмерное изображение с точными характеристиками исследуемого предмета. Эта новая техника обладает довольно высоким разрешением, а зонд представляет собой сложный механизм, оснащенный чувствительными сенсорами, которые реагируют на перемещение электронов.

Зачастую такие конструкции используются для сканирования объектов со сложным рельефом. Сканерами исследуются внутренние пространства труб и мелких тоннелей. В результате исследования полученные первоначальные показатели обрабатываются математическим методом с помощью специальной компьютерной программы.

Для исследования предметов, размеры которых соизмеримы с длиной электромагнитных волн от 10 до 0,001 нм, применяются рентгеновские микроскопы. По своим характеристикам и эффективности работы эти приборы находятся между оптическими и электронными устройствами. Рентгеновские волны могут проникать сквозь поверхность объекта, поэтому существует возможность, кроме структуры предмета, узнать его химический состав.

Строение приборов

Все микроскопы делятся по классам сложности, и всего их существует 6. К первым относятся простые конструкции, а к последним — самые сложные. Устройство микроскопа зависит от его типа и назначения. Чтобы ознакомиться с основными частями оптического устройства, достаточно узнать строение простейшего лабораторного прибора.

Рисунок (раскраска) карандашом — строение микроскопа с подписями. Обозначения узлов схемы:

  • Окуляр.
  • Тубус.
  • Штатив.
  • Винт грубой настройки фокуса.
  • Винт тонкой регулировки.
  • Основание.
  • Насадка.
  • Объективы.
  • Зажимы.
  • Предметный столик.
  • Конденсор с диафрагмой.
  • Осветитель.
  • На старых моделях установлены зеркала, которые выполняют функцию отражателя света, а вместо зажимов применяется стекло. Основной частью микроскопа являются объектив и окуляр, кроме того, это главные детали оптической системы. С помощью этого узла происходит формирование изображения объекта. Чтобы изменить кратность, в профессиональных приборах подбираются различные комбинации окуляров и объективов.

    Для определения увеличения микроскопа следует умножить соответствующий показатель окуляра на значение объектива. К механической части прибора относятся: тубус, штатив, столик, система фокусировки, револьверная головка. Фокусировка выполняется двумя винтами (грубой и тонкой настройки), чтобы можно было быстро отрегулировать резкость изображения предмета.

    При этом на некоторых конструкциях регулировка осуществляется перемещением столика, а на других — тубуса. На профессиональных микроскопах обычно устанавливают съемные объективы, которые крепятся резьбовым соединением. Важную роль в оптическом приборе играет осветительная система, в которую входят: источник света, конденсор, диафрагма.

    Конденсор устроен из линз или зеркал, предназначен для сбора лучей света и направление их на изучаемый объект. Он может состоять из одной, двух или трех линз. Пользователь, поднимая или опуская устройство, конденсирует или рассеивает свет, падающий на предмет. Яркость плавно регулируется с помощью диафрагмы, которая обычно бывает ирисовой. Источник света может быть как встроенным, так и внешним, а сложные конструкции обладают еще несколькими подсветками.

    Особенности работы с устройством

    Для эффективного изучения объектов следует соблюдать ряд правил при работе с микроскопом. Придерживаясь их, пользователь более эффективно проведет исследование предмета:

  • Перед началом работы следует подготовить себе место за столом, поставив удобный стул.
  • Все действия необходимо выполнять только сидя.
  • Прибор надо протереть от пыли и пятен мягкой салфеткой.
  • Заняв место за столом, установить микроскоп немного левее себя.
  • Работа начинается с небольшого увеличения.
  • Затем устанавливается уровень освещения. Для этого следует включить источник света и, глядя в окуляр одним глазом, установить нужную яркость. Если микроскоп с зеркалом, его направляют вогнутой стороной на окно, чтобы отражение света попадало на предметный столик.
  • Когда прибор будет настроен, на столик крепится зажимами исследуемый объект. Далее, винтом грубой регулировки тубус устанавливается так, чтобы расстояние между линзой и предметом было 4—5 мм.
  • Проверив местоположение объекта, винтом тонкой регулировки устанавливается окончательная резкость.
  • Для детального изучения предмета, повернув револьверную головку, следует установить объектив, увеличивающий в 40 раз. Затем опять микрометренным винтом настроить правильный фокус. Причем регулировка осуществляется таким образом, чтобы риска на винте постоянно находилась между двумя черточками на коробке механизма. Если это правило нарушить, винт просто перестанет работать.
  • Закончив работу с большим увеличением, следует опять вернуться на малое значение, поднять объектив, убрать объект со стола, протереть все детали прибора, поставить его в шкаф и накрыть полиэтиленовой пленкой.

    Устройство микроскопа и принцип его работы

    На рынке представлено много моделей разных микроскопов: от простейших школьных до сложных лабораторных инструментов с тонкими настройками, предназначенными для профессионалов. Перед покупкой микроскопа важно определиться с тем, какие наблюдения вы будете на нём проводить. В зависимости от поставленной задачи (любительской или научной) вы можете приобрести ту модель, которая устроит вас и по качеству, и по цене.

    В чём заключаются главные задачи микроскопа?

    Независимо от того, как сконструировано строение микроскопа, существует несколько основных характеристик и понятий, общих для каждого инструмента:

    • апертура;
    • уровень оптического разрешения;
    • источники света.

    Одна из главных задач микроскопа — построение чёткого и максимально крупного изображения наблюдаемого объекта.

    Апертура — это диаметр (или размер) увеличивающей линзы или системы линз, которые поставлены в тот или иной микроскоп. Чем больше величина апертуры, тем выше сила преломления объективом световых лучей и больше их количество, попадающее в поле наблюдения.

    Второй, не менее важный параметр — способность оптики к разрешению. То, насколько качественно будет работать оптическая схема микроскопа, напрямую зависит от того, насколько точно изготовлены и «подогнаны» линзы. Также на качество разрешения влияет световая дисперсия, обеспечивающая разложение белого света на спектр радуги.

    Третья характеристика — это источник света. Самый простой световой источник — зеркало, которое можно увидеть, рассмотрев простейший школьный микроскоп. Поворачивая зеркальце под разными углами, наблюдатель добивается различной степени освещения объекта. Микроскопы, имеющие более сложную конструкцию, оснащены лампами различной яркости и мощности.

    Какими бывают микроскопы?

    Различают три основных вида инструментов, имеющих различные задачи:

    • биологические;
    • стереоскопические;
    • цифровые.

    Биологический микроскоп: знакомая «классика жанра»

    Биологические микроскопы бывают световыми, с простейшей линзовой парой, увеличивающей изображения маленького объекта. Именно в них чаще всего можно встретить зеркальце, которое нужно поворачивать вручную. Например, все школьные биологические микроскопы построены по этому простейшему оптическому принципу. Более сложные модели оснащены несколькими подсветками и тонкими ирисовыми диафрагмами.

    Стереоскопические микроскопы для мастеров

    Стереоскопические микроскопы чаще применяют для инструментальных работ: в ювелирном деле, при пайке и в часовых мастерских. Такие инструменты всегда имеют два объектива и два окуляра, благодаря которым удаётся построить трёхмерное объёмное изображение.

    Цифровые микроскопы: удобство, функциональность, качество

    Цифровые микроскопы можно использовать в разных сферах деятельности человека. От классических оптических инструментов они отличаются отсутствием окуляров, в которые можно смотреть. При этом, цифровой микроскоп оснащён высокочувствительной камерой с КМОП или ПЗС-сенсорным устройством. Это позволяет выводить изображение на экран компьютера или же на экран, встроенный в систему самого микроскопа. С помощью цифровых микроскопов можно устраивать групповые показы результатов разных исследований — так, чтобы группа людей имела возможность одновременно видеть изображение, без необходимости смотреть в окуляр по очереди.

    Устройство микроскопа

    Как устроен микроскоп? В качестве примера можно рассмотреть строение светового микроскопа. Он состоит из таких частей:

    • окуляра;
    • станины;
    • осветителя;
    • предметного столика;
    • держателя («револьвера») для объективов;
    • самих объективов;
    • конденсора;
    • диафрагмы.

    В окуляр наблюдатель смотрит на объект. В зависимости от конструкции, любой микроскоп может быть монокулярным или бинокулярным (с двумя окулярами, как у бинокля). В комплектации к «продвинутым» школьным микроскопам предусмотрено несколько съёмных окуляров, которые можно менять, наблюдая за препаратом с различной степенью увеличения.

    Станина (или основание) — это своего рода штатив, на котором крепится всё устройство микроскопа. От её устойчивости и массы зависит качество наблюдений.

    В роли осветителей могут выступать зеркальце или лампы, предназначенные для верхней либо нижней подсветки. Простейший осветитель в виде зеркальца располагается под предметным столиком микроскопа.

    Задача округлого «револьвера» — фиксировать объективы инструмента и, при необходимости, поворачивать их в нужном направлении, изменяя степень увеличения и освещения. Лабораторные биологические микроскопы могут иметь в «револьверах» три и более объектива.

    Предметный столик находится между объективом (объективами) микроскопа и осветителем. На него помещают стёклышко с готовым лабораторным препаратом. Стекло фиксируют специальными зажимами.

    Конденсор и диафрагма — устройства, которые есть в микроскопах более сложных моделей. С помощью диафрагмы (как и в фотоаппарате) наблюдатель изменяет и регулирует интенсивность освещения, которое поступает к объекту. Конденсор представляет собой специальную систему линз, с помощью которой можно управлять размером и фокусировкой пучка света, проходящего через объект.

    Перед покупкой микроскопа следует изучить, как устроен простой инструмент и познакомиться с ним поближе, чтобы знать, какой микроскоп подходит именно для ваших целей.

     

    04.07.2019 19312

    Строение микроскопа — схема устройства с обозначениями и подписями частей

    Оптические приборы, предназначенные для увеличения изображений предметов, которые не видны невооруженным глазом, называются оптическими (световыми) микроскопами. Сейчас невозможно представить работу ученых и исследователей в познании окружающего мира без этого устройства. По своим характеристикам и строению микроскопы подразделяются на 2 основных типа: биологические (лабораторные, медицинские) и стереоскопические.

    Содержание

    • История создания
    • Виды микроскопов
      • Оптические и электронные
      • Зондовые и рентгеновские
    • Строение приборов
    • Особенности работы с устройством

    История создания

    До сих пор нет достоверных сведений о появлении первого микроскопа. В начале XVI века первым человеком, который предложил объединить 2 линзы для увеличения изучаемых объектов, был известный врач из Италии Д. Фракасторо. По другим данным, первый оптический прибор изобрели в Голландии отец и сын Янсены.

    Известно это стало после заявления, сделанного в середине XVII века младшим Янсеном. Существует версия, что первую конструкцию с выпуклой и вогнутой линзами создал знаменитый Галилео Галилей в начале XVII века. Спустя 10 лет К. Дреббель собрал устройство с двумя выпуклыми линзами, в качестве которых он использовал 2 лупы.

    Через несколько лет голландец К. Гюйгенс, создавший окуляр для телескопа, придумал и собрал двухлинзовую систему, которая регулировалась, не разлагая света на составные цвета. Это изобретение стало настоящим прорывом в истории создания оптической техники, а окуляры Гюйгенса применяются и по сей день.

    Большую роль в разработках оптических приборов сыграл известный основоположник научной микроскопии Левенгук. Он собирал небольшие устройства с одной мощной линзой. Хотя простые конструкции были очень неудобны, но они давали возможность детальней изучать изображения объектов, чем составные приборы.

    Виды микроскопов

    За всю историю развития микроскопной техники было изобретено множество приборов. Все они отличались устройством и принципом действия. Основные виды микроскопов:

    • оптические;
    • электронные;
    • сканирующие зондовые;
    • рентгеновские.

    Оптические и электронные

    Самым простым и недорогим устройством считается оптический прибор. По своим техническим параметрам он позволяет увеличивать изображение объекта в 2 тыс. раз. Благодаря такому высокому показателю, с помощью оптического микроскопа можно исследовать:

    • структуру клеток;
    • поверхность ткани;
    • дефекты на искусственных объектах и т. д.

    Приборы с таким увеличением выполнены более качественно, поэтому стоят довольно дорого. Большинство устройств обладают простой конструкцией и небольшим увеличением. Применяются они в основном для учебных целей при выполнении лабораторных работ по биологии. Обычно приборы имеют несколько подвижных объективов с разными показателями увеличения, которые можно менять, в зависимости от выполняемой работы.

    Более современным прибором считается электронный микроскоп, который может увеличивать изображение предмета в 20 тыс. раз. От оптического устройства он отличается тем, что вместо луча света используется пучок электронов. Специальные магнитные линзы преобразовывают в изображение перемещение отрицательно заряженных частиц, а направленность пучка регулируется изменением магнитного поля.

    Использование прибора в комплексе с компьютером позволяет значительно увеличить изображение и одновременно сделать снимок объекта. Недостатком таких устройств считается высокая стоимость и их эксплуатация только в лабораторных условиях, так как молекулы воздуха воздействуют на электроны, нарушая четкость изображения. Кроме того, чтобы на функционирование микроскопа не влияли внешние магнитные поля, лаборатории размещают в подземных бункерах с толстыми стенами.

    Зондовые и рентгеновские

    Сканирующие устройства позволяют получить нужное изображение с помощью специального зонда, который выполняет роль объектива и проводит исследование объекта. В итоге получается трехмерное изображение с точными характеристиками исследуемого предмета. Эта новая техника обладает довольно высоким разрешением, а зонд представляет собой сложный механизм, оснащенный чувствительными сенсорами, которые реагируют на перемещение электронов.

    Зачастую такие конструкции используются для сканирования объектов со сложным рельефом. Сканерами исследуются внутренние пространства труб и мелких тоннелей. В результате исследования полученные первоначальные показатели обрабатываются математическим методом с помощью специальной компьютерной программы.

    Для исследования предметов, размеры которых соизмеримы с длиной электромагнитных волн от 10 до 0,001 нм, применяются рентгеновские микроскопы. По своим характеристикам и эффективности работы эти приборы находятся между оптическими и электронными устройствами. Рентгеновские волны могут проникать сквозь поверхность объекта, поэтому существует возможность, кроме структуры предмета, узнать его химический состав.

    Строение приборов

    Все микроскопы делятся по классам сложности, и всего их существует 6. К первым относятся простые конструкции, а к последним — самые сложные. Устройство микроскопа зависит от его типа и назначения. Чтобы ознакомиться с основными частями оптического устройства, достаточно узнать строение простейшего лабораторного прибора.

    Рисунок (раскраска) карандашом — строение микроскопа с подписями. Обозначения узлов схемы:

  • Окуляр.
  • Тубус.
  • Штатив.
  • Винт грубой настройки фокуса.
  • Винт тонкой регулировки.
  • Основание.
  • Насадка.
  • Объективы.
  • Зажимы.
  • Предметный столик.
  • Конденсор с диафрагмой.
  • Осветитель.
  • На старых моделях установлены зеркала, которые выполняют функцию отражателя света, а вместо зажимов применяется стекло. Основной частью микроскопа являются объектив и окуляр, кроме того, это главные детали оптической системы. С помощью этого узла происходит формирование изображения объекта. Чтобы изменить кратность, в профессиональных приборах подбираются различные комбинации окуляров и объективов.

    Для определения увеличения микроскопа следует умножить соответствующий показатель окуляра на значение объектива. К механической части прибора относятся: тубус, штатив, столик, система фокусировки, револьверная головка. Фокусировка выполняется двумя винтами (грубой и тонкой настройки), чтобы можно было быстро отрегулировать резкость изображения предмета.

    При этом на некоторых конструкциях регулировка осуществляется перемещением столика, а на других — тубуса. На профессиональных микроскопах обычно устанавливают съемные объективы, которые крепятся резьбовым соединением. Важную роль в оптическом приборе играет осветительная система, в которую входят: источник света, конденсор, диафрагма.

    Конденсор устроен из линз или зеркал, предназначен для сбора лучей света и направление их на изучаемый объект. Он может состоять из одной, двух или трех линз. Пользователь, поднимая или опуская устройство, конденсирует или рассеивает свет, падающий на предмет. Яркость плавно регулируется с помощью диафрагмы, которая обычно бывает ирисовой. Источник света может быть как встроенным, так и внешним, а сложные конструкции обладают еще несколькими подсветками.

    Особенности работы с устройством

    Для эффективного изучения объектов следует соблюдать ряд правил при работе с микроскопом. Придерживаясь их, пользователь более эффективно проведет исследование предмета:

  • Перед началом работы следует подготовить себе место за столом, поставив удобный стул.
  • Все действия необходимо выполнять только сидя.
  • Прибор надо протереть от пыли и пятен мягкой салфеткой.
  • Заняв место за столом, установить микроскоп немного левее себя.
  • Работа начинается с небольшого увеличения.
  • Затем устанавливается уровень освещения. Для этого следует включить источник света и, глядя в окуляр одним глазом, установить нужную яркость. Если микроскоп с зеркалом, его направляют вогнутой стороной на окно, чтобы отражение света попадало на предметный столик.
  • Когда прибор будет настроен, на столик крепится зажимами исследуемый объект. Далее, винтом грубой регулировки тубус устанавливается так, чтобы расстояние между линзой и предметом было 4—5 мм.
  • Проверив местоположение объекта, винтом тонкой регулировки устанавливается окончательная резкость.
  • Для детального изучения предмета, повернув револьверную головку, следует установить объектив, увеличивающий в 40 раз. Затем опять микрометренным винтом настроить правильный фокус. Причем регулировка осуществляется таким образом, чтобы риска на винте постоянно находилась между двумя черточками на коробке механизма. Если это правило нарушить, винт просто перестанет работать.
  • Закончив работу с большим увеличением, следует опять вернуться на малое значение, поднять объектив, убрать объект со стола, протереть все детали прибора, поставить его в шкаф и накрыть полиэтиленовой пленкой.

    Предыдущая

    БиологияСтруктура биоценоза в биологии — определение, виды и примеры

    Следующая

    БиологияЦикл Кребса — кратко и понятно суть, схема и реакции

    Как пользоваться микроскопом, чтобы увидеть как можно больше?

    Микроскоп – одно из самых важных изобретений в истории человечества. Сегодня этот оптический прибор купить для домашних исследований, обучения и досуга очень легко. Чтобы ваши наблюдения были максимально информативными, важно понимать суть работы микроскопа. Это поможет правильно готовить его к наблюдениям и использовать все возможности устройства.

    Как работает оптический микроскоп?

    Принцип работы оптического микроскопа достаточно прост: расходящийся пучок света проходит сквозь образец, полученное изображение увеличивается объективом, преломляется для поступления в тубус окуляра, где увеличивается еще раз. После этого пучок света поступает на сетчатку глаза, формируя картинку.

    Устройство и принцип работы микроскопа может немного отличаться для разных моделей. Например, в профессиональных электронных приборах через образец проходит пучок электронов, который улавливается особыми магнитными линзами. Однако основной принцип работы микроскопа остается неизменным.

    Устройство оптического микроскопа

    Рассмотрим световой прибор, поскольку эта категория самая обширная, пользуется наибольшей популярностью для домашних и любительских исследований. С конструктивной точки зрения микроскоп состоит из трех частей (групп деталей).

    • Механическая – включает штатив, основание, предметный столик с препаратоводителем или без него, держатель для тубуса окуляра, револьверного устройства с объективами, фокусировочного механизма. Эта часть обеспечивает комфортную работу с микроскопом, фактически удерживая все остальные составляющие вместе.

    • Оптическая – сюда относятся линзы, окуляр, объективы, различные насадки и фильтры, элементы осветительной системы. Эта часть отвечает за формирование достаточно качественной и укрупненной картинки. Работа линз в микроскопе должна обеспечивать достоверное по форме и соотношению размеров изображение.

    • Электрическая – включает проводку и сами источники дополнительного света. Наличие этого элемента упрощает порядок работы с микроскопом, поскольку пользователь может вести наблюдения в любое время суток. Устройства, в которых за освещение образцов отвечает зеркало, менее универсальны.

    Готовим микроскоп к работе

    Техника подготовки микроскопа к работе предельно проста, но от ее соблюдения зависит комфорт пользователя:

    • подберите максимально удобный стул и стол, соответствующий возрасту пользователя прибора;

    • расположите устройство рядом с окном или источником освещения;

    • переставляя микроскоп, придерживайте его за держатель тубуса и основание;

    • установите прибор на столе, отступив 3-5 см от края;

    • перед тем, как пользоваться микроскопом, мягкой тканевой салфеткой протрите внешние оптические элементы: объективы, окуляры, зеркало;

    • полностью откройте диафрагму и опустите конденсор, если такие регулировки предусмотрены конструкцией прибора;

    • соблюдая правила работы с микроскопом, настройте лампу таким образом, чтобы она не слепила, но поле зрения было подсвечено равномерно и ярко;

    • обращайтесь с предметным стеклом предельно аккуратно – оно хрупкое;

    • алгоритм работы с микроскопом требует использования перчаток и защитных очков, если вы изучаете химические вещества;

    • если вы используете монокуляр, смотрите в него каждым глазом поочередно – так органы зрения будут меньше уставать.

    Как правильно пользоваться микроскопом: настраиваем прибор

    Интересуясь, как пользоваться микроскопом Levenhuk, обратите внимание, что большинство моделей позволяет менять объектив прямо во время наблюдений поворотом револьверной головки. Для начала работы с устройством бренда «Левенгук» или Bresser необходимо выбрать оптику с наименьшими показателями увеличения и провести базовую настройку.

    • Разместите стекло с препаратом (слайд) на предметном столике и приблизьте к объективу на расстояние 3-4 мм.

    • Соблюдая последовательность работы с микроскопом, используйте колесико грубой настройки, чтобы медленно отдалять образец наблюдений от объектива. Делать это нужно до тех пор, пока изображение не станет четким.

    • Аккуратно поверните колесико тонкой настройки, чтобы картинка обрела максимальную резкость.

    Основные правила работы с микроскопом гласят, что предметный столик или объектив нужно именно отдалять. Если смотреть в окуляр и одновременно приближать препарат, легко повредить предметный столик или оптику. Приемы работы с микроскопом очень просты: чтобы сменить предельную степень увеличения, достаточно повернуть револьверную головку до характерного щелчка. Но делать это также необходимо под наблюдением: оптика с большей кратностью длиннее и может зацепить предметное стекло. Поэтому работать с микроскопом нужно очень аккуратно, при необходимости повторяя настройку для каждого объектива в отдельности.

    Если вы используете бинокулярный прибор, все описанные действия необходимо проводить, используя лишь один окуляр. Второй при подготовке микроскопа к работе легко подогнать при помощи регулировочного кольца. Точность такой регулировки легко определить: смотря в окуляры обоими глазами, пользователь должен видеть только одно изображение высокой четкости.

    Зная, как правильно пользоваться микроскопом, вы гарантированно совершите немало личных открытий! Изучайте удивительные тайны окружающего мира прямо у себя дома.

    Упрощенный микроскоп МУ — SCOPICA

    УПРОЩЕННЫЙ МИКРОСКОП МУ

    Микроскоп МУ является упрощенной моделью биологического микроскопа, предназначенного для занятий со студентами ВУЗов и техникумов.

    По сравнению со студенческим биологическим микроскопом МА упрощение штатива микроскопа МУ состоит только в отсутствии револьвера, замененного здесь промежуточной втулкой той же высоты (15 мм), что и револьвер; во втулку может быть ввинчен тот или иной из объективов.

    Упрощенный микроскоп МУ может быть дополнен и превращен в более совершенный микроскоп путем последующей выписки необходимых частей штатива, отдельных объективов, окуляров, вспомогательных приборов и т. п,

    ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ

    • Увеличение микроскопа от 80x до 600x.
    • Механическая длина тубуса 160 мм.
    • Один оборот маховичка грубой подачи соответствует линейному перемещению тубуса на 20 мм.
    • Один оборот маховичка микромеханизма соответствует перемещению тубуса на 0,1 мм.
    • Барабанчик микромеханизма имеет 50 делений (1 деление равно перемещению тубуса на 2 микрона).
    • Толщина покровного стекла 0,17 мм.
    • Вес микроскопа без футляра — 2,715 кг.
    • Вес микроскопа со всеми принадлежностями — 2,865 кг.
    • Вес микроскопа в футляре — 4,765 кг.
    • Габариты микроскопа в рабочем положении — 130x205x305мм.
    • Габариты футляра — 148x236x365мм.

    КОМПЛЕКТАЦИЯ ПРИБОРА

    В комплект прибора входят:

    • Штатив с зеркалом . . . 1 шт.
    • Объективы 8x 0,20 и 40x 0,65 в футлярах.
    • Окуляры 7x, 10x и 15x
    • Набор сменных цилиндрических диафрагм с отверстиями 1 мм, 3 мм и 6 мм.
    • Салфетка . . . 1 шт.
    • Ключ с отверткой . . . 1 шт.
    • Описание . . . 1 экз.
    • Аттестат . . . 1 экз.
    • Металлический футляр . . . 1 шт

    СХЕМА МИКРОСКОПА И ПРИНЦИП ЕГО УСТРОЙСТВА

    В основу устройства микроскопа МУ, как оптического прибора, положено такое взаимное расположение линз, при котором увеличенное системой линз (объективом) изображение предмета еще раз увеличивается при помощи другой системы линз (окуляра).

    Предмет, помещенный вблизи главного фокуса объектива, образует за объективом действительное, обратное и увеличенное изображение.

    Это изображение, рассматриваемое в окуляр, как в лупу, наблюдатель видит еще более увеличенным, мнимым и прямым; в конечном счете микроскоп в целом дает изображение обратное, т. е. перевернутое, по отношению к предмету.

    Зная в отдельности увеличение объектива и увеличение окуляра, нетрудно определить общее увеличение микроскопа, являющееся произведением увеличений окуляра и объектива.

    Рис. 1. Схема оптики
    ТН — нижний край тубуса, ТВ — верхний край тубуса, ТМ — механическая длина тубуса, ТО — оптическая длина тубуса, п -предмет ИР — изображение реальное, ИМ — изображение мнимое, Фоб — задний фокус объектива, Фок — передний фокус окуляра.

    Из элементарной оптики известно, что все линзы обладают по своей сущности рядом недостатков. Недостатки объектива сказываются на окончательном изображении сильнее, чем недостатки окуляра. Поэтому объектив всегда составляется из двух и большего числа линз, подобранных так, чтобы устранить недостатки изображения. Окуляр, в свою очередь, также составляется из двух линз, так как при одной простой линзе пришлось бы делать трубку микроскопа большего диаметра. Из схемы оптики, помещенной на рис. 1, наглядно видно расположение и действие линз микроскопа.

    КОНСТРУКЦИЯ ПРИБОРА

    Конструкция микроскопа МУ показана на рис. 2. Основными частями его являются: основание, тубусодержатель, тубус, механизмы для быстрого и медленного движений тубуса, предметный столик, гильза для диафрагм, зеркало с вилкообразным держателем на качающемся рычаге.

    Рис. 2. Упрощенный микроскоп без револьвера
    1 — основание штатива, 2 — тубусодержатель, 3 — микрометренный механизм, 4 — кремальера (трибка и рейка), 5 — окуляр, 6 — тубус, 7 — объектив, 8 — предметный столик, 9 — зеркало.

    Основание штатива (поз. 1) — ножка подковообразной формы (башмак) — имеет три опорных площадки для соприкосновения со столом и два выступа, предохраняющие штатив от падения при боковых толчках; тяжесть ножки удерживает микроскоп от опрокидывания даже в случае горизонтального положения тубусодержателя.

    Тубусодержатель (поз. 2), соединяющийся шарнирно с основанием, имеет форму сегмента; выемка в средней части сегмента позволяет удобно переносить микроскоп и ставить на его предметный столик объекты большого размера. «Тугость» движения шарнирного соединения, обеспечивающая желательное положение тубуса, мажет регулироваться с помощью прилагаемого к микроскопу ключа; упорные винты в нижней части тубусодержателя обеспечивают установку тубуса в горизонтальное положение. В расширенной верхней части сегмента находится микромеханизм для точной фокусировки тубуса в направлении оптической оси микроскопа.

    Тубус микроскопа (поз. 6) — составной: в нижнюю часть ввернута втулка, служащая для ввертывания объективов; верхняя часть — трубка — служит для вкладывания в нее сменных окуляров.

    Для установки тубуса микроскопа на необходимом расстоянии от рассматриваемого предмета, т.е. для фокусировки микроскопа на резкость, последний снабжен двумя механизмами, из которых каждый обеспечивает точное перемещение тубуса в направлении оптической оси микроскопа, но с различной скоростью.

    Механизм для быстрого, или, как принято говорить, «грубого» движения тубуса (поз. 4) состоит из закрепленной на тубусе рейки,и сцепляющегося с ней зубчатого колеса (трибки). На обоих концах оси трибки имеются маховички, вращением которых можно быстро опускать или поднимать тубус. Конструкция маховичков позволяет регулировку легкости хода поворотом одного маховичка по отношению к другому. Косое направление зуба рейки сообщает движению необходимую плавность, однако недостаточную при фокусировке объектива с большим увеличением. Для последней цели служит второй механизм движения тубуса, так называемый, механизм для микрометренного (медленного — «тонкого») опускания и подъема (поз. 3). После 24—25 оборотов стопорный механизм ограничивает возможность дальнейшего движения; два штриха на направляющей показывают предельный ход тубуса с помощью микрометренного механизма.

    Необходимо помнить, что работать микрометренным механизмом следует на определенном участке от среднего положения тубуса (т. е. точка на тубусодержателе должна находиться в среднем положении между штрихами на направляющей), т.к. при работе в крайних положениях, от неосторожного нажима на стопорный механизм, может произойти его поломка, вследствие чего микроскоп будет выведен из строя.

    Опускание тубуса осуществляется вращением маховичков механизма по направлению часовой стрелки. С помощью этого механизма можно в ряде случаев определять также толщину исследуемого под микроскопом объекта путем двух последовательных фокусировок на верхнюю и нижнюю его плоскости и отсчетов показаний на барабанчике.

    Предметный столик (поз. 8) микроскопа скреплен с его несущим кронштейном, а последний — с тубусодержателем. Удобная круглая форма столика и достаточный его размер удовлетворяют в значительной степени основным требованиям микроскописта;

    Столик имеет семь отверстий: четыре крайних — для зажимающих препарат пружинящих клемм и три средних — для крепления накладного препаратоводителя СТ-5.

    Кронштейн под столиком микроскопа несет цилиндрическую пружинящую гильзу для диафрагм. К микроскопу прикладывается набор сменных диафрагм, состоящий из 3 шт. Диафрагму с отверстием 1 мм следует применять с объективом 40х, а 3 мм — с объективом 8х. Для освещения объекта имеется зеркало (поз. 9), закрепленное на качающемся рычаге.

    Предусмотренная возможность вращения зеркала вокруг двух горизонтальных осей позволяет наилучшим образом направить свет от источника освещения на наблюдаемый объект.

    Ахроматические объективы (поз. 7) микроскопа рассчитаны на нормальную работу, при механической длине тубуса 160 мм и при толщине покровного стекла 0,17 мм; в этом случае при надлежащем правильном освещении указанные в таблице основные показатели их (апертура) используются полностью.

    Каждый объектив снабжен специальным футляром (из пластической массы) с завинчивающейся крышкой, предохраняющей объектив от запыления; собственное увеличение и апертура объектива выгравированы на оправе объектива и на дне футляра.

    Окуляры (поз. 5) типа Гюйгенса (входящие в нормальный набор оптики микроскопа) построены так, что при замене одного из них другим, изображение остается в той же плоскости; они плавно входят в окулярную трубку микроскопа. Каждый окуляр снабжен маркой, указывающей его собственное увеличение.

    Микроскоп МУ упакован в металлический футляр. Футляр микроскопа состоит из массивного основания и колпака, с ручкой для переноски. Футляр запирается на замок.

    ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ

    Исследуемый прозрачный объект должен быть надлежащим образом освещен, и поэтому микроскоп МУ должен быть правильно установлен по отношению к источнику освещения: естественному или искусственному, сила которого должна быть тем больше, чем больше применяемое при работе общее увеличение. Свет источника должен освещать зеркало равномерно и направляться последним через отверстие цилиндрической диафрагмы на препарат. Диаметр освещенного кружка препарата не должен быть больше того, чем требуется для данного объектива: всякий лишний свет будет ухудшать качество изображения. С целью предохранения глаза от излишнего света полезно работать в затемненном помещении. При работе с дневным светом следует предпочитать окно, обращенное на северную сторону, откуда на зеркало не смогут попадать непосредственно лучи солнца. Работать надлежит попеременно: то правым, то левым глазом, оставляя свободный глаз открытым, что также предупреждает излишнее утомление. Не менее важно в этом отношении правильное положение корпуса и рук микроскописта, соответствующая высота стола и стула; положение микроскопа на столе и его наклон также должны быть отрегулированы.

    При правильном освещении оптика микроскопа обеспечивает полное разрешение деталей объекта, соответственно апертуре примененного объектива.

    Очень полезно проверить правильность установленного освещения при помощи хорошо известных микроскописту препаратов; лучше для этой цели пользоваться, так называемыми, «тест-объектами» (пробными препаратами).

    Исследование всякого объекта следует начинать с помощью объектива с малым увеличением, что позволяет видеть больший участок на препарате при том же окуляре, и выбрать интересующее место для более детального рассмотрения. Подведя именно этот участок к центру видимого поля зрения, можно быть уверенным, что заменяя объектив следующим, с большим увеличением, мы сохраним участок в поле зрения.

    Фокусировка (почти совершенная) микроскопа с объективом малого увеличения осуществляется одним грубым (кремальерным) механизмом движения тубуса; при этом безразлично, используем ли мы поднимание или опускание тубуса. При объективах с большим увеличением нельзя доверять при фокусировке одному кремальерному движению. Это может привести к раздавливанию покровного стекла, порче объектива и наблюдаемого, возможно уникального, препарата; поэтому, необходимо, наблюдая за объективом микроскопа, т.е. помещая глаз на уровне покровного стекла препарата, опустить кремальерным механизмом тубус почти до соприкосновения объектива со стеклом и только после этого, глядя в окуляр микроскопа МУ и действуя грубым механизмом, медленно поднимать тубус микроскопа до момента, когда в поле зрения появится искомая плоскость наблюдаемого объекта; точная наводка осуществляется микромеханизмом.

    При окончательной регулировке освещения, ранее установленное в центральном положении, зеркало (обычно плоское) приходится поправлять, глядя в окуляр, лишь в очень малой степени.

    Весьма полезно проверить при вынутом окуляре, насколько равномерно освещена задняя линза объектива и нет ли на матовой внутренней поверхности тубуса и его окулярной части вредных световых бликов. Достаточно хорошие результаты в отношении качества изображения получаются тогда, когда при обязательной равномерности освещения задней линзы получается кружок, примерно, на 7/8 покрывающий ее поверхность. Опыты показали, что если, этот освещающий линзу кружок в объективе эксцентричен, т.е. освещение установлено неправильно, то объектив не дает полного разрешения; это же иногда является причиной искажений тонкой структуры «тест-объектов» и других регулярных структур.

    ПРАВИЛА УХОДА ЗА МИКРОСКОПОМ

    При получении нового микроскопа МУ следует обратить внимание на сохранность упаковки, обеспечиваемой особой пломбой завода-изготовителя.

    Распаковка микроскопа должна производимиться только после того, как он приобретет комнатную температуру. Чтобы снять микроскоп с основания футляра надо, слегка наклонив основание, отвинтить винт, привинчивающий микроскоп к основанию футляра (головка винта находится с внешней стороны дна, отвертка обернута бумагой и прикреплена шпагатом к столику микроскопа). Сняв микроскоп с основания футляра, необходимо извлечь упорную колодку, находящуюся между столиком и тубусодержателем.

    Объективы, окуляры и сменные диафрагмы хранятся в углублениях основания футляра. Кисть для чистки оптики и комбинированная отвертка-ключ обертываются бумагой и прикрепляются к столику микроскопа.

    Микроскоп отправляется с завода тщательно проверенным и может многие годы работать безотказно, но для этого необходимо содержать его всегда в чистоте и предохранять от механических повреждений. Заводская упаковка обеспечивает сохранность микроскопа при его перевозке.

    В нерабочее время микроскоп следует убирать в футляр или, еще лучше, оставляя на рабочем столе, накрывать стеклянным колпаком, нижний край которого плотно, без щелей соприкасается с поверхностью стола.

    Если же, несмотря на принимаемые предосторожности, на микроскопе обнаружилась пыль, то ее следует смахнуть мягкой чистой кистью.

    После тщательного удаления пыли необходимо прибор сначала протереть мягкой тряпочкой, пропитанной бескислотным вазелином, а затем сухой, мягкой, совершенно чистой салфеткой. Пыль с кисточки необходимо удалить, ударяя ее ручку о край стола.

    Кисть и салфетку, предназначенные для вытирания микроскопа МУ, следует хранить в стеклянной, плотно закрывающейся банке или в чистой коробке с крышкой.

    Микроскоп отпускается с завода надлежаще смазанным особой смазкой. Если через довольно большой промежуток времени замечается, что смазка в направляющих грубого движения микроскопа сильно загрязнилась и загустела, то, смыв ее ксилолом или бензином и вытерев трущиеся поверхности чистой тряпочкой, следует слегка смазать их бескислотным вазелином или специальной смазкой.

    Жидкости, попадающие на микроскоп во время работы, должны тщательно удаляться (кедровое масло и канадский бальзам смываются бензином, наркозным эфиром или ксилолом).

    Сохраняя в порядке и чистоте металлические детали микроскопа, особое внимание следует обращать на чистоту его оптических частей, особенно объективов.

    Для того, чтобы предохранить объективы от оседания пыли на их внутренних поверхностях, следует всегда оставлять один из окуляров в тубусе микроскопа.

    Никогда не следует касаться поверхностей линз пальцами, так как это загрязняет их жиром и потом.

    Для чистки внешних поверхностей линз следует первоначально удалить пыль очень мягкой кисточкой, предварительно хорошо промытой в эфире и хранящейся завернутой в чистую бумагу в особой коробочке.

    Если после удаления пыли кистью, поверхность линзы все же остается недостаточно чистой, то ее следует слегка протереть мягкой, много раз стираной (в последний раз без мыла) полотняной или лучше батистовой тряпочкой, слегка смоченной бензином, наркозным эфиром или ксилолом. Во избежание выпадания фронтальной линзы чистка объектива спиртом не допускается.

    Гораздо труднее удалить пыль с глубоко сидящей в оправе последней линзы объектива: в этом случае, после удаления пыли мягкой беличьей или колонковой кисточкой, поверхность линзы протирается очень осторожно чистой батистовой тряпочкой, навернутой на деревянную палочку. Лучше такой загрязненный объектив для чистки отправить в специальную мастерскую. Точно также следует поступать и с загрязненными окулярами.

    Развинчивать и разбирать объектив нельзя — объектив будет испорчен.

    Как работает микроскоп

    Как работает микроскоп

    Микроскоп является одним из наиболее важных изобретений человечества, который позволил углубиться в изучение окружающего нас мира. И это невероятное открытие сделал голландский ученый Антон Ван Левенгук. Именно он стал первопроходцем в микроскопии, направив несколько линз на воду и растения и обнаружив, что при определённой установке и порядке крепления линз можно увидеть совершенно новый, скрытый от невооруженного человеческого глаза мир.

    Это открытие принесло ученому всемирную славу и признание. За всю свою жизнь он сделал более трёх сотен приборов. На то время они состояли из небольшой сферической линзы, которая имела диаметр примерно в пол сантиметра, предметный столик, который с помощью винта можно было приближать и отдалять от линзы. Штатива не предусматривалось, что было неудобно, так как прибор держали в руках.

    Если посмотреть на это изобретение с точки зрения современной оптики, то находку голландского ученого скорее можно отнести к сильной лупе, так как оптическая часть данного прибора имеет только одну линзу.

    Постепенно микроскопы эволюционировали и стали более сильными и совершенными. Теперь с их помощью можно рассматривать даже самые маленькие частички нашего мира, клетки, вирусы, бактерии.

    Как работает микроскоп

    В работе микроскопа присутствует тот же принцип, что и в телескопе-рефлекторе. В телескопе лучи света, когда проходят через стекло или стеклянную линзу, преломляются под определённым углом. Телескоп собирает параллельные лучи воедино в точку фокуса, откуда с помощью окуляра мы можем её видеть. Что касается микроскопа, то тут очень схожий принцип действия. Сперва расходящийся пучок света становится параллельным, после чего преломляется в окуляре, чтоб наблюдающий мог разглядеть картинку.

    1. Окуляр
    2. Тубус
    3. Держатель
    4. Винт грубой фокусировки
    5. Винт точной (микрометренной) фокусировки
    6. Револьверная головка
    7. Объектив
    8. Предметный столик

    1. Осветитель
    2. Ирисовая полевая диафрагма
    3. Зеркало
    4. Ирисовая апертурная диафрагма
    5. Конденсор
    6. Препарат
    7. Увеличенное действительное промежуточное изображение препарата, образуемое объективом
    8. Увеличенное мнимое окончательное изображение препарата, наблюдаемое в окуляре
    9. Объектив
    10. Окуляр

    Функциональные составные микроскопа

    Данное оборудование содержит в себе три главные составные части: осветительная, воспроизводящая и визуализирующая. Осветительная составная микроскопа необходима для того, чтоб воссоздавать поток света так, чтоб другие части прибора, как можно точнее делали свою работу. Осветительная часть оборудования для проходящего светового потока находится непосредственно за препаратом, если микроскоп прямой, а если микроскоп инвертированный, то перед объектом и поверх объектива.

    Осветительная составная прибора содержит в себе источник освещения, который может быть представлен лампой, или же электрическим блоком питания, а также оптико-механическую часть, в которую входят: конденсоры, коллекторы, полевые и апертурные регулируемые и ирисовые диафрагмы.

    Воспроизводящая составная микроскопа нужна для того, чтоб воспроизводить объект непосредственно в горизонтали картинки с необходимым для рассмотрения визуальными качествами и увеличением. Это значит, что воспроизводящая составная нужна для такого отображения картинки в окуляре, какое наиболее точно и детально показывает объект с определённым разрешением для оптики микроскопа передачей цвета и контрастности.

    С помощью воспроизводящей части удаётся добиться первой ступени увеличения картинки и находится она за объектом до горизонтали изображения прибора. Воспроизводящие части прибора также имеют объективы, и промежуточные системы стационарной оптики.

    Сегодня это оборудование работает с помощью специальных систем объективов и оптики, которые скорректированы на отметку бесконечности. Для этого в приборах используют тубусные системы, благодаря которым параллельные лучи света, выходящие через объектив, соединяются в плоскости картинки в микроскопе.

    Визуализирующие составные прибора необходимы для того, чтоб получать настоящую картинку исследуемого предмета на сетчатке, пластине, пленке, на мониторе с большой второй степенью увеличения.

    Визуализирующие части в микроскопе находится между камерой или сетчаткой глаза, а также горизонталью картинки объектива. Эти части содержат в себе визуальные насадки монокулярного, бинокулярного или тринокулярного типа со специальными системами наблюдения, которые представляет собой окуляры, работающие по принципу лупы.

    Помимо этого, визуализирующая часть микроскопа также содержит в себе дополнительные увеличительные системы, всевозможные насадки для проекции, включая также и дискуссионные для нескольких исследователей. Также система включает в себя приспособления для рисования, проведения анализа, а также фиксирования картинки с определёнными согласующими частями.

    Главные способы работы с микроскопом

    Метод светлого поля в проходящем свете применяется для того, чтоб изучить прозрачные объекты с различными неоднородными составляющими. Это могут быть срезы растительной и животной ткани, отдельные минералы, а также самые простые микроорганизмы в жидкости. Конденсор, а также источник света стоят боле низко, чем предметный стол. Картинку объекта формирует световой луч, который проходит сквозь прозрачную часть и поглощается составными частями с более высокой оптической плотностью. Если есть необходимость увеличить контрастность картинки, то могут добавляться красители, степень концентрации которых увеличивается с плотностью участка объекта.

    Светлое поле в отраженном свете необходимо для того, чтоб разглядеть непрозрачные объекты, и всевозможные объекты, из которых нет возможности взять образец для создания полупрозрачных препаратов. Свет на объект исследования проходит как правило, сквозь объектив, который в этом варианте ещё и служит своеобразным конденсором.

    Способ темнопольный и косого освещения применяются для изучения объектов с чрезвычайно низкой контрастностью, таких как прозрачные живые клетки. Свет для изучения предмета подают не снизу, а сбоку, из-за чего появляются тени, благодаря которым становятся явными плотные части. Если освещение конденсора переместить так, чтоб его свет не попадал на объектив, а образец освещался лучами сбоку, можно увидеть белый объектив на черном фоне. Оба данных способа подходят исключительно для таких приборов, в которых можно относительно оси оптики менять расположение конденсора.

    Микроскоп

    Микроскоп

    (Этот отрывок был адаптирован из Microbiology: A Laboratory Manual, 5-е издание, Капучино, J. S. и Шерман, Н., Бенджамин/Каммингс Издательство науки.)

    Цели

    1. Ознакомиться с историей и разнообразием микроскопии. инструменты.

    2. Чтобы понять компоненты, использование и уход за компаундом светлопольный микроскоп.

    3. Научиться правильно пользоваться микроскопом для наблюдения и измерение микроорганизмов.

     

    ВВЕДЕНИЕ

     

    Микробиология, отрасль науки, которая так широко распространилась и расширил наши знания о живом мире, обязан своим существованием Антони ван Левенгук. В 1673 году с помощью грубого микроскопа состоит из двояковогнутой линзы, заключенной в две металлические пластины, Левенгук познакомил мир с существованием микробных форм жизни. С годами микроскопы эволюционировали от простых, однолинзовый прибор Левенгука, с увеличением 300, до современных электронных микроскопов, способных увеличивать более 250 000. Микроскопы обозначаются как световые микроскопы или электронные микроскопы. Первые используют видимый свет или ультрафиолетовые лучи для освещения образцов. Они включают светлое поле, темнопольные, фазово-контрастные и флуоресцентные приборы. Флуоресцентный микроскопы используют ультрафиолетовое излучение, длина волны которого короче чем видимый свет, и не воспринимаются непосредственно человеческий глаз. Электронные микроскопы используют электронные лучи вместо света лучи и магниты вместо линз для наблюдения субмикроскопических частицы.

     

    Основные характеристики различных микроскопов

     

    Микроскоп светлого поля

    Этот прибор содержит две системы линз для увеличения образцы: окулярная линза в окуляре и линза объектива расположен в носовой части. Образец освещается лучом вольфрамовый свет, сфокусированный на нем линзой вспомогательного столика, называемой конденсором, в результате образец кажется темным на ярком фон. Основным недостатком этой системы является отсутствие контраст между образцом и окружающей средой, что делает трудно наблюдать за живыми клетками. Поэтому большинство светлопольных наблюдения проводят на нежизнеспособных, окрашенных препаратах.

     

    Микроскоп темного поля

    Аналогичен обычному световому микроскопу; Тем не менее система конденсатора модифицирована таким образом, что образец не освещается напрямую. Конденсатор направляет свет наклонно, так что свет отклоняется или рассеивается от образца, который затем выглядит ярким на темном фоне. Живые экземпляры могут быть легче наблюдать с темным полем, чем со светлым полем микроскопия.

     

    Фазово-контрастный микроскоп

    Возможно наблюдение микроорганизмов в неокрашенном состоянии с этим микроскопом. Его оптика включает в себя специальные объективы и конденсор, делающий видимыми клеточные компоненты, отличающиеся только немного в своих показателях преломления. Поскольку свет проходит через образец с показателем преломления, отличным от окружающей среде часть света преломляется (искажается) из-за незначительные вариации плотности и толщины клеточного составные части. Специальная оптика преобразует разницу между проходящего света и преломленных лучей, что приводит к значительному изменение интенсивности света и тем самым создание различимое изображение исследуемой структуры. Изображение появляется темный на светлом фоне.

     

    Флуоресцентный микроскоп

    Этот микроскоп чаще всего используется для визуализации образцов которые химически помечены флуоресцентным красителем. Источник Освещение – это ультрафиолетовое (УФ) излучение, получаемое ртутная лампа высокого давления или водородная кварцевая лампа. Окулярная линза оснащен фильтром, пропускающим более длительное ультрафиолетовое излучение. длины волн проходят, в то время как более короткие волны блокируются или устранено. Ультрафиолетовые лучи поглощаются флуоресцентными метка и энергия переизлучается в виде другого длина волны в видимом диапазоне. Флуоресцентные красители поглощают при длины волн от 230 до 350 нанометров (нм) и излучают оранжевый цвет, желтый или зеленоватый свет. Этот микроскоп используется в основном для выявление реакций антиген-антитело. Антитела конъюгированы флуоресцентным красителем, который возбуждается в присутствии ультрафиолетовым светом, и флуоресцентная часть красителя становится видны на черном фоне.

     

    Электронный микроскоп

    Этот прибор обеспечивает революционный метод микроскопии, с увеличением до миллиона. Это позволяет визуализировать субмикроскопические клеточные частицы, а также вирусные агенты. в электронный микроскоп, образец освещается лучом электроны, а не свет, а фокусировка осуществляется электромагниты вместо комплекта оптики. Эти компоненты запаивают в трубку, в которой создается полный вакуум. Трансмиссионные электронные микроскопы требуют тонкостенных образцов. подготовлен, закреплен и обезвожен для свободного прохождения электронного луча через них. Когда электроны проходят через образец, изображения формируется путем направления электронов на фотопленку, таким образом делает видимыми внутренние клеточные структуры. Сканирующий электрон микроскопы используются для визуализации характеристик поверхности, а не чем внутриклеточные структуры. Узкий пучок электронов сканирует назад и далее, создавая трехмерное изображение по мере того, как электроны отражается от поверхности образца.

     

    В то время как у ученых есть множество оптических инструментов, с помощью которых для выполнения рутинных лабораторных процедур и сложных исследований, составной светлопольный микроскоп является «рабочей лошадкой» и обычно встречается во всех биологических лабораториях. Хотя вы должны быть знакомы с основными принципами микроскопии, вы, вероятно, не сталкивался с этим разнообразным набором сложных и дорогих оборудование. Таким образом, только составной светлопольный микроскоп будет подробно обсуждаться и использоваться для исследования образцов.

     

    ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРОСКОПА

     

    ЦЕЛИ

    Ознакомиться с:

     

    1. Теоретические основы светлопольной микроскопии.

    2. Составные части составного микроскопа.

    3. Использование составного микроскопа и уход за ним.

    4. Практическое использование составного микроскопа для визуализации клеточная морфология из окрашенных препаратов слайдов.

     

    ПРИНЦИП

    Микробиология – это наука, изучающая живые организмы, слишком мал, чтобы увидеть его невооруженным глазом. Надо ли говорить, что такой исследование должно включать использование хорошего составного микроскопа. Несмотря на то что видов и вариаций много, все они в основе своей состоят двухлинзовая система, переменный, но управляемый источник света, и механические регулируемые детали для определения фокусного расстояния между линзы и образец.

     

    Компоненты микроскопа

     

    Этап

    Стационарная платформа с отверстием в центре позволяет прохождение света от источника освещения внизу к линзе система над сценой. Эта платформа обеспечивает поверхность для размещение предметного стекла с образцом над центральным отверстием. В В дополнение к фиксированному предметному столику большинство микроскопов имеют механический предметный столик. который можно перемещать по вертикали или горизонтали с помощью регулировки контролирует. Менее сложные микроскопы имеют зажимы на фиксированной части. этап, и слайд должен быть помещен вручную над центральной открытие.

     

    Освещение

    Источник света расположен в основании прибора. Некоторые микроскопы оборудованы встроенным источником света. обеспечить прямое освещение. Другие снабжены зеркалом; один сторона плоская, а другая вогнутая.

    Внешний источник света, например лампа, помещается перед зеркало, чтобы направить свет вверх в систему линз. Квартира сторона зеркала используется для искусственного освещения, а вогнутая сторона для солнечного света.

     

    Конденсатор Аббе

    Этот компонент находится прямо под сценой и содержит два наборы линз, которые собирают и концентрируют свет, проходящий вверх от источник света в систему линз. Конденсатор оборудован с ирисовой диафрагмой, затвор, управляемый рычагом, который используется для регулирования количества света, попадающего в систему линз.

    Трубка корпуса

    Над предметным столиком и прикрепленным к штативу микроскопа находится Тело трубы. В этой структуре находится система линз, которая увеличивает образец. Верхний конец трубки содержит окуляр или окуляр. объектив. Нижняя часть состоит из подвижной носовой части, содержащей линзы объектива. Вращение револьверной головки позиционирует объективы над проемом сцены. Трубку корпуса можно поднять или опустить с помощью с помощью ручек грубой и точной регулировки, расположенные над или под сценой, в зависимости от типа и исполнения инструмент.

     

    Теоретические основы микроскопии

     

    Чтобы использовать микроскоп эффективно и с минимальным разочарованием, Вы должны понимать основные принципы микроскопии: Увеличение, разрешение, числовая апертура, освещение и фокусировка.

     

    Увеличение

    Увеличение или увеличение образца является функцией двухлинзовая система; окулярная линза находится в окуляре, а линза объектива расположена во вращающейся револьверной головке. Эти линзы разделены корпусной трубкой. Объектив находится ближе к образец и увеличивает его, создавая реальное изображение, которое проецируется в фокальной плоскости, а затем увеличивается окулярной линзой до произвести финальное изображение.

     

    Наиболее часто используемые микроскопы оснащены вращающимся револьвер, содержащий четыре объектива с различными степени увеличения. Когда они сочетаются с увеличение окулярной линзы, полное или суммарное линейное получается увеличение образца.

     

    Разрешающая способность или разрешение

    Хотя увеличение важно, вы должны знать, что неограниченное расширение невозможно только за счет увеличения увеличения силы линз или с помощью дополнительных линз, т.к. линзы ограничены свойством, называемым разрешающей способностью. По определение, разрешающая способность — это способность объектива отображать два соседние объекты как отдельные сущности. Когда объектив не может различать, то есть когда два объекта появляются как один, он имеет потеря разрешения. Увеличение увеличения не исправит потери, и, по сути, размывает объект. Разрешающая способность объектива равна зависит от длины волны используемого света и численного светосила, которая является характеристикой каждого объектива и указана на каждой цели. Числовая апертура определяется как функция диаметр линзы объектива по отношению к его фокусному расстоянию. Он удваивается за счет использования конденсатора подступени; который освещает объект с лучами света, которые проходят через образец наклонно, как так и напрямую. Таким образом, разрешающая способность выражается математически: следующим образом:

     

    Разрешающая способность = длина волны света.

    2 (цифровая апертура)

     

    Исходя из этой формулы, чем короче длина волны, тем больше разрешающая способность объектива. Таким образом, короткие волны электромагнитный спектр лучше подходит, чем более длинные волны с точки зрения числовой апертуры.

    Однако; как и в случае с увеличением, разрешающая способность также имеет пределы. Вы могли бы объяснить, что простое уменьшение длины волны автоматически увеличивает разрешающую способность объектива. Это не так дело в том, что видимая часть электромагнитного спектра очень узкий и граничит с очень короткими длинами волн, найденными в ультрафиолетовая часть спектра.

    Связь между длиной волны и числовой апертурой справедливо только для повышенной разрешающей способности, когда световые лучи параллельно. Следовательно, разрешающая способность зависит от другого фактор, показатель преломления. Это изгибающая сила света проходя через воздух от предметного стекла к линзе объектива. показатель преломления воздуха ниже, чем у стекла, а свет лучи проходят от предметного стекла в воздух, они искривляются или преломляются так, что не проходят в линзу объектива. Этот приведет к потере света, что уменьшит численное диафрагмы и уменьшают разрешающую способность объектива. Потеря преломления света можно компенсировать добавлением минерального масла, который имеет тот же показатель преломления, что и стекло, между предметным стеклом и линза объектива. Таким образом, происходит снижение преломления света. и больше световых лучей попадают непосредственно в линзу объектива, производя яркое изображение с высоким разрешением.

    Освещение

    Эффективное освещение требуется для эффективного увеличения и разрешающая способность. Поскольку интенсивность дневного света является неконтролируемой переменный искусственный свет от вольфрамовой лампы чаще всего используемый источник света в микроскопии. Свет проходит через конденсатор, расположенный под сценой. Конденсатор состоит из двух объективы, которые необходимы для создания максимальной числовой апертуры. Высоту конденсатора можно регулировать с помощью ручки конденсатора. Всегда держите конденсатор рядом со сценой, особенно при использовании маслоиммерсионный объектив.

     

    Между источником света и конденсором находится ирисовая диафрагма, который можно открывать и закрывать с помощью рычага; тем самым регулировка количества света, поступающего в конденсор. Излишний освещение может фактически затемнять образец из-за отсутствия контраст. Количество света, попадающего в микроскоп, зависит от каждого используемого объектива. Эмпирическое правило заключается в том, что, поскольку Увеличение объектива увеличивается, расстояние между объектива и слайда, называемое рабочим расстоянием, уменьшается, тогда как увеличивается числовая апертура объектива.

    Использование и уход за микроскопом

     

    Вы несете ответственность за надлежащий уход и использование микроскопы. Так как микроскопы дороги, вы должны соблюдать следуя правилам и процедурам.

     

    Инструменты размещены в специальных шкафах и должны быть перемещены пользователями на свои лабораторные столы. Правильный и единственно приемлемый Это можно сделать, крепко зажав кронштейн микроскопа правой руку и основание левой рукой и поднимите инструмент из полка шкафа. Поднесите его близко к телу и аккуратно положите на лабораторный стол. Это предотвратит столкновение с мебелью или коллегами и защитит инструмент от повреждений.

     

    После установки микроскопа на лабораторный стол наблюдайте за следующие правила:

    1. Уберите все ненужные материалы, такие как книги, бумаги, кошельки и шляпы с лабораторного стола.

    2. Размотайте электрический провод микроскопа и подключите его к розетке. Электрическая розетка.

    3. Очистите все системы линз; мельчайшая частичка пыли, масла, ворсинок, или ресница снизит эффективность микроскопа. глазной; сканирующие, маломощные и мощные линзы могут быть очищены путем протирания несколько раз подходящей тканью для линз. Никогда не используйте бумажной салфеткой или тканью на поверхности объектива. Если масляная иммерсия линза липкая или липкая, лист бумаги для линз, смоченный метанол используется для очистки. Если линза сильно загрязнена можно очищать ксилолом, однако процедура очистки ксилолом должен выполнять только инструктор и только в случае необходимости. Постоянное использование ксилола может ослабить линзу.

     

    Для обеспечения правильное и эффективное использование микроскопа при фокусировке.

     

    1. Поместите предметное стекло с образцом в сценические клипы на фиксированной сцене. Переместите слайд, чтобы центрировать образец над отверстием предметного столика непосредственно над светом источник.

    2. Поверните сканирующую линзу или маломощную линзу в нужное положение. Наблюдая со стороны, чтобы убедиться, что линза не касается образца, поверните ручку грубой фокусировки, чтобы переместить предметный столик как можно ближе к линзе, не касаясь линзы. (Всегда наблюдайте со стороны, когда перемещаете образец к любой линзе объектива, чтобы убедиться, что линза не проткнет образец и не повредится!)

    3. Теперь, глядя в окуляр, поверните грубую ручку фокусировки и медленно отодвигайте предметный столик от линзы до тех пор, пока образец не попадает в неясный фокус. Затем с помощью ручки точной фокусировки установите образец в резком фокусе.

    4. Если это первый образец за день, вы должны Колерить свой микроскоп в этот момент (пока он находится в фокусе). В противном случае, если ваш микроскоп уже прошел колеринг, вам не нужно будет делать это снова

    5. Регулярно регулируйте источник света с помощью настройки трансформатора источника света и/или ирисовой диафрагмы, для оптимальное освещение для каждого нового слайда и для каждого изменения в увеличение.

    6. Наши микроскопы парфокальные, это означает, что если одна линза находится в фокусе, другие линзы также будут иметь такое же фокусное расстояние и может быть повернут в нужное положение без дальнейшей серьезной регулировки. В практика, однако; обычно пол-оборота ручки точной регулировки в любом направлении необходимо для четкой фокусировки.

    7. После того, как вы навели резкость на образец с помощью маломощный объектив, можно подготовиться к визуализации образец под масляной иммерсией. Нанесите каплю масла на предметное стекло прямо над просматриваемой областью. Поворачивайте носовую часть до тех пор, пока масляный иммерсионный объектив фиксируется на месте. Уход должен быть сделано для того, чтобы объектив большого увеличения не коснулся капли маслом. За слайдом наблюдают сбоку, так как объектив медленно повернулся на место. Это обеспечит достижение цели будет правильно погружен в масло. Ручка точной регулировки есть перенастраивается, чтобы сделать изображение более четким.

    8. При микроскопическом исследовании микробных организмов всегда необходимо соблюдать несколько направлений подготовки. Этот осуществляется путем сканирования слайда без применения дополнительное иммерсионное масло. Это потребует непрерывного, очень тонкого регулировка медленным вращением тонкой только ручка регулировки.

     

    По завершении лабораторного задания верните микроскоп в его шкаф в исходном состоянии. Следующие шаги рекомендуется:

     

    1. Протрите все линзы сухой чистой бумагой для линз. Если вам нужно, вы можете использовать одну или две капли метанола, чтобы очистить линзу. Используйте ксилол только для удаления масла со ступени.

    2. Поместите объектив с малым увеличением на место и сблизьте предметный столик и объективы.

    3. Отцентрируйте механический столик.

    4. Обмотайте электрический провод вокруг трубки корпуса и сцена.

    5. Перенесите микроскоп на место в шкафу в способом, описанным ранее.

     

    Детали составного микроскопа – схема с маркировкой и их функции

    Совместное использование означает заботу!

    В этой статье будет рассмотрена структура составного микроскопа и объяснено, как работает каждая часть, чтобы получить изображения с увеличением.

    Эта статья охватывает

    Обзор микроскопов

    Что такое микроскоп? Микроскоп — это инструмент, используемый для наблюдения за объектами, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.

    У нас есть статья, посвященная истории, типам и эволюции всех видов микроскопов. Если вам интересна эта тема, пожалуйста, нажмите на ссылку выше.

    [На этом рисунке] Название «микроскоп» произошло от двух слов – «микро» и «скоп».
    «Микро» означает маленький или крошечный. «Область» означает просмотр или наблюдение. Следовательно, микроскоп можно понимать как инструмент для наблюдения за крошечными предметами.


    Что такое «сложный микроскоп»?

    Составной микроскоп является наиболее распространенным типом световых (оптических) микроскопов. Термин «составной» относится к микроскопу, имеющему более одной линзы. По сути, составные микроскопы генерируют увеличенные изображения с помощью выровненной пары линз объектива и линзы окуляра. Напротив, «простые микроскопы» имеют только одну выпуклую линзу и больше похожи на стеклянные лупы.

    [На этом рисунке] Два «старинных» микроскопа сыграли важную роль в истории биологии.
    Слева: микроскоп Антона фон Левенгука представлял собой простую стеклянную лупу только с одной выпуклой линзой. Он открыл многие микроорганизмы, такие как Paramecium, с помощью этого простого микроскопа. Справа: Роберт Гук наблюдал за «клетками» с помощью своего модифицированного составного микроскопа. Он создал клеточную теорию, которая гласит, что все организмы состоят из клеток, все жизненные функции происходят в клетках, и все клетки происходят из других клеток.
    Фото предоставлено Olympus.


    Маркированная схема составного микроскопа


    Основные конструктивные части составного микроскопа

    Составной микроскоп состоит из трех основных конструктивных частей.

    1. Головка включает в себя верхнюю часть микроскопа, в которой размещены наиболее важные оптические компоненты, и тубус окуляра микроскопа.
    2. Основание служит основанием микроскопа и содержит осветитель.
    3. Кронштейн соединяется между основанием и головной частью.

    Примечание. При переноске составного микроскопа всегда поднимайте его, одновременно удерживая кронштейн и основание, как показано на рисунке ниже.


    Оптические компоненты составного микроскопа

    Многие оптические части микроскопа работают вместе для увеличения и получения изображения образца, помещенного на предметное стекло. Эти детали включают:

    Окуляр

    Окуляр (или окулярная линза) — это часть линзы в верхней части микроскопа, через которую смотрит зритель. Стандартный окуляр имеет увеличение 10x. Вы можете заменить на дополнительный окуляр в диапазоне от 5x до 30x.

    [На этом рисунке] Структура внутри окуляра.
    Нынешняя конструкция окуляра больше не представляет собой одну выпуклую линзу. Вместо этого окуляр состоит из нескольких оптических линз, работающих вместе, чтобы дать нам наилучшее изображение.
    Фото: Молекулярные выражения.


    Тубус окуляра

    Тубус окуляра содержит линзу окуляра. Он удерживает окуляр в нужном месте, которое идеально совмещается с линзами объектива. Он также размещает окуляр и линзы объектива в пределах диапазона расстояний, создавая сфокусированные изображения.

    Для монокулярных микроскопов имеется только одна окулярная трубка. Бинокулярные микроскопы имеют два окуляра, которые позволяют видеть обоими глазами. Трубка окуляра является гибкой и может поворачиваться/регулироваться в соответствии с расстоянием пользователя между двумя глазами (межзрачковая регулировка). Тринокулярный микроскоп имеет дополнительный третий окуляр для подключения камеры микроскопа.

    [На этом рисунке] Примеры составных монокулярных, бинокулярных и тринокулярных микроскопов.


    [На этом рисунке] Диоптрийная регулировка .
    Окуляры бинокулярных микроскопов обычно имеют кольцо регулировки диоптрий, которое позволяет скорректировать разницу в зрении между двумя глазами. Регулируя его, оба глаза могут видеть четкое изображение.
    Фото предоставлено: Точечная визуализация.


    Объективы

    Объективы являются основными оптическими линзами для визуализации образцов на микроскопе. Объективы собирают свет, проходящий через образец, и фокусируют луч света, формируя увеличенное изображение. Линзы объективов являются наиболее важными частями микроскопа.

    [На этом рисунке] Структура объективов.
    Наиболее важным компонентом формирования изображения в оптическом микроскопе является объектив. Текущий объектив представляет собой сложную многолинзовую сборку, обладающую большой способностью фокусировать световые волны.
    Фото предоставлено Zeiss.


    [На этом рисунке] Набор объективов.
    Каждый объектив имеет информацию (например, увеличение) и этикетку с цветовым кодом сбоку.
    Фото: Accu-scope.


    Обычно составные микроскопы поставляются с 3 или 4 объективами. Наиболее распространенная настройка:

    Линза сканирующего объектива (4x)
    Линза сканирующего объектива обеспечивает наименьшее увеличение из всех объективов. Название «сканирующие» объективы происходит от того факта, что они обеспечивают наблюдателям достаточное увеличение для широкого обзора предметного стекла, по сути, «сканирования» предметного стекла.

    Объектив с малым увеличением (10x)
    Линза объектива с малым увеличением имеет большее увеличение, чем линза сканирующего объектива, и это одна из наиболее полезных линз для обычных целей просмотра.

    Объектив с большим увеличением (40x)
    Объектив с большим увеличением (также известный как «сухая линза») идеально подходит для наблюдения мелких деталей в образце образца.

    Объектив с масляной иммерсией (100x)
    Объектив с масляной иммерсией обеспечивает самое сильное увеличение. Однако показатель преломления воздуха и вашего предметного стекла немного отличается, поэтому необходимо добавить специальное иммерсионное масло, чтобы преодолеть зазор. Без иммерсионного масла 100-кратный объектив не будет работать правильно. Образец выглядит размытым, и вы не сможете достичь идеального увеличения или разрешения.

    Прочтите наши сообщения, чтобы узнать больше об иммерсионном масле.

    [На этом рисунке] «до» и «после» использования иммерсионного масла.
    Левое изображение было сухим (без масла), а правое изображение было с иммерсионным маслом для микроскопа. Обратите внимание на разницу в качестве изображения и разрешении между изображением, снятым всухую и с иммерсионным маслом.


    Объективы с большим увеличением обычно длиннее. В результате кончик объектива с большим увеличением (100x) оказывается очень близко к образцу. Пожалуйста, будьте очень осторожны при просмотре и обращении с объективами с большим увеличением. Прочтите наш пост, чтобы узнать больше советов по уходу за микроскопом.


    Некоторые высококачественные объективы с большим увеличением (начиная с 40x) подпружинены. Подпружиненные линзы объектива втягиваются, если линза объектива ударяется о предметное стекло, предотвращая повреждение как объектива, так и предметного стекла.

    Как рассчитать мощность увеличения?

    Чтобы получить общее увеличение, умножьте увеличение используемого окуляра и объектива:

    Например:
    [10-кратный окуляр] x [40-кратный объектив] = 400-кратное общее увеличение

    [На этом рисунке] Поле зрения одного и того же образца при увеличении от малого до большого.
    При небольшом увеличении (5-кратное и 10-кратное) можно получить общий вид всего образца – кончика корня Vicia (семейство гороха). Подойдя ближе (с большим увеличением), вы начнете замечать клетки и их ядра (синие точки). При большом увеличении (63x и 100x с иммерсионным маслом для линз) можно увидеть, что некоторые ядра выглядят иначе, чем другие. Эти веретенообразные ядра делятся (или находятся в стадии митоза) и их хромосомы (пучки ДНК) расходятся.


    Что означает число на линзе объектива?

    Информация о линзе объектива нанесена сбоку. Ключевой информацией, на которую следует обратить внимание, является увеличение (т. е. 100-кратное), числовая апертура (т. е. 1,25) и требуемая среда (т. е. масло; отсутствие этикетки означает воздух). Высококачественные микроскопы также имеют ахроматические, парцентрированные или парфокальные линзы. Линзы имеют цветовую маркировку и взаимозаменяемы между микроскопами, если они изготовлены в соответствии со стандартами DIN.

    Числовая апертура (NA) определяет предел разрешения, которого может достичь ваш микроскоп. Числовая апертура колеблется от 0,025 для объективов с очень малым увеличением (от 1x до 4x) до 1,6 для объективов с высокими характеристиками, использующих специальные иммерсионные масла. Чем выше числовая апертура, тем лучше разрешение.

    Носовая часть

    Носовая часть также известна как револьверная головка. Револьвер представляет собой круглую конструкцию с линзами объектива. Имеются отверстия, в которые ввинчиваются различные линзы объектива.

    [На этом рисунке] Чтобы установить линзу объектива, поверните объектив влево, чтобы найти резьбу, а затем начните закручивать объектив, как винт, в отверстие.


    Чтобы изменить степень увеличения, просто поверните турель, чтобы выбрать разные цели. Слышимый щелчок определяет правильное положение каждой линзы, когда она встает на место. Поворачивая револьвер, хватайтесь за кольцо за его край, а не за объективы. Использование объективов в качестве рукояток может привести к их смещению и, возможно, к повреждению. Обратите особое внимание на расстояние между объективами и предметными стеклами при переключении с линз с низким увеличением на линзы с большим увеличением.

    [На этом рисунке] Всегда беритесь за кольцо насадки, а не за объективы, чтобы переключать линзы объективов.


    Столик для образцов

    Столик представляет собой плоскую платформу, на которой установлены слайды. Столик имеет отверстие (называемое апертурой ) для прохождения освещающего луча света. Зажимы столика удерживают слайды на месте.

    Если ваш микроскоп оснащен механическим предметным столиком , предметное стекло закреплено на держателе предметных стекол можно перемещать в двух перпендикулярных направлениях (X–Y), поворачивая две ручки. Одна ручка перемещает ползунок влево и вправо; другой перемещает его вперед и назад. Механический столик обеспечивает более стабильные движения предметного стекла вместо того, чтобы перемещать его вручную.

    [На этом рисунке] Механический столик, вид вблизи.


    [На этом рисунке] Используйте элементы управления сценой, чтобы расположить слайд в двух перпендикулярных (X–Y) направлениях.


    Ручки грубой и точной фокусировки

    Для фокусировки микроскопа используются две ручки регулировки: ручка точной фокусировки и ручка грубой фокусировки. Обе ручки могут перемещать сцену вверх и вниз. Вы должны использовать ручку грубой фокусировки, чтобы привести образец в приблизительную или близкую фокусировку. Затем вы используете ручку точной фокусировки, чтобы повысить резкость изображения. При просмотре с мощным объективом тщательно фокусируйтесь, используя только тонкую ручку.

    [На этом рисунке] Пара ручек грубой и точной фокусировки.


    Эти две ручки фокусировки соосны, т. е. расположены на одной оси с ручкой точной фокусировки снаружи. Коаксиальные ручки фокусировки более удобны, поскольку зрителю не нужно нащупывать другую ручку.

    Реечный стопор

    Реечный стопор — это защитная функция, предотвращающая подъем слайда слишком далеко вверх и удар о линзу объектива.

    Осветитель

    Осветитель — это источник света для микроскопа, обычно расположенный в основании микроскопа. Галогенные лампы обычно используются для обеспечения постоянного источника света. В настоящее время светодиодные светильники становятся все более популярными.

    Иногда вместо встроенного освещения используются зеркала. Зеркала используются для отражения света от внешнего источника света вверх через нижнюю часть сцены.

    Конденсор

    Конденсоры представляют собой линзы, которые используются для сбора и фокусировки света от осветителя на образец. Конденсоры часто можно найти под сценой вместе с ирисовой диафрагмой.

    [На этом рисунке] Конденсор собирает свет от источника света и концентрирует его в световой конус, который освещает образец с одинаковой интенсивностью по всему полю зрения.


    Конденсоры имеют решающее значение для получения четких изображений при увеличении в 400 раз и выше. Чем выше увеличение конденсора, тем выше четкость изображения. Для 40-кратного объектива идеален установленный на предметном столике конденсор с числовой апертурой 0,65 или выше. Если ваш микроскоп работает с увеличением 1000x или выше, для большей четкости необходима фокусируемая конденсорная линза с числовой апертурой 1,25 или выше.

    Конденсор Аббе

    Самые сложные микроскопы с увеличением в 1000 раз оснащены конденсором Аббе, который можно фокусировать, перемещая его вверх и вниз. Конденсор Аббе должен быть установлен ближе всего к предметному стеклу на увеличении 1000x и отодвигаться дальше по мере снижения уровня увеличения.

    [На этом рисунке] Слева: Конденсор Аббе и ирисовая диафрагма обычно объединяются и размещаются под предметным столиком. Справа: часть конденсора/диафрагмы перемещается вверх при повороте ручки фокусировки конденсора в рабочее положение.


    Ирисовая диафрагма

    Ирисовая диафрагма расположена под конденсором и над источником света. Этот аппарат можно настроить для изменения интенсивности и размера светового конуса, проецируемого через предметное стекло.

    [На этом рисунке ] Структура ирисовой диафрагмы.


    Конденсор Аббе и ирисовая диафрагма необходимы для высококачественных микроскопов. Вместе они контролируют как фокус, так и количество света, подаваемого на образец, соответственно. Настройка ирисовой диафрагмы и конденсора Аббе зависит от прозрачности образца и желаемой степени контрастности изображения.

    Эти детали необходимы для установки освещения по Кёлеру , которое обеспечивает равномерное освещение образца.

    Ручка фокусировки конденсора

    Эта ручка перемещает конденсор вверх или вниз для управления фокусом освещения на образце.

    Если вы хотите купить составной микроскоп, проверьте «лучший цифровой микроскоп». Вот некоторые ключевые моменты:

    • Составные микроскопы имеют более одной линзы для получения изображений плоских тонких образцов с большим увеличением.
    • Микроскоп состоит из трех основных конструктивных частей: головки, основания и плеча.
    • Всегда поднимайте микроскоп, держа двумя руками за кронштейн и основание.
    • В микроскопе есть две основные оптические линзы: окуляр (10x) и объективы (4x, 10x, 40x, 100x).
    • Суммарная сила увеличения рассчитывается путем умножения увеличения окуляра и объектива.
    • Осветитель обеспечивает источник света. Свет фокусируется конденсором и проходит через образец, помещенный на предметный столик. Затем свет собирается и формируется в изображение с помощью объектива. Мы видим увеличенные изображения через окуляр.
    • Для получения четкого изображения необходима идеальная фокусировка с помощью ручек грубой и точной фокусировки.
    • Ирисовая диафрагма и конденсор Аббе необходимы для получения четких изображений при большом увеличении.

    Делиться — значит заботиться!

    Сканирующая электронная микроскопия — нанотехнологические инструменты

    Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) проецирует и сканирует сфокусированный поток электронов на поверхность для создания изображения. Электроны в пучке взаимодействуют с образцом, тем самым создавая различные сигналы, которые можно использовать для получения информации о топографии и составе поверхности.

    Содержание

    1. Сканирующая электронная микроскопия
      1. Зачем использовать электроны вместо света в микроскопе?
      2. Сравнение оптического микроскопа и сканирующего электронного микроскопа
    2. Как работает сканирующий электронный микроскоп
    3. Взаимодействие образца с электронами
    Родственный:

    Компоненты сканирующего электронного микроскопа

    Зачем использовать электроны вместо света в микроскопе?

    При достаточном освещении человеческий глаз может различить две точки в пространстве на расстоянии 0,2 мм друг от друга без помощи каких-либо дополнительных линз. Это расстояние называется разрешающей способностью или разрешающей способностью глаза . Линза или набор линз (микроскоп) могут использоваться для увеличения этого расстояния и позволяют глазу видеть точки, расположенные намного ближе друг к другу, чем 0,2 мм.

    Современный световой микроскоп имеет максимальное увеличение около 1000х. Разрешающая способность микроскопа ограничена не только количеством и качеством линз, но и длиной волны света, используемого для освещения. Белый свет имеет длину волны от 400 до 700 нанометров (нм), тогда как средняя длина волны в этом диапазоне составляет 550 нм. Это приводит к теоретическому пределу разрешения (не видимости) светового микроскопа в белом свете около 200 – 250 нм. На рисунке ниже показаны две точки на пределе обнаружения, и две отдельные точки все еще можно различить. На правом изображении две точки расположены так близко друг к другу, что центральные пятна перекрываются.

    Две точки, показывающие пределы обнаружения.

    Электронный микроскоп был разработан, когда длина волны стала ограничивающим фактором в световых микроскопах. Электроны имеют гораздо более короткие длины волн, что обеспечивает лучшее разрешение.

    Сравните оптический микроскоп и сканирующий электронный микроскоп

    Поскольку размеры материалов и устройств уменьшаются, многие структуры больше не могут быть охарактеризованы с помощью световой микроскопии. Например, чтобы определить целостность слоя нановолокон для фильтрации, как показано здесь, для характеристики образца требуется электронная микроскопия.

    Изображение нановолокон под оптическим микроскопом. Изображение тех же нановолокон, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа при увеличении в 4000 раз.

    Как работает сканирующий электронный микроскоп

    К основным компонентам SEM относятся:

    • Источник электронов
    • Столб, по которому движутся электроны с помощью электромагнитных линз
    • Детектор электронов
    • Камера для образцов
    • Компьютер и дисплей для просмотра изображений

    Электроны образуются в верхней части колонки, ускоряются вниз и проходят через комбинацию линз и апертур, образуя сфокусированный пучок электронов, который затем попадает на поверхность образца. Сам образец устанавливается на предметный столик в зоне камеры, и (если микроскоп не предназначен для работы в условиях низкого вакуума) как колонка, так и камера откачиваются с помощью комбинации насосов. Уровень вакуума будет зависеть от конструкции микроскопа.

    Схема сканирующего электронного микроскопа.

    Положение электронного луча на образце контролируется сканирующими катушками, расположенными над линзой объектива. Эти катушки позволяют сканировать луч по поверхности образца. Это растрирование или сканирование луча позволяет собирать информацию об определенной области образца. В результате взаимодействия электрона с образцом возникает ряд сигналов. Затем эти сигналы обнаруживаются соответствующими детекторами.

    Взаимодействие образца с электронами

    Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) создает изображения путем сканирования образца пучком электронов высокой энергии. Когда электроны взаимодействуют с образцом, они производят вторичные электроны, обратно рассеянные электроны и характеристическое рентгеновское излучение. Эти сигналы собираются одним или несколькими детекторами для формирования изображений, которые затем отображаются на экране компьютера. Когда электронный пучок попадает на поверхность образца, он проникает в образец на глубину в несколько микрон, в зависимости от ускоряющего напряжения и плотности образца. Многие сигналы, такие как вторичные электроны и рентгеновские лучи, возникают в результате этого взаимодействия внутри образца.

    Схема взаимодействия электронного пучка.

    Максимальное разрешение, получаемое в РЭМ, зависит от множества факторов, таких как размер электронного пятна и объем взаимодействия электронного луча с образцом. Хотя он не может обеспечить атомарное разрешение, некоторые РЭМ могут достигать разрешения менее 1 нм. Как правило, современные полноразмерные SEM обеспечивают разрешение от 1 до 20 нм, тогда как настольные системы могут обеспечивать разрешение 20 нм и более.

    Части светового микроскопа — Как работают световые микроскопы

    Световой микроскоп, будь то простой студенческий микроскоп или сложный исследовательский микроскоп, имеет следующие основные системы:

    • Управление образцом — удерживание и манипулирование образцом предметный столик — место, где находится образец образец все еще находится на предметном столике (поскольку вы смотрите на увеличенное изображение, даже малейшие движения образца могут сместить части изображения из поля вашего зрения). 0602 микроманипулятор — устройство, позволяющее перемещать образец с контролируемыми небольшими шагами по осям x и y (полезно для сканирования предметного стекла)
    • Освещение — проливать свет на образец отражает комнатный свет через образец.) Лампа — излучает свет (обычно лампы представляют собой лампы накаливания с вольфрамовой нитью. Для специальных применений можно использовать ртутные или ксеноновые лампы для получения ультрафиолетового света. В некоторых микроскопах даже используются лазеры для сканирования образец.) реостат — изменяет ток, подаваемый на лампу, для управления интенсивностью производимого света конденсор — система линз, которая выравнивает и фокусирует свет от лампы на образец диафрагмы или точечные отверстия путь для изменения количества света, попадающего на конденсор (для повышения контрастности изображения) Схема типичного студенческого светового микроскопа, показывающая части и световой путь
    • Линзы — формируют изображение линза объектива — собирает свет от образца окуляр — передает и увеличивает изображение от линзы объектива к ваш глаз револьвер — вращающееся крепление для множества объективов тубус – удерживает окуляр на надлежащем расстоянии от линзы объектива и блокирует рассеянный свет
    • Фокус – позиционирует линзу объектива на надлежащем расстоянии от образца ручка грубой фокусировки – используется для наведения объекта в фокус плоскость объектива ручка точной фокусировки — используется для точной настройки фокусировки изображения
    • Опора и выравнивание кронштейн — изогнутая часть, которая удерживает все оптические части на фиксированном расстоянии и выравнивает их зубчатая рейка. Эта система позволяет сфокусировать изображение при смене линз или наблюдателей и отодвинуть линзы от предметного столика при смене образцов.

    Некоторые из упомянутых выше деталей не показаны на диаграмме и различаются в зависимости от микроскопа. Микроскопы бывают двух основных конфигураций: прямой и перевернутой. Микроскоп, показанный на схеме, представляет собой прямой микроскоп , который имеет систему освещения под столиком и систему линз над столиком. Инвертированный микроскоп имеет систему освещения над столиком и систему линз под столиком. Инвертированные микроскопы лучше подходят для просмотра толстых образцов, таких как чашки с культивируемыми клетками, потому что линзы могут приближаться ко дну чашки, где растут клетки.

    Объявление

    Световые микроскопы позволяют выявить структуру живых клеток и тканей, а также неживых образцов, таких как горные породы и полупроводники. Микроскопы могут быть простыми или сложными по конструкции, а некоторые из них могут выполнять более одного типа микроскопии, каждый из которых дает немного отличающуюся информацию. Световой микроскоп значительно расширил наши биомедицинские знания и продолжает оставаться мощным инструментом для ученых.

    Связанные статьи HowStuffWorks

    Other Great Links

    • Lab quality microscopes

    General Information

    • Light Microscopy
    • UCLA Brain Research Institute Microscopy Core Facilities
    • TOPS Learning Systems: TOPScopes
    • PocketScope.com

    Tutorials and Virtual Микроскопы

    • МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ВЫРАЖЕНИЯ: изучение мира оптики и микроскопии
    • Nikon: MicroscopyU
    • Ресурсный центр микроскопии Olympus

    Организации, образовательная информация, отраслевые ресурсы

    • Американское общество микроскопии (MSA) Домашняя страница
    • Американское общество микроскопии: Project Micro
    • MicroWorld: Selected Microscopy Resources for K-12 Education
    • 0 100 00 : Микроскопы
    • MicroWorld: Путеводитель по онлайн-ресурсам по микроскопии и микроанализу
    • Microscopy-Online. com

    Процитируйте это!

    Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks.com:

    Craig Freudenrich, Ph.D. «Как работают световые микроскопы» 25 мая 2001 г.
    HowStuffWorks.com. 14 сентября 2022 г.

    История микроскопа — Кто изобрел микроскоп?

     Кто изобрел первый микроскоп?

    История микроскопа насчитывает столетия.

    Римские философы упоминали в своих трудах «горящие стекла», но первый примитивный микроскоп был создан только в конце 1300-х годов. Две линзы были размещены на противоположных концах трубки.

    Эта простая увеличительная трубка породила современный микроскоп.


    Первый микроскоп

    Шлифование стекла для очков и увеличительных стекол было обычным делом в 13 веке. В конце 16 века несколько голландских производителей линз разработали устройства для увеличения объектов, но в 1609 году Галилео Галилей усовершенствовал первое устройство, известное как микроскоп.

    Голландские производители очков Захариас Янссен и Ханс Липперхей известны как первые люди, разработавшие концепцию сложного микроскопа.

    Поместив линзы разных типов и размеров в противоположные концы трубок, они обнаружили, что маленькие объекты увеличиваются.

    Когда была изобретена скрипка?

    Пожалуйста, включите JavaScript

    Когда была изобретена скрипка?


    Улучшение линз

    Позже, в 16 веке, Антон ван Левенгук начал полировать и шлифовать линзы, когда обнаружил, что линзы определенной формы увеличивают размер изображения.

    Созданные им стеклянные линзы могли увеличивать объект во много раз. Качество его линз позволило ему впервые в истории увидеть множество микроскопических животных, бактерий и сложные детали обычных предметов.

    Левенгук считается основоположником изучения микроскопии и сыграл жизненно важную роль в развитии клеточной теории.


    Ахроматическая линза

    Микроскоп использовался более 100 лет, прежде чем было разработано следующее значительное усовершенствование.

    Пользоваться ранними микроскопами было сложно. Свет преломлялся при прохождении через линзы и изменял внешний вид изображения.

    Когда ахроматическая линза была разработана для использования в очках Честером Муром Холлом в 1729 году., улучшилось качество микроскопов.

    Используя эти специальные линзы, многие люди продолжали бы улучшать остроту зрения микроскопа.


    Механические усовершенствования

    В течение 18 и 19 веков произошло много изменений как в конструкции корпуса, так и в качестве микроскопов.

    Микроскопы стали стабильнее и меньше. Усовершенствования объектива решили многие оптические проблемы, которые были распространены в более ранних версиях.

    С этого момента история микроскопа все расширяется и расширяется благодаря тому, что люди со всего мира одновременно работают над аналогичными модернизациями и технологиями линз.

    Августу Колеру приписывают изобретение способа обеспечения равномерного освещения микроскопа, позволяющего фотографировать образцы.

    Эрнст Лейтц разработал способ, позволяющий использовать один микроскоп с разным увеличением, поместив несколько линз на подвижную турель на конце тубуса линзы.

    В поисках способа сделать видимыми больше цветов светового спектра Эрнст Аббе разработал микроскоп, который через несколько лет предоставит Zeiss инструменты для разработки ультрафиолетового микроскопа.


    Современные технологии улучшения микроскопии

    Изобретение микроскопа позволило ученым и ученым изучать микроскопических существ в окружающем их мире.

    Изучая историю микроскопа, важно понимать, что до тех пор, пока не были обнаружены эти микроскопические существа, причины болезней и недомоганий были теоретизированы, но все еще оставались загадкой.

    Микроскоп позволил людям выйти из мира, контролируемого невидимыми вещами, в мир, где агенты, вызывающие болезни, были видны, названы и со временем предотвращены.

    Чарльз Спенсер продемонстрировал, что свет влияет на восприятие изображений. На разработку микроскопа, работающего без света, ушло более ста лет.

    Первый электронный микроскоп был разработан в 1930-х годах Максом Кноллем и Эрнстом Руской.

    Электронные микроскопы позволяют получить изображения мельчайших частиц, но их нельзя использовать для изучения живых существ. Его увеличение и разрешение не имеют себе равных в световом микроскопе.

    Однако для изучения живых образцов необходим стандартный микроскоп.

    Сканирующая зондовая микроскопия позволяет рассматривать образцы на атомарном уровне, что впервые началось со сканирующего туннельного микроскопа, изобретенного в 1981 году Гердом Беннигом и Генрихом Рорером.

    Позже Бенниг и его коллеги, в 1986 году, изобрели атомно-силовой микроскоп, открыв настоящую эру наноисследований.

    История микроскопа насчитывает столетия, однако первая конструкция Левенгука осталась неизменной с 1600-х годов.


    Подробнее об истории рассказывается здесь, на временной шкале микроскопа.

    Вот несколько интересных фактов о микроскопе!

    Ознакомьтесь с обзором различных типов доступных микроскопов 

    Вернуться из журнала The History of the Microscope в Best Microscope Home

    Узнайте, как размещать рекламу на MicroscopeMaster!

    Методы оптической и цифровой микроскопии и их применение в патологии

    • Список журналов
    • Рукописи авторов HHS
    • NIHMS363450

    Патол анальных клеток (Амст). Авторская рукопись; доступно в PMC 2012 23 марта.

    Опубликовано в окончательной редакции как:

    Патол анальных клеток (Amst). 2011 г.; 34(1-2): 5–18.

    doi: 10.3233/ACP-2011-0006

    PMCID: PMC3310926

    NIHMSID: NIHMS363450

    PMID: 21483100

    , A, C , B и C, *

    . основной инструмент в помощи патологоанатомическим исследованиям. Современная цифровая патология сочетает в себе возможности микроскопии, электронного обнаружения и компьютерного анализа. Он позволяет проводить клеточную, молекулярную и генетическую визуализацию с высокой эффективностью и точностью для облегчения клинического скрининга и диагностики. В этой статье сначала рассматриваются основные концепции микроскопической визуализации, а также вводятся технические характеристики и связанные с ними клинические применения оптических микроскопов, электронных микроскопов, сканирующих туннельных микроскопов и флуоресцентных микроскопов. Обсуждается взаимодействие микроскопии с методами получения цифровых изображений. Недавние разработки и будущие перспективы современных методов микроскопической визуализации, таких как трехмерное и визуализации in vivo анализируют на предмет их клинического потенциала.

    Более 2000 лет назад, примерно за столетие до нашей эры, люди уже открыли, что можно увидеть увеличенное изображение небольшого предмета с помощью прозрачной «линзы» сферической формы. Хотя одна выпуклая линза может увеличить объект более чем в десять раз, этого совершенно недостаточно для того, чтобы люди могли четко наблюдать детали множества мелких объективов [1]. Ближе к концу 16 века голландский торговец очками Янссен и его сын вставили несколько линз в цилиндр и обнаружили, что объект значительно увеличивается, если смотреть через этот собранный цилиндр. Это был первый прототип современного микроскопа и телескопа. Основываясь на этом случайном открытии, Янссен спроектировал и собрал первый составной микроскоп с двумя выпуклыми линзами. Основная концепция составного микроскопа заключается в том, что объект можно последовательно увеличивать с помощью двух выпуклых линз.

    Наблюдая в 1665 году под микроскопом образец мягкой древесины, британский ученый Роберт Гук неожиданно обнаружил, что на образце изображен ряд уникальных «элементов». Гук назвал их «клетками». Спустя годы новый микроскоп, разработанный и собранный голландским ученым Энтони ван Левенгуком, обеспечил гораздо большую силу увеличения, что позволило людям наблюдать значительно больше деталей клеток. Хотя он превосходил все предыдущие микроскопы, он не был еще одним составным микроскопом и фактически использовал только одну выпуклую линзу. Однако благодаря превосходным производственным навыкам Левенгука эта специально изготовленная одинарная выпуклая линза достигла увеличения более чем в 300 раз.

    В течение следующих двух столетий сила увеличения, а также качество изображения составного микроскопа были существенно улучшены. Это произошло, в частности, после того, как открытие и использование новых линзовых сборок позволило устранить или свести к минимуму хроматические и другие оптические аберрации. По сравнению с микроскопами, разработанными в 19 веке, обычные оптические микроскопы, используемые до сих пор, не имеют существенных отличий или улучшений, потому что оптические микроскопы достигли своего максимального ограничения в пространственном разрешении.

    Из-за большого диапазона или флуктуаций оптической длины волны никакими оптическими приборами невозможно создать идеальное изображение природного объекта, даже если бы были устранены все дефекты формы при изготовлении оптических линз. Из-за неизбежной дифракции оптической волны, проходящей через линзу микроскопа, любая точка, изображенная на объекте, является уже не точкой в ​​плоскости изображения, а дифракционным пятном. Если два дифракционных пятна расположены слишком близко друг к другу, две точки неразличимы. При таких обстоятельствах увеличение увеличения линз микроскопических объективов не может дополнительно увеличить пространственное разрешение микроскопов. Для микроскопов, использующих источники света видимого диапазона оптических длин волн, их пространственное разрешение ограничено 0,2 мкм. Таким образом, любые структуры размером менее 0,2 мкм не могут быть различимы с помощью этого типа микроскопа.

    Одним из подходов к увеличению пространственного разрешения микроскопов является уменьшение длины волны оптического излучения или использование электронного луча для замены источника видимого света. Согласно теории волн материи де Бройля, движущиеся электроны по своей природе аналогичны флуктуациям оптических волн. Чем быстрее движутся электроны, тем короче «длина волны» выделяемой энергии. Если электроны могут быть достаточно ускорены, а высвобожденная энергия может быть сведена, движущийся электронный луч также может увеличивать объекты. Основываясь на этой концепции, немецкие инженеры Макс Кнолль и Эрнст Руска в 1919 году собрали первый в мире просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ).38 [2]. Британский инженер Чарльз Оутли изготовил первый сканирующий электронный микроскоп (СЭМ) в 1952 году [3]. Электронная микроскопия была одним из важнейших изобретений 20 века. Поскольку электроны могут быть ускорены до очень высокой скорости, пространственное разрешение электронных микроскопов достигает 0,3 нм. В результате многие невидимые вещества (например, вирусы) под видимым светом становятся «видимыми» под электронным микроскопом.

    В 1983 году двое ученых из лаборатории IBM, Герд Биннинг и Генрих Рорер, изобрели сканирующий туннельный электронный микроскоп (СТМ) [4]. Этот усовершенствованный микроскоп был построен с использованием совершенно иных концепций, чем те, что используются в обычных микроскопах. STM работает на основе так называемого «туннельного эффекта». СТМ не имеет объектива; скорее, он использует зонд. После добавления напряжения между зондом и наблюдаемым объектом возникает туннельный эффект, если расстояние между зондом и поверхностью наблюдаемых объектов достаточно мало (т.е. измеряется в нанометрах). Когда электроны проходят через крошечное пространство между зондом и объектом, генерируется слабый электронный ток. Если расстояние между зондом и объектом меняется, меняется и сила тока. Следовательно, трехмерная форма объекта может быть обнаружена при измерении изменения электронного тока. Пространственное разрешение СТМ может достигать уровня одного атома.

    Несмотря на то, что было разработано множество различных типов микроскопов, основная концепция и структура изображений могут быть просто проиллюстрированы на . Оптическая система микроскопа в основном состоит из объектива и окуляров. Цель линзы объектива состоит в том, чтобы увеличить объект, чтобы пользователь мог ясно наблюдать за ним. Во время наблюдения образец помещают вблизи фокальной плоскости объектива в предметном пространстве, а на промежуточной плоскости сначала создают увеличенное реальное изображение образца. Промежуточная плоскость расположена в фокальной плоскости окуляра, поэтому окуляр работает как лупа для дальнейшего увеличения изображения, проецируемого на промежуточную плоскость изображения. Наконец, наблюдателю предоставляется увеличенное виртуальное перевернутое изображение.

    Открыть в отдельном окне

    Оптический принцип микроскопического изображения.

    Для хорошо спроектированного микроскопа пространственное разрешение в основном определяется линзой объектива. Хотя окуляр также может увеличить изображение, он не может улучшить разрешающую способность микроскопа. Пространственное разрешение оптического микроскопа определяется уравнением Рэлея следующим образом [5]:

    Δ r 0 = 0,62λ ∕  n sin α

    (1)

    где Δ r 0 — минимальное разрешаемое расстояние, λ — длина волны источника света; n — показатель преломления между линзой и объектом, α — полуугловая апертура — половина угла наклона линзы к точкам объектива, а n × sin(α) — числовая апертура (ЧА) линза объектива.

    В случае цифровых микроскопических систем изображение, увеличенное линзой объектива, принимается напрямую (или через релейную линзу) электронными детекторами, такими как ПЗС- или КМОП-детекторы [6, 7]. Электронные детекторы выбираются таким образом, чтобы их шаг пикселя был меньше увеличенного минимального разрешающего расстояния, определяемого линзой объектива. Так что разрешающая способность микроскопа не ухудшается из-за цифровых детекторов.

    На основании приведенного выше уравнения и с учетом следующих практических ограничений: (1) использование видимого света с длиной волны от 390 до 760 нм, (2) максимально достижимая апертура с полууглом 70–75 градусов , и (3) требование использования иммерсионных методов с водой или маслом для увеличения показателя преломления, разрешение обычного оптического микроскопа не может превышать 200 нм.

    Поскольку длина волны электронной волны (луча) намного короче волны видимого света на несколько порядков, разрешающая способность микроскопа, использующего электронный луч, теоретически может достигать примерно 0,3 нм. По этой причине электронная микроскопия [8, 9] разработан на основе принципов электронной оптики, которая может отображать тонкую структуру объектов при очень большом увеличении, используя электронный луч и электронную линзу вместо оптической линзы. Трансмиссионный электронный микроскоп (ПЭМ) является основным представителем электронных микроскопов. ТЭМ названа так потому, что электронный пучок сначала проникает в образец, а затем увеличивается с помощью линзы для электронного формирования изображений для создания изображений. Его оптический путь аналогичен обычному оптическому микроскопу (как показано на рис. ). Пройдя через собирающую линзу, параллельный пучок электронов достигает образца. Когда электронный луч проходит через образец, он несет информацию, связанную с характеристиками образца. Электронное изображение сначала генерируется, когда электронный луч проходит через линзу объектива и контрастную апертуру. После того, как электронное изображение снова увеличивается с помощью промежуточной линзы и проекционной линзы, окончательное электронное изображение отображается на экране электронного монитора. Контрастность электронного изображения определяется уровнем рассеяния электронного пучка при его взаимодействии с атомами в образце. Электронный пучок также меньше рассеивается в более тонких образцах или в некоторых частях с меньшей плотностью. Таким образом, через апертуру линзы проходит больше электронов, что приводит к более яркому изображению. С другой стороны, более толстые образцы или более плотные участки выглядят на изображении темнее. Если образец слишком толстый или слишком плотный, контрастность изображения существенно снижается.

    Открыть в отдельном окне

    Сравнение оптико-микроскопической и электронно-микроскопической систем.

    Несмотря на то, что было разработано и применяется в различных целях большое количество различных типов микроскопов, фактически микроскопы можно разделить на три категории: (1) оптические микроскопы, (2) электронные микроскопы и (3) сканирующие туннельные электронные микроскопы. на основе истории развития микроскопа.

    3.

    1. Оптические микроскопы

    Упрощенный оптический путь обычного оптического микроскопа показан на . Современный оптический микроскоп способен увеличить объект в 1500 раз с пределом пространственного разрешения 0,2 мкм. Оптические микроскопы можно разделить на множество различных типов по различным критериям. Например, по способу освещения различают просвечивающие и отражательные микроскопы. В просвечивающем микроскопе свет проходит через прозрачные предметы. В рефлекторном микроскопе источник света, установленный в верхней части микроскопической линзы, освещает непрозрачные объекты, а отраженный свет улавливается линзой. Микроскопы также можно дифференцировать на основе методов наблюдения, включая микроскопы светлого поля, микроскопы темного поля, фазово-разностные микроскопы, микроскопы поляризованного света, интерференционные микроскопы и флуоресцентные микроскопы [5, 10–13]. В каждом микроскопе можно использовать как метод пропускания, так и метод отражения. Светлопольные микроскопы являются наиболее популярными и широко используемыми из всех микроскопов. При использовании этого типа микроскопа коэффициент пропускания (или поглощения) и коэффициент отражения некоторых наблюдаемых объектов меняются в зависимости от изменения рабочей среды. Амплитуда этих объектов меняется с изменением интенсивности освещения. Бесцветные прозрачные объекты видны только при изменении фазы освещенного света. Поскольку микроскопы светлого поля не могут изменять фазу света, бесцветные прозрачные образцы невидимы при использовании этого типа микроскопа.

    Открыть в отдельном окне

    Иллюстрация оптического пути микроскопа.

    3.2. Электронные микроскопы

    Разрешающая способность электронных микроскопов обычно представлена ​​небольшим расстоянием между двумя соседними и различимыми точками. В 1970-х годах просвечивающие электронные микроскопы смогли достичь разрешения 0,3 нм, в то время как предел разрешения человеческого глаза составляет около 0,1 мм. По сравнению с оптическими микроскопами, которые имеют максимальную силу увеличения в несколько тысяч раз, современные электронные микроскопы могут увеличить максимальную силу увеличения более чем в 300 миллионов раз. С помощью электронных микроскопов можно непосредственно наблюдать некоторые биологические структуры и/или атомные структуры клеток. Несмотря на лучшее пространственное разрешение по сравнению с оптическими микроскопами, электронные микроскопы должны работать в условиях вакуума. Таким образом, их нельзя использовать для наблюдения за живыми биологическими образцами. Кроме того, электронный луч может повредить освещаемые образцы. Другие вопросы (например, оптимальное управление яркостью электронно-лучевой пушки и улучшение качества электронной линзы) еще нуждаются в исследованиях [14].

    3.3. Сканирующие туннельные микроскопы

    Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) также называют «туннельным сканирующим микроскопом». Этот инструмент обнаруживает структуру поверхности объектов на основе туннельного эффекта квантовой механики. СТМ применяет очень тонкий наконечник (в атомной единице своей головки) для обнаружения поверхности образца. Поскольку игла находится очень близко к поверхности образца (<1 нм), атомы в головке иглы перекрываются с электронным облаком электронов на поверхности образца. Если между зондом и образцом приложено напряжение смещения, электроны будут проходить через барьер между зондом и образцом, создавая туннельный ток порядка наноампер (10 -9 А). Контролируя расстояние между иглой и поверхностью образца и точно перемещая иглу вдоль поверхности образца в трех измерениях, детектор может записывать данные, относящиеся к морфологии поверхности, электронным состояниям поверхности и другой соответствующей информации о поверхности образца [15]. ]. СТМ обладает удивительной способностью достигать пространственного разрешения менее 0,1 нм в горизонтальном направлении и менее 0,001 нм в вертикальном направлении. Как правило, когда объекты находятся в твердом состоянии, расстояние между атомами обычно составляет от 0,001 нм до 0,1 нм. Благодаря этому СТМ позволяет ученым определять местонахождение отдельного атома и наблюдать за состоянием атомов и молекул в проводящем материале и структуре поверхности. Следовательно, СТМ обеспечивает значительно более высокое пространственное разрешение, чем другие аналогичные атомные микроскопы. С другой стороны, СТМ могут использовать кончик иглы зонда для точного манипулирования атомами в условиях низкой температуры. Это позволяет использовать СТМ как в качестве измерительного, так и в качестве технологического инструмента в нанометровой технологии [16–18]. Одной из уникальных характеристик СТМ является то, что впервые можно наблюдать статус перестановки атомов на поверхности объекта и соответствующие физико-химические характеристики электронов на поверхности. Из-за широты и размаха перспектив в области исследований и приложений, связанных с науками о поверхности, материалах и жизни, изобретение СТМ было признано международным научным сообществом одним из десяти важнейших достижений науки и техники. технология в 1980-е годы.

    Подводя итоги, можно сказать, что увеличение разрешения микроскопа было активно преследуемой целью в области микроскопических изображений. Используя эти три типа микроскопов, можно наблюдать биологические клетки и микроорганизмы с помощью оптического микроскопа, наблюдать за вирусами с помощью электронного микроскопа и обнаруживать или визуализировать атомы с помощью сканирующего туннельного микроскопа.

    3.4. Флуоресцентные микроскопы

    Хотя флуоресцентный микроскоп можно охарактеризовать как разновидность оптических микроскопов, он обладает многими уникальными характеристиками для получения изображений и применения в областях исследований в области биомедицинских изображений. В этом разделе это обсуждается более подробно. Флуоресцентный микроскоп [19] использует коротковолновый свет для освещения исследуемого образца и заставляет определенные объекты внутри образца излучать флуоресцентный свет. На основе полученного флуоресцентного света можно наблюдать форму и расположение целевых объектов. Сравнивая разницу между флуоресцентным и обычным оптическим микроскопом, одно из основных отличий заключается в том, что в флуоресцентном микроскопе используется высоковольтная ртутная лампа для обеспечения освещения во всех диапазонах света с использованием проекционного метода, при котором свет проецируется на образец. Из-за обычно слабо отраженного флуоресцентного света микроскоп должен иметь большую числовую апертуру, чтобы можно было наблюдать за объектами. В результате числовая апертура флуоресцентных микроскопов больше, чем у обычных оптических микроскопов. Флуоресцентные микроскопы также имеют специальную систему фильтрации, включающую в себя сборку светофильтров и отсекающих фильтров. В частности, флуоресцентный микроскоп имеет следующие уникальные характеристики или требования:

    • 1)

      Требуется источник света достаточной мощности для излучения флуоресцентного света;

    • 2)

      Оснащен набором оптических фильтров, отвечающих требованиям стимуляции различных объектов для излучения различного флуоресцентного света. При выборе подходящей длины волны излучаемого света длина волны излучаемого света может совпадать с длиной волны поглощаемого света, что приводит к максимальному выходу флуоресцентного света;

    • 3)

      Для получения слабых флуоресцентных изображений он оснащен набором отсекающих светофильтров, которые пропускают только выбранный флуоресцентный свет через систему визуализации и блокируют другие типы рассеянного света для увеличения отношение сигнал/шум системы; и

    • 4)

      Система оптического увеличения должна соответствовать характеристике флуоресцентного света, чтобы в конечном итоге получить флуоресцентные изображения с самым высоким пространственным разрешением.

    В связи с этими требованиями современный флуоресцентный микроскоп обычно собирается на основе конструкции дуплексного оптического микроскопа. Оборудованное люминесцентное устройство включает в себя люминесцентный источник света, путь излучения, световые фильтры стимуляции/излучения и другие компоненты.

    • 1)

      Источник флуоресцентного света: источник света, излучающий свет в определенном диапазоне длины волны или энергии, что гарантирует достаточную стимуляцию исследуемого образца и генерирует сильный флуоресцентный свет. Флуоресцентный микроскоп обычно использует ртутную лампу в качестве источника света, способного обеспечить возбуждающий свет с непрерывной длиной волны. Ртутная лампа имеет более сильную энергию на нескольких широко используемых длинах волн света (включая 365 нм, 405 нм, 550 нм и 600 нм).

    • 2)

      Захватывающий световой путь: Он служит в качестве люминесцентного осветительного устройства, состоящего из конденсорной линзы и устройства регулировки фокусировки света. На пути света установлены регулируемые световая и полевая апертуры, фильтры нейтральной плотности (нейтральной плотности), светоделитель и обрабатывающая линза.

    • 3)

      Светофильтры: Набор компонентов оптической фильтрации. Каждый из них имеет определенную ширину волны, которая избирательно позволяет стимулированному/испускаемому свету проходить через оптическую систему микроскопа.

    Подобно другим обычным оптическим микроскопам, флуоресцентные микроскопы можно разделить на две категории в зависимости от их оптического пути [20]: просвечивающая флуоресцентная микроскопия (TFM) и эпифлуоресцентная микроскопия. В TFM свет проходит через конденсор, возбуждая образцы и излучая флуоресцентный свет. В TFM часто используется конденсор темного поля, который может регулировать отражатель так, чтобы свет мог освещать образец с разных направлений. По сравнению с флуоресцентными микроскопами старого образца, TFM имеет ряд преимуществ, в том числе создание сильного флуоресцентного света при наблюдении за образцом при малом увеличении. К недостаткам можно отнести тот факт, что по мере увеличения уровня увеличения флуоресцентный свет ослабевает. Поэтому TFM лучше использовать для наблюдения за более крупными экземплярами. Как показано на рисунке, свет излучается с одной стороны образца, а флуоресцентный свет собирается линзой с другой стороны образца.

    Открыть в отдельном окне

    Иллюстрация оптического пути просвечивающей флуоресцентной микроскопии.

    Недавно разработанная эпифлуоресцентная микроскопия представляет собой новый тип флуоресцентной микроскопии [21]. Отличие эпифлуоресцентной и просвечивающей флуоресцентной микроскопии состоит в том, что объектив в эпифлуоресцентной микроскопии служит сначала хорошо скорректированным конденсором, а затем светособирателем, формирующим изображение. Осветитель направляет свет на образец, сначала пропуская свет через линзу объектива микроскопа на пути к образцу, а затем используя ту же линзу объектива для захвата испускаемого света. Дихроичный светоделитель помещается между оптическим путем под углом 45°, и отраженный возбуждающий свет проходит через линзу объектива и в конечном итоге достигает образца. Испускаемый образцом флуоресцентный свет, а также отраженный возбуждающий или рассеивающий свет одновременно проходят через линзу объектива и попадают на дихроичный сепаратор (зеркало), разделяющий флуоресцентный свет и исходный возбуждающий свет. Оставшийся рассеянный свет дополнительно поглощается отсекающим фильтром. К преимуществам эпифлуоресцентного микроскопа относятся равномерное освещение, четкое изображение и сильный флуоресцентный свет при увеличении степени увеличения.

    Оптический путь эпифлуоресцентного микроскопа показан на . После отражения от дихроичного зеркала возбуждающий свет сходится на образце. Испускаемый образцом флуоресцентный свет сначала проходит через линзу объектива и дихроичное зеркало, а затем собирается детекторным датчиком (зондами). Ключевым компонентом эпифлуоресцентного микроскопа является дихроичный светоделитель. Он включает в себя многослойный оптический интерференционный фильтр, установленный под углом 45° вдоль оптического пути. Он способен избирательно отражать или пропускать свет только в определенном диапазоне длин волн.

    Открыть в отдельном окне

    Иллюстрация оптического пути типичной эпифлуоресцентной микроскопии.

    Хотя трансмиссионные флуоресцентные микроскопы могут давать изображения с достаточно высокой контрастностью при малом увеличении, изображение часто бывает относительно темным по сравнению с использованием эпифлуоресцентного микроскопа. Таким образом, эпифлуоресцентный микроскоп на сегодняшний день более популярен в клинической практике. Кроме того, по сравнению с трансмиссионным флуоресцентным микроскопом эпифлуоресцентный микроскоп имеет следующие характеристики.

    • 1)

      Объектив микроскопа также служит конденсором света. Таким образом, устраняется проблема выравнивания конденсатора. В частности, интенсивность флуоресцентного света изображения увеличивается по мере увеличения числовой апертуры (ЧА) объекта.

    • 2)

      Поскольку возбуждающий свет не проходит через предметные стекла при эпифлуоресцентной микроскопии, уменьшаются потери света. Между тем, возбуждающий и флуоресцентный свет распространяются в направлении, противоположном линзе объектива. Два световых луча расходятся друг с другом без помех. Некоторое количество рассеянного света возбуждения может достигать объекта, и они в основном отражаются дихроичным зеркалом к ​​источнику света. Таким образом, между линзой объектива и детектором (зондом) обычно устанавливается очень тонкий фильтр для поглощения небольшой доли остаточного рассеянного света, проходящего через линзу объектива.

    • 3)

      В отличие от использования пропускающего типа возбуждения, при котором большая часть флуоресцентного света создается в нижней части образца и должна проходить через срез образца, вызывая неизбежное рассеяние света, в эпифлуоресцентном микроскопе свет источник и плоскость наблюдения находятся в одной плоскости. Следовательно, нет потери интенсивности флуоресценции и никакого влияния на качество изображения. В частности, он имеет уникальные преимущества при использовании для исследования толстых срезов образцов с бактериями и тканевой культурой.

    • 4)

      Поскольку ультрафиолетовый (УФ) свет должен проходить через линзу объектива, необходимо учитывать коэффициент пропускания линзы объектива. В результате была разработана и изготовлена ​​серия специальных объективов, способных пропускать УФ-свет. Однако в трансмиссионном флуоресцентном микроскопе такой специальный объектив не требуется.

    Изобретение микроскопа значительно способствовало развитию биологии и медицины. Он демонстрирует тайну микроскопического мира и раскрывает причины болезней с микроскопической точки зрения. Получая микроскопические и патологические изображения патогенных микроорганизмов, медицинские исследователи создали ряд новых академических предметов, включая бактериологию, иммунологию, вирусологию, клеточную патологию и другие. В частности, изобретение электронных микроскопов подняло наблюдение за традиционной патологией с клеточного уровня на субклеточный. В результате современная медицина не может практиковать без микроскопов. Новые микроскопы, такие как конфокальный лазерный сканирующий микроскоп (КЛСМ) [22], атомно-силовой микроскоп (АСМ) и сканирующая туннельная микроскопия (СТМ), дополнительно улучшают разрешение визуализации патологии [23]. В этом разделе мы кратко обсудим применение микроскопов в помощь клиницистам в области биомедицинской инженерии, особенно в диагностике патологических изображений.

    4.1. Оптические микроскопы

    Оптические микроскопы широко используются в клинических лабораториях, связанных с патологией, для диагностики различных заболеваний на основе изучения изменений в жидкостях организма, проникновения вируса и изменения атомных структур [24]. Такая диагностическая информация и отчеты предоставляют клиницистам ценные рекомендации для выбора и реализации оптимальных планов лечения пациентов и контроля их эффективности. В генной инженерии и микроскопической хирургии микроскопы являются важными инструментами для клиницистов. Хотя оптические микроскопы по-прежнему считаются очень важными инструментами в клинических учреждениях, разработка исходных оптических микроскопов на сегодняшний день достаточно зрелая; в частности, оптические характеристики микроскопов достигли идеального уровня, и не осталось места для дальнейшего улучшения. Поэтому текущее развитие оптических микроскопов направлено на поиск новых областей применения, упрощение и удобство использования систем, а также на создание одной системы для множества приложений.

    Поскольку биологический образец обычно представляет собой один из видов мутной среды, он может генерировать сильное рассеяние и поглощение света. В результате свет (или оптическая волна) не может глубоко проникнуть внутрь биологических структур; таким образом, он не может получить четкое изображение биологических структур. С быстрым развитием фотоники были разработаны новые методы визуализации, основанные на фотонике, включая лазерный конфокальный сканирующий микроскоп и оптический сканирующий микроскоп ближнего поля [25, 26]. Во-первых, лазерный конфокальный сканирующий микроскоп представляет собой комбинацию лазерного источника и конфокального микроскопа. В частности, это система, которая использует как конфокальную концепцию традиционной оптической микроскопии, так и лазер в качестве источника света. Затем он использует компьютер для обработки и анализа полученных цифровых изображений наблюдаемых образцов. Непрерывно сканируя несколько слоев живых клеток или срезов тканей, лазерный конфокальный сканирующий микроскоп может получать полные трехмерные изображения каждого структурного слоя отдельной клетки или локальной структуры группы клеток. Оптическая сканирующая микроскопия ближнего поля, основанная на теории зондирования ближнего поля, представляет собой новую технологию, разработанную с использованием игл оптического сканирующего зонда. Он преодолевает ограничения оптической дифракции и способен достигать пространственного разрешения в диапазоне от 10 до 200 нм. Путем дальнейшего объединения с соответствующей оптической спектроскопией использование оптической сканирующей микроскопии ближнего поля создает новый подход к обнаружению и изучению спектральных изображений небольших биологических образцов за пределами нанометрового диапазона. В результате исследователи могут проанализировать единственный биологический атом на сегодняшний день.

    4.2. Электронные микроскопы

    Существует ряд различий между электронными и оптическими микроскопами применительно к патологическим изображениям. При использовании оптических микроскопов для наблюдения за патологическими образцами наблюдателю регулярно необходимо настраивать систему микрофокусировки микроскопа и перемещать образец для достижения оптимального наблюдения за тканевой структурой образца. Использование оптических микроскопов также снижает утомляемость глаз из-за имитации слабого света для глаз. Однако сила увеличения оптического микроскопа намного ниже, чем у электронного микроскопа. Помимо более высокой силы увеличения, электронный микроскоп может отображать на мониторе (экране) более подробные структуры тканей. Он также может проводить вторичное увеличение образца, отображаемого на экране. Таким образом, электронный микроскоп играет важную роль в изучении структур тканей органов человека и других субнанометровых структур.

    Из-за короткой длины волны электронных лучей электрические микроскопы преодолевают ограничение пространственного разрешения, связанное с оптическими микроскопами, что открыло человеческому глазу новые возможности для наблюдения за небольшими структурами на молекулярном и/или атомном уровне. Например, используя электронные микроскопы для наблюдения за клетками, исследователи однозначно подтвердили существование клеточной мембраны, состоящей из трех тонких слоев одинаковой толщины, но разной плотности. Два внешних слоя имеют более высокую плотность, чем средний (внутренний) слой. При использовании электронных микроскопов для наблюдения за немиелинизированным нервным волокном было обнаружено, что клетка нервной мембраны волокна содержит несколько стержней (т. е. от 2 до 9).). Используя электронные микроскопы для наблюдения и изучения мышечной структуры, исследователи обнаружили две важные характеристики мышечного волокна: (1) мышечное волокно изображает горизонтальные светлые и темные полосы в правильном порядке (а именно структуру горизонтальных полос), и (2) мышечное волокно на самом деле состоит из более тонких волокон, расположенных перпендикулярно основному волокну. Используя электронные микроскопы для изучения атомной структуры нуклеиновой кислоты, наблюдатели могут определить линейный статус внутри структуры атома нуклеиновой кислоты диаметром около 20°. Эти примеры свидетельствуют о том, что применение электронных микроскопов значительно ускоряет возможность исследования тайны жизни, а также играет важную роль в развитии медицины, а также в улучшении здоровья человека [27].

    Электронные микроскопы доказали свою важность во многих областях патологии. Например, электронные микроскопы применялись для патологической диагностики образцов почечной биопсии. Почечная гломерулярная недостаточность является часто диагностируемым заболеванием в клинической практике и может быть классифицирована как первичная и вторичная. Для более точной диагностики патологии почечных клубочков часто используют пункционную биопсию почки. Помимо различения различных паттернов морфологических и тканевых элементов внутри клубочков, электронные микроскопы можно использовать для наблюдения и обнаружения микроструктурных аберраций или изменений, особенно в эпителиальных клетках, брыжейке, базальной мембране и интерстициальном веществе, которые невозможно наблюдать или обнаружить. с помощью обычных оптических микроскопов. Анализируя наблюдаемые микроизменения, врачи могут определить, имеются ли электронно-плотные отложения и соответствующие места. Однако единственная электронная микроскопическая технология также имеет ограничения. Чтобы сделать биопсию почки более полезной и точной в диагностике патологии, необходимо сочетание нескольких технологий, включая оптимальное использование обычных оптических микроскопов, иммунофлуоресцентных микроскопов и электронных микроскопов [23].

    Использование электронного микроскопа не только улучшило и расширило знания о патологии, но и обеспечило надежную основу для диагностики многих заболеваний. С быстрым развитием науки и техники электронные микроскопы были и будут широко использоваться в патологической диагностике. Тем не менее, технология одиночной электронной микроскопии имеет некоторые ограничения в патологической диагностике. Например, поле зрения (FOV) существенно уменьшается из-за высокого пространственного разрешения электронного микроскопа. Каждый FOV обычно может отображать только одну ячейку или частичную структуру ячейки. При этом вместо клеток наблюдатели могут наблюдать только неподвижные и мертвые особи in vivo . Поэтому при активном использовании электронных микроскопов в клинической практике необходимо сочетать и другие технологии, такие как количественный анализ морфологии микроструктурных изменений с помощью обработки изображений, технологию гибридизации нуклеиновых кислот in situ и индексы апоптоза наблюдения с помощью электронных микроскопов. Между тем, сканирующий туннельный микроскоп и атомно-силовой микроскоп также были недавно внедрены в патологическую область для улучшения технологии электронной микроскопии. Благодаря более тесной связи с компьютерными технологиями наблюдатели (т. е. патологоанатомы) могут более легко и удобно использовать электронные микроскопы и управлять ими через подключенные компьютерные и сетевые системы.

    4.3. Флуоресцентные микроскопы

    При облучении светом с короткими длинами волн (например, ультрафиолетовым и фиолетовым синим светом 250–400 нм) некоторые вещества могут возбуждаться за счет поглощения энергии и излучать свет с большей длиной волны с деградацией энергии, включая синий, зеленый, желтый или красный свет с длиной волны от 400 нм до 800 нм. Это называется фотолюминесценцией [28]. Некоторые образцы, естественно, могут генерировать флуоресцентный свет, когда они освещаются светом с соответствующей длиной волны. Например, большинство липидов и белков могут излучать флуоресцентный свет синего цвета. Это явление называется автофлуоресценцией или первичной флуоресценцией. Однако большинство веществ генерируют флуоресцентный свет только тогда, когда они окрашиваются флуорохромами и экспонируются в свете коротких волн.

    В 1930-х годах флуоресцентное окрашивание применялось для исследования и наблюдения за морфологией бактерий, плесени, клеток и волокон. Например, Mycobacterium tuberculosis можно обнаружить в мокроте с помощью методов окрашивания кислотоустойчивых бактерий. В 1940-х годах была изобретена технология флуоресцентного окрашивания белков, которая широко применялась для рутинного клинического иммунофлуоресцентного окрашивания, позволяющего исследовать и определять местонахождение вирусов, бактерий, плесени, простейших, паразитов, антигенов и антител у животных и людей. Он использовался для исследования патогенеза и причины заболеваний, таких как классификация и диагностика гломерулярных заболеваний и выявление связи между вирусом папилломы человека (ВПЧ) и раком шейки матки. Флуоресцентный микроскоп, специальный инструмент для обнаружения флуоресценции, находит все большее применение в клинических исследованиях и диагностике заболеваний [29].]. Система связи между флуоресцентным микроскопом и флуоресцентным спектрометром широко используется в клеточной биологии, биохимии, физиологии, нейробиологии и патологии. Эти системы могут обеспечить качественный и количественный анализ различных структур как в живых, так и в фиксированных клетках или тканях. Флуоресцентные микроскопы могут наблюдать клетки и структуры, излучающие автофлуоресценцию или окрашенные флуорохромами. Источником света люминесцентного микроскопа является высоковольтная ртутная лампа, излучающая ультрафиолетовый свет с короткими длинами волн. Флуоресцентный микроскоп также оснащен фильтрами возбуждения и дихроичными фильтрами. Флуорохромы в образцах возбуждаются ультрафиолетовым светом и излучают свет разных цветов. Это позволяет анализировать распределение и локализацию флуоресценции внутри клеток или структур. Некоторые ткани могут излучать автоматический или спонтанный флуоресцентный свет. Например, липофосцин внутри нервных или миокардиальных клеток излучает коричневый флуоресцентный свет; Витамин А клеток эпителия печени Ито и пигмент сетчатки излучают зеленый флуоресцентный свет; и моноамины (например, катехоламин, 5-НТ, гистамин) внутри нейроэндокринных клеток и нервных волокон излучают свет разных цветов под действием формальдегида. Хинин и тетрациклин внутри тканей также излучают флуоресцентный свет. Некоторые ткани внутри клеток могут связываться с флуоресцеином, излучая флуоресцентный свет. Например, бромид этидия и акридиновый оранжевый можно комбинировать с ДНК для измерения содержания ДНК. Флуоресцентный микроскоп также широко используется в исследованиях иммуноцитохимии. При использовании флуорохрома для маркировки изотиоцианата и родамина меченое антитело прямо или косвенно может связываться с соответствующим антигеном. Таким образом, клиницисты могут обнаружить наличие и распространение антигена.

    С момента изобретения первого флуоресцентного микроскопа в 1908 году обнаружение флуоресценции постоянно совершенствовалось. Это включает в себя внедрение высоковольтных ртутных ламп и разработку технологии многослойного покрытия, которая позволяет производить высококачественные фильтры возбуждения и отсечки. Благодаря высококачественным оптическим компонентам флуоресцентный микроскоп внес большой вклад в развитие иммунофлуоресценции в 1980-х годах. В 1990-х годах была разработана лазерная сканирующая конфокальная флуоресцентная микроскопия. Он измеряет и определяет распределение флуоресценции в биоптатах клеток и тканей и получает в реальном времени перекрывающиеся фазово-контрастные и флуоресцентные изображения, а также изображения в основных цветах, помеченные двойными флуоресцентными красителями. В настоящее время разработаны более продвинутые технологии, связанные с однофотонной флуоресцентной микроскопией, двухфотонной флуоресцентной микроскопией, конфокальной флуоресцентной микроскопией 4pi [30] и флуоресцентной микроскопией полного внутреннего отражения [31] (флуоресцентная микроскопия полного внутреннего отражения). В результате, используя эти новые инструменты, технология и применение обнаружения флуоресценции могут быть применены или реализованы в большем количестве исследований и клинических приложений в патологии и других биомедицинских областях.

    Хотя микроскопия играет очень важную роль в биологии и медицине, наблюдение осуществляется невооруженным глазом под обычными оптическими микроскопами. Это может привести к утомлению глаз после относительно длительного непрерывного наблюдения. Кроме того, информацию об изображении нельзя сохранять и обрабатывать для различных целей улучшения изображения. Для устранения этих ограничений были разработаны и испытаны цифровые микроскопы. Цифровой микроскоп (или система обработки изображений) представляет собой интегрированную конструкцию, сочетающую в себе традиционный оптический микроскоп, цифровое мультимедиа и цифровую технологию обработки [32, 33]. Как показано на рисунке, цифровая система визуализации микроскопа обычно включает три компонента: оптический модуль микроскопии, модуль сбора данных, модуль цифровой обработки изображений и программные модули управления. Среди этих модулей оптический модуль реализует функцию микроскопического изображения; модуль сбора данных записывает изображения, созданные цифровыми видеоустройствами, включая КМОП, ПЗС, цифровую камеру, хранящиеся в оптическом модуле, в цифровом формате, а затем передает эти цифровые изображения на запоминающие устройства компьютера через другой интерфейс графической карты или интерфейс USB; а программный модуль управления, являющийся ядром всей системы, управляет захватом, обработкой и измерением изображения в режиме реального времени для оптимального улучшения качества изображения. Цифровые изображения можно отслеживать в режиме реального времени с помощью цветного телевизора или компьютерных мониторов. После использования различных методов обработки цифровых изображений цифровые микроскопические системы обработки изображений могут более точно фиксировать и отображать детали изображения. Фактически, установка онлайн-систем получения, обработки и анализа изображений стала важным символом современных передовых микроскопов.

    Открыть в отдельном окне

    Конфигурация современного цифрового микроскопа.

    Благодаря своим существенным технологическим преимуществам технология микроскопической цифровой обработки изображений также использовалась и/или интегрировалась в различные электронные микроскопы. Например, в отличие от традиционной электронной микроскопии, в которой для создания фотографических изображений используется электронный чувствительный пол, цифровой микроскоп, оснащенный системой формирования изображения на ПЗС, преобразует электроны, несущие информацию об изображении, через устройства электрооптического преобразования в световой сигнал и посылает сигнал в ПЗС. После захвата изображений с помощью ПЗС их можно отправить на компьютер через карту сбора изображений для выполнения различных необходимых процедур обработки изображений (как показано на рис. ).

    Открыть в отдельном окне

    Принцип работы системы цифровой микроскопии. 1 – объектив электронного микроскопа; 2 – флуоресцентная пластинка; 3 – призма; 4 – призменный блок; 5 – приводной винт; 6 – двигатель; 7 – Основание; 8 – апертура; 9 – призма; 10 – Линза; 11 – Линза; 12 – ПЗС; 13 – карта получения изображения; и 14 – Компьютер.

    Таким образом, технология цифровой микроскопии является расширением традиционной микроскопии. Он объединяет микроскопию, получение изображений, а также компьютерное управление и технологию обработки для управления и контроля всего процесса визуализации, включая получение изображений, выборку, обработку и хранение данных. Среди них технология получения и обработки изображений является основой технологии цифровых микроскопических изображений.

    Существующие устройства для получения цифровых изображений можно разделить на три категории, включая использование (1) аналоговых камер с платой видеозахвата, (2) цифровых камер потребительского уровня и (3) цифровых камер профессионального уровня. Эти три устройства имеют свои собственные характеристики и области применения, в которых цифровые камеры профессионального уровня являются наиболее популярным выбором в системах цифровой микроскопии изображений. Внедрение технологии цифровой обработки изображений открывает большие возможности для постобработки полученных изображений. В частности, с быстрым развитием более мощных компьютеров цифровые микроскопические изображения могут более эффективно обрабатываться и анализироваться.

    Анализ и обработка изображений могут быть разработаны по индивидуальному заказу или могут использоваться сложные коммерческие пакеты программного обеспечения для обработки микроскопических изображений. Многие профессиональные пакеты программного обеспечения хорошо разработаны с множеством полезных функций или схем. Они могут обеспечить как простое геометрическое измерение, так и сложный анализ для определения взаимосвязи между сложными геометрическими структурами. Обеспечивая абсолютную пространственную калибровку для обеспечения наиболее точных измерений и передовую технологию сегментации изображений, эти коммерческие схемы могут помочь наблюдателям лучше различать перекрывающиеся объекты, обнаруживать контуры и формы малых объектов, идентифицировать похожие объекты или группы и классифицировать их. или отметьте разные объекты разными цветами. Некоторые схемы можно использовать в качестве расширенных аналитических инструментов, которые используют диаграмму спектра, спектральный профиль, псевдоцвет, форму трехмерной поверхности и другие методы для обработки данных и их отображения в различных форматах.

    Преимущество подключения микроскопа к компьютеру заключается в возможности получения цифровых изображений. Используя эти цифровые изображения, ученые-исследователи и клиницисты могут применять различное программное обеспечение для обработки и анализа изображений для получения необходимых экспериментальных данных для различных целей. Например, используя цифровые микроскопы, можно заменить ручной процесс подсчета организмов красных приливов, очень утомительную и трудоемкую задачу. Компьютеризированная программа способна подсчитать общее количество организмов красных приливов, изображенных в образце, и классифицировать организмы красных приливов по группам разного размера. Увеличенные организмы красного прилива можно отобразить на экране компьютера. В результате в сочетании с ручной идентификацией этот компьютеризированный метод значительно снижает трудоемкость ручного подсчета с использованием обычного оптического микроскопа.

    С развитием технологий и особыми требованиями исследовательских проектов было разработано и протестировано множество новых методов микроскопической визуализации, направленных на получение изображений с высоким разрешением и большой глубиной поля, а также в трехмерном стереоскопическом формате. В результате, используя эти новые микроскопические системы визуализации и полученные изображения, клиницисты могут проводить динамические, неразрушающие и неинтервенционные тесты in vivo (в режиме реального времени) в биомедицинских исследованиях и клинической практике. Ниже приведены несколько новых разработок в этой области.

    6.1. Сосуществование большой глубины резкости и высокой силы увеличения

    В обычном оптическом микроскопе большая глубина резкости не может сосуществовать с высокой силой увеличения. В результате из-за ограниченной глубины резкости оптический микроскоп не может получить четкие изображения целевых мелких объектов, расположенных на разной глубине поверхности образца. Использование сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) или конфокальной микроскопии может разрешить противоречие между увеличением и глубиной резкости. В результате можно наблюдать четкие (резкие) изображения с большей глубиной резкости.

    СЭМ использует очень тонкий электронный луч для сканирования поверхности образца. Электроны, образующиеся при сканировании, собираются специально разработанным детектором. Соответствующие электрические сигналы далее подаются на экран ЭЛТ-монитора для формирования трехмерного изображения поверхности образца. Эти изображения также могут быть захвачены в фотографии. Разрешение СЭМ находится между оптической микроскопией и просвечивающей электронной микроскопией (ПЭМ) (т. е. до 3 нм). Между тем, глубина резкости РЭМ в сто раз выше, чем у оптического микроскопа, и как минимум в десять раз больше, чем у ТЭМ. Таким образом, удается получить четкую картинку с большой глубиной резкости.

    Конфокальный микроскоп представляет собой интегрированную технологию, сочетающую оптический и цифровой методы анализа изображений. Это новая технология микроскопической визуализации, особенно полезная для получения изображений неплоских образцов. Он может получить огромную глубину резкости и мельчайшие детали, а также может получить информацию в истинном цвете, которую часто невозможно получить с помощью электронного микроскопа. При использовании конфокального микроскопа сначала настраивают фокус для поиска и достижения образцов, распределенных на разных уровнях глубины, фиксируют все изображения, распределенные на этих уровнях, с помощью цифровых устройств обработки изображений и переносят их на компьютер (каждый из этих аспектов изображение имеет четкое местоположение, отличное от других изображений, которые фиксируют различные части морфологии образца и информацию о цвете). После анализа данных и интеграции с помощью специального программного обеспечения для обработки изображений получается окончательное изображение высокого качества и четкости.

    6.2. Трехмерное изображение

    Современная микроскопия не ограничивается только наблюдением за поверхностью образца. Комбинируя лазерную и конфокальную микроскопию, исследователи и клиницисты могут получать и просматривать изображения поперечных сечений образцов на разных уровнях глубины. Затем, используя компьютеризированную обработку изображений и алгоритмы трехмерной реконструкции, можно получить трехмерный профиль формы образцов с высоким разрешением.

    Основной принцип работы лазерного сканирующего конфокального микроскопа (LSCM) заключается в том, что лазерный луч проходит через точечное отверстие для создания точечного источника света. Лазерный свет проходит через фильтр возбуждения и попадает на светоделитель. Поскольку светоделитель может отражать возбуждающий свет с более короткой длиной волны и передавать свет с более длинной длиной волны, возбуждающий свет отражается от светоделителя и проходит через линзу объектива. Лазерный луч сканирует различные фокальные плоскости, отмеченные флуоресцентными агентами под контролем устройства управления сканированием. Возбужденный свет от флуоресцентных меток проходит через исходный путь падающего света и напрямую возвращается в светоделитель. Пройдя через пропускающий фильтр для определенной длины волны, испускаемый свет, наконец, достигает отверстия обнаружения фотоумножителя (ФЭУ). Путем преобразования тока ФЭУ в цифровые сигналы создается изображение, которое отображается на экране монитора компьютера.

    Поскольку LSCM может непрерывно сканировать живые клетки и образцы ткани или клеточной биопсии слой за слоем для получения изображений на разных уровнях глубины, ее также называют «неразрушающей оптической биопсией». Расстояние между двумя сканированными слоями LSCM может быть менее 0,1 мкм. Используя компьютеризированные алгоритмы реконструкции, можно создавать или получать трехмерные изображения, которые позволяют наблюдать или получать доступ к сложному цитоскелету, хромосомам, органеллам и клеточным мембранам.

    6.3. Обнаружение in vivo

    Наблюдение и мониторинг живых клеток может быть очень полезным во многих исследовательских приложениях, но это сложная техническая задача в области микроскопической визуализации. Чтобы исследователи или клиницисты могли наблюдать за детальной структурой образцов, а также динамически контролировать функцию живых клеток или тканей в режиме реального времени с использованием микроскопических изображений патологии, было разработано и протестировано несколько новых технологий. Например, применяя специальные флуоресцентные зонды для маркировки наблюдаемого материала, исследователи могут использовать LSCM для динамического мониторинга всего процесса изменений в различных местах или тканях клеток после получения стимуляции в режиме реального времени. LSCM также может использоваться во многих приложениях, таких как анализ изменений внутри PH клеток, обнаружение потенциальных изменений в мембранах, обнаружение продукции внутриклеточного реактивного кислорода, тестирование процесса введения лекарств в ткань или клеточную мембрану и определение его положения. измерение резонансной передачи энергии флуоресценции (FRET) и мониторинг многих других живых клеток в режиме реального времени.

    Технология патологической визуализации — это быстрорастущая область академических исследований, промышленных разработок и клинических приложений. В этой статье представлен краткий обзор фундаментальных концепций и обсуждение последних разработок и клинического потенциала современных методов микроскопической визуализации. Обычная оптическая микроскопия была важным инструментом в клинической патологии. Интерфейс оптической микроскопии с методами получения цифровых изображений сочетает в себе возможности оптической визуализации, электронного обнаружения и компьютерного анализа. Эти и другие появляющиеся технологии будут продолжать развиваться, обеспечивая клеточную, молекулярную и генетическую визуализацию, а также визуализацию тканей с высокой эффективностью и точностью, чтобы облегчить клинический скрининг и диагностику.

    Авторы хотели бы выразить благодарность за поддержку в части благотворительного фонда Charles and Jean Smith Chair, а также в части поддержки в виде гранта NIH RO1CA136700.

    [1] Крофт В.Дж. Под микроскопом: краткая история микроскопии. Всемирное научное издательство; Сингапур: 2006. [Google Scholar]

    [2] Bethge H. Электронная микроскопия: начало и настоящее. Ультрамикроскопия. 1982;10(3):181–186. [Google Scholar]

    [3] Bogner A, Jouneau PH, Thollet G, Basset D, Gauthier C. История развития сканирующей электронной микроскопии: на пути к визуализации «мокрого STEM». 2007;38:390–401. [PubMed] [Google Scholar]

    [4] Binnig G, Rohrer H. Сканирующая туннельная микроскопия. Гельветика Физика Акта. 1982;55(6):726–735. [Google Scholar]

    [5] Martin LC. Теория микроскопа. Блэки; 1966. [Google Scholar]

    [6] Inoue S, Spring KR. Видеомикроскопия: основы. Пленум Пресс; Нью-Йорк: 1997. [Google Scholar]

    [7] Басс М. Геометрическая и физическая оптика, поляризованный свет, компоненты и приборы. 3-е изд. Том 1. Компании McGraw-Hill; Нью-Йорк: 2010. Справочник по оптике. [Академия Google]

    [8] Пак Дж.С., Чой К.К., Ким К. Д. Оптически нарезанный микро-PIV с использованием конфокальной лазерной сканирующей микроскопии. Эксперимент в жидкостях. 2004;37(1):105–119. [Google Scholar]

    [9] Дикерсин Г.Р. Диагностическая электронная микроскопия. Медицинское издательство Игаку-Сёин; Нью-Йорк: 1998. [Google Scholar]

    [10] Абрамовиц М. Основы микроскопа и не только. Издательство корпорации Олимп; Нью-Йорк: 1987а. [Google Scholar]

    [11] Абрамовиц М. Метод контраста в микроскопии: проходящий свет. Издательство корпорации Олимп; Нью-Йорк: 1987б. [Google Scholar]

    [12] Абрамовиц М. Флуоресцентная микроскопия: основы. Издательство корпорации Олимп; Нью-Йорк: 1987с. [Google Scholar]

    [13] Дэвидсон М.В., Абрамовиц М. Оптическая микроскопия. Олимп Америка; Нью-Йорк: 1999. [Google Scholar]

    [14] Аллен Т.Д. Методы клеточной биологии. Том 88. Академическая пресса; Лондон: 2008. Введение в электронную микроскопию для биологов. [Google Scholar]

    [15] Stroscio JA, Kaiser WJ. Методы экспериментальной физики. Том 73. Академическая пресса; Лондон: 1993. Сканирующая туннельная микроскопия. [Google Scholar]

    [16] Weinstein MH, Epstein JI. Телепатологическая диагностика игольчатых биопсий. Хум Патол. 1997;28(1):22–29. [PubMed] [Google Scholar]

    [17] Андо Ю. Разработка трехмерных электростатических столиков для сканирующего зондового микроскопа. Датчики и приводы А. 2004; 114: 285–291. [Google Scholar]

    [18] St Fahlbusch S, Mazerolle J, Breguet M, et al. Наноманипуляция в сканирующем электронном микроскопе. Журнал технологии обработки материалов. 2005; 167: 371–382. [Академия Google]

    [19] Герман Б. Флуоресцентная микроскопия. Всемирная издательская корпорация; Пекин: 1998. [Google Scholar]

    [20] Гуанли Ю. Флуоресценция и флуоресцентный микроскоп. Оптические инструменты. 2001; 23:18–29. [Google Scholar]

    [21] Славик Дж. Флуоресцентная микроскопия и флуоресцентные зонды. Пленум Пресс; Нью-Йорк: 1997. [Google Scholar]

    [22] Kino GS, Corle TR. Конфокальная сканирующая оптическая микроскопия и связанные с ней системы визуализации. Академическая пресса; Лондон: 1996. [Google Scholar] 9.0003

    [23] Ho EC, Baker LJ, Savage H, et al. Учебные кронштейны и экраны для микроскопа и фиброоптического назенендоскопа: являются ли они эффективными обучающими устройствами и используем ли мы их? Eur Arch Оториноларингол. 2010; 267: 643–645. [PubMed] [Google Scholar]

    [24] Лейси Эй Джей. Световая микроскопия в биологии – практический подход. 2-е изд. издательства Оксфордского университета; Oxford: 1999. [Google Scholar]

    [25] Pawley JB. Справочник по биологической конфокальной микроскопии. 3-е изд. Спрингер; Нью-Йорк: 2006. [Google Scholar] 9.0003

    [26] Послер М.А., Мойер П. Оптика ближнего поля: терапия, приборостроение и приложения. Уайли; Нью-Йорк: 1996. [Google Scholar]

    [27] Okumura A, Suzuki J, Furukawa I, et al. Анализ сигналов и оценка эффективности сжатия патологических микроскопических изображений. IEEE Trans Med Imaging.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.