Sådan Virker Lysmikroskop

{h1}

Det menneskelige øje savner meget - indtast den fantastiske verden af ​​den mikroskopiske! Udforsk, hvordan et lysmikroskop virker.

Lige siden deres opfindelse i slutningen af ​​1500-tallet har lysmikroskoperne forbedret vores viden om grundlæggende biologi, biomedicinsk forskning, medicinsk diagnostik og materialevidenskab. Lysmikroskoper kan forstørre objekter op til 1000 gange og afsløre mikroskopiske detaljer. Lysmikroskopiteknologi har udviklet sig langt ud over de første mikroskoper af Robert Hooke og Antoni van Leeuwenhoek. Særlige teknikker og optik er blevet udviklet for at afsløre strukturer og biokemi af levende celler. Mikroskoper har endda kommet ind i den digitale tidsalder ved hjælp af opladede enheder (CCD'er) og digitale kameraer til at optage billeder. Men de grundlæggende principper i disse avancerede mikroskoper er meget som de af det studerendes mikroskop, du måske har brugt i din første biologi klasse.

I denne udgave af WordsSideKick.com, vil vi komme ind i den lille verden af ​​lysmikroskoper og undersøge de forskellige teknologier, der lader dem udsætte, hvad der ellers er uopdageligt for det menneskelige øje.

Det grundlæggende

Diagram af et typisk studentelysmikroskop, der viser delene og lysbanen

Diagram af et typisk studentelysmikroskop, der viser delene og lysbanen

Et lysmikroskop virker meget som et brydende teleskop, men med nogle mindre forskelle. Lad os kort gennemgå, hvordan et teleskop fungerer.

Et teleskop skal samle store mængder lys fra et svagt fjernt objekt; Derfor har den brug for en stor objektiv linse at samle så meget lys som muligt og bringe det til et lyst fokus. Fordi objektivlinsen er stor, bringer det billedet af objektet til et fokus på en afstand, hvorfor teleskoperne er meget længere end mikroskoper. Teleskopets okular forstørrer så det billede, da det bringer det til dit øje.

I modsætning til et teleskop skal et mikroskop samle lys fra et lille område af en tynd, godt belyst prøve, der er tæt ved. Så mikroskopet behøver ikke en stor objektivlins. I stedet er objektivet af et mikroskop lille og sfærisk, hvilket betyder, at det har en meget kortere brændvidde på begge sider. Det bringer billedet af objektet i fokus på kort afstand i mikroskopets rør. Billedet forstørres derefter af en anden linse, kaldet an okulær linse eller okular, som det er bragt til øjet.

Den anden store forskel mellem et teleskop og et mikroskop er, at et mikroskop har a lyskilde og a kondensator. Kondensatoren er et linsesystem, der fokuserer lyset fra kilden på et lille, lyst sted af prøven, hvilket er det samme område, som objektivlinsen undersøger.

Også i modsætning til et teleskop, som har en fast objektivlins og udskiftelige okularer, har mikroskoper typisk udskiftelige objektivlinser og faste okularer. Ved at ændre objektivlinserne (går fra relativt fladt, lav forstørrelsesmålsætninger til rounder, forstørrelsesmål) kan et mikroskop bringe i stigende grad mindre områder - lysindsamling er ikke den primære opgave for et objektiv objektiv af et mikroskop, da det er et teleskop

Vi tager et detaljeret kig på dele af et mikroskop senere i artiklen.

Lav et simpelt mikroskop

Du kan lave et simpelt mikroskop ved hjælp af forstørrelsesglas og papir:

  1. Få to forstørrelsesglas og et ark trykt papir.
  2. Hold et forstørrelsesglas en kort afstand over papiret. Billedet af udskriften vil se lidt større ud.
  3. Placer det andet forstørrelsesglas mellem dit øje og det første forstørrelsesglas.
  4. Flyt det andet glas op eller ned, indtil udskriften kommer i skarpt fokus. Du vil bemærke, at udskriften vises større end den gør i det første forstørrelsesglas.

Du kan også lave et simpelt pinhole-mikroskop, der fungerer som et pinhole kamera. For detaljer, se TOPScopes.

Billede kvalitet

Billede af pollenkorn under god lysstyrke (venstre) og dårlig lysstyrke (højre)

Billede af pollenkorn under god lysstyrke (venstre) og dårlig lysstyrke (højre)

Når du ser på en prøve ved hjælp af et mikroskop, vurderes kvaliteten af ​​det billede, du ser, af følgende:

  • lysstyrke - Hvor let eller mørkt er billedet? Lysstyrken er relateret til belysningssystemet og kan ændres ved at ændre spændingen til lampen (rheostat) og justere kondensator- og membran- / pinholeåbningerne. Lysstyrken er også relateret til numerisk blændeåbning af objektivlinsen (jo større er den numeriske blænde, jo lysere billedet).
  • Fokus - Er billedet uklart eller veldefineret? Fokus er relateret til brændvidde og kan styres med fokusknapperne. Tykkelsen af ​​dækglaset på prøvelisten kan også påvirke din evne til at fokusere billedet - det kan være for tykt til objektivlinsen. Den korrekte dækslidtykkelse er skrevet på siden af ​​objektivlinsen.

Sådan virker lysmikroskop: lysmikroskop

Billede af pollenkorn i fokus (venstre) og ude af fokus (højre)
  • Løsning - Hvor tæt kan to punkter i billedet være, før de ikke længere ses som to separate punkter? Opløsningen er relateret til objektivlinsens numeriske blænde (jo højere er den numeriske blænde, jo bedre opløsningen) og lysets bølgelængde passerer gennem objektivet (jo kortere bølgelængden er jo bedre opløsningen).

Sådan virker lysmikroskop: celler

Billede af pollenkorn med god opløsning (venstre) og dårlig opløsning (højre)
  • Kontrast - Hvad er forskellen i belysning mellem tilstødende områder af prøven? Kontrast er relateret til belysningssystemet og kan justeres ved at ændre intensiteten af ​​lyset og membranen / pinholeåbningen. Også kemiske pletter, der påføres prøven, kan forbedre kontrasten.

Sådan virker lysmikroskop: prøven

Billede af pollenkorn med god kontrast (venstre) og dårlig kontrast (højre)

I det næste afsnit taler vi om de forskellige typer mikroskopi.

Typer af mikroskopi

Lysvej af et fase-kontrastmikroskop

Lysvej af et fase-kontrastmikroskop

Et stort problem ved at observere prøver under et mikroskop er, at deres billeder ikke har meget kontrast. Dette gælder især for levende ting (såsom celler), selvom naturlige pigmenter, som f.eks. Det grønne i blade, kan give god kontrast. En måde at forbedre kontrast på er at behandle prøven med farvede pigmenter eller farvestoffer, som binder til specifikke strukturer i prøven. Forskellige typer mikroskopi er blevet udviklet for at forbedre kontrasten i prøver. Specialiseringerne er hovedsageligt i belysningssystemerne, og typer af lys passerer gennem prøven. For eksempel bruger et darkfieldmikroskop en speciel kondensator til at blokere det meste af det lyse lys og belyse prøven med skråt lys, ligesom månen blokerer lyset fra solen i en solformørkelse. Denne optiske opsætning giver en helt mørk baggrund og forbedrer billedets kontrast for at give fine detaljer - lyse områder ved grænserne i prøven.

Her er de forskellige typer lysmikroskopiteknikker:

  • lysfelt - Dette er grundmikroskopkonfigurationen (billederne hidtil er alle fra brightfieldmikroskop). Denne teknik har meget lidt kontrast; I de billeder, du har set hidtil, har meget af kontrast været udført ved at farve prøverne.
  • Darkfield - Denne konfiguration forbedrer kontrast, som nævnt ovenfor. Se molekylære udtryk: Darkfield Microscopy for detaljer og eksempler.
  • Rheinberg belysning - Denne opsætning ligner darkfield, men bruger en række filtre til at fremstille en "optisk farvning" af prøven. Se Molekylære Udtryk: Rheinberg Belysning for detaljer og eksempler.

Følgende teknikker bruger det samme grundlæggende princip som Rheinberg belysning, hvilket giver forskellige resultater ved brug af forskellige optiske komponenter. Grundidéen indebærer at opdele lysstrålen i to veje, der belyser prøven. Lysbølger, der passerer gennem tætte strukturer i prøven, sænker i forhold til dem, der passerer gennem mindre tætte strukturer. Da alle lysbølgerne samles og overføres til okularet, bliver de rekombineret, så de forstyrrer hinanden. Interferensmønstrene giver kontrast: De kan vise mørke områder (mere tætte) på en lys baggrund (mindre tæt) eller skabe en slags falsk tredimensionel (3-D) billede.

  • Fasekontrast - Denne teknik er bedst for at se på levende eksemplarer, såsom dyrkede celler.

I et fasekontrastmikroskop adskiller de ringformede ringe i objektivlinsen og kondensatoren lyset. Lyset, der passerer gennem den centrale del af lysstien, er rekombineret med det lys, der bevæger sig rundt om prøvenes periferi. Interferensen produceret af disse to stier frembringer billeder, hvor de tætte strukturer fremstår mørkere end baggrunden. Se Molekylære Udtryk: Fase Kontrast Mikroskopi for detaljer og eksempler.

Sådan virker lysmikroskop: lysmikroskop

Et fasekontrastbillede af en glialcelle dyrket fra en rottehjerne
  • Differential interferens kontrast (DIC) - DIC bruger polariserende filtre og prismer til at adskille og rekombinere lysvejene, hvilket giver et 3-D udseende til prøven (DIC kaldes også Nomarski efter den mand, der opfandt det). Se Molekylære Udtryk: Differential Interferens Kontrast Mikroskopi for detaljer og eksempler.
  • Hoffman modulering kontrast - Hoffman-modulationskontrast svarer til DIC, bortset fra at den bruger plader med små spalter i både akse og off-aksen af ​​lysbanen for at producere to sæt lysbølger, der passerer gennem prøven. Igen dannes et 3-D billede. Se molekylære udtryk: Hoffman Modulation Contrast Microscopy for detaljer og eksempler.
  • Polarisering - Det polariserede lysmikroskop bruger to polarisatorer, en på hver side af prøven, placeret vinkelret på hinanden, således at kun lys, der passerer gennem prøven, når okularet. Lyset polariseres i et plan, da det passerer gennem det første filter og når prøven. Regelmæssigt adskilte, mønstrede eller krystallinske dele af prøven roterer lyset, der passerer igennem. Nogle af dette roterede lys passerer gennem det andet polariserende filter, så disse regelmæssigt adskilte områder opstår lyse mod en sort baggrund. Se molekylære udtryk: Introduktion til polariseret lysmikroskopi til detaljer og eksempler.
  • Fluorescens - Denne type mikroskop bruger høj energi, kort bølgelængde lys (normalt ultraviolet) til at spotte elektroner inden for visse molekyler inde i en prøve, hvilket får disse elektroner til at skifte til højere baner. Når de falder tilbage til deres oprindelige energiniveauer, udsender de lavere energi, længere bølgelængde lys (normalt i det synlige spektrum), som danner billedet.

I næste afsnit diskuteres fluorescensmikroskopi mere detaljeret.

Præparatfremstilling

Når man observerer en prøve ved overført lys, skal lyset passere gennem prøven for at danne et billede. Jo tykkere prøven, jo mindre lys passerer igennem. Jo mindre lys der passerer, jo mørkere billedet. Derfor skal prøverne være tynde (0,1 til 0,5 mm). Mange levende eksemplarer skal skæres i tynde sektioner før observation.Prøver af sten eller halvledere er for tykke til at blive snittet og observeret af transmitteret lys, så de observeres af det lys, der reflekteres fra deres overflader.

Fluorescensmikroskopi

Lysvej af et epifluorescensmikroskop

Lysvej af et epifluorescensmikroskop

Et fluorescensmikroskop bruger en kviksølv- eller xenonlampe til at producere ultraviolet lys. Lyset kommer ind i mikroskopet og rammer a dichroisk spejl - et spejl, der afspejler en række bølgelængder og tillader et andet område at passere igennem. Det dikroiske spejl afspejler ultraviolet lys op til prøven. Det ultraviolette lys fremkalder fluorescens inden for molekyler i prøven. Objektivets objektiv samler det producerede fluorescerende bølgelængde. Dette fluorescerende lys passerer gennem det dikroiske spejl og et barrierefilter (der eliminerer bølgelængder udover fluorescerende), hvilket gør det til okularet for at danne billedet.

De fluorescerende molekyler i prøven kan enten forekomme naturligt eller indføres. For eksempel kan du plette celler med et farvestof, der hedder calcein / AM. I sig selv er dette farvestof ikke fluorescerende. AM-delen af ​​molekylet skjuler en del af calceinmolekylet, som binder calcium, hvilket er fluorescerende. Når du blander calcein / AM med opløsningen, der bader cellerne, krydser farvestoffet ind i cellen. Levende celler har et enzym, der fjerner AM-delen, fælder calceinen i cellen og gør det muligt for calcein at binde calcium, så det fluorescerer grønt under ultraviolet lys. Døde celler har ikke længere dette enzym. Levende celler vil derfor fluoresceres grønt, og døde celler vil ikke fluoresceres. Du kan se de døde celler i samme prøve, hvis du blander i et andet farvestof kaldet propidiumiodid, som kun trænger ind i de døde celler. Propidiumiodid binder til DNA i kernen og fluorescerer rødt under ultraviolet lys. Denne dobbeltfarveteknik anvendes i toksikologiske undersøgelser for at bestemme procenten af ​​en cellepopulation, der dræbes, når den behandles med noget miljømæssigt kemikalie, såsom et pesticid.

Sådan virker lysmikroskop: mikroskop

Fluorescerende billede af dyrkede rotte-hjerneceller. Levende celler pletter med calcein (venstre) og døde celler pletter med propidiumiodid (højre).

Sådan virker lysmikroskop: prøven

Fluorescerende billede af dyrkede rotte-hjerneceller. Levende celler pletter med calcein (venstre) og døde celler pletter med propidiumiodid (højre).

Fluorescens-mikroskopi teknikker er nyttige til at se strukturer og måle fysiologiske og biokemiske begivenheder i levende celler. Forskellige fluorescerende indikatorer er tilgængelige for at studere mange fysiologisk vigtige kemikalier, såsom DNA, calcium, magnesium, natrium, pH og enzymer. Derudover kan antistoffer, der er specifikke for forskellige biologiske molekyler, bindes kemisk til fluorescerende molekyler og anvendes til at plette specifikke strukturer i celler. Se molekylære udtryk: Fluorescensmikroskopi for detaljer og flere eksempler.

I det næste afsnit undersøger vi komponenterne i et lysmikroskop og deres funktioner.

epifluorescens

er et optisk set-up til et fluorescensmikroskop, hvori objektivlinsen anvendes både til at fokusere ultraviolet lys på prøven og samle fluorescerende lys fra prøven. er mere effektiv end transmitteret fluorescens, hvor en separat linse eller kondensator bruges til at fokusere ultraviolet lys på prøven. tillader også fluorescensmikroskopi at blive kombineret med en anden type på samme mikroskop.

Dele af et lysmikroskop

Et lysmikroskop, enten et simpelt studentmikroskop eller et komplekst forskningsmikroskop, har følgende grundlæggende systemer:

  • Prøvekontrol - Hold og manipulere prøven scene - hvor prøven hviler klip - bruges til at holde prøven stadig på scenen (Fordi du ser på et forstørret billede, kan selv de mindste bevægelser af prøven flytte dele af billedet ud af dit synsfelt.) mikromanipulator - Enhed, der giver dig mulighed for at flytte prøven i kontrollerede, små trin langs x- og y-akserne (nyttig til scanning af et dias)
  • Belysning - kaste lyset på prøven (Det enkleste belysningssystem er et spejl, der afspejler værelset, lyser op gennem prøven.) lampe - producerer lyset (Typisk er lamper wolfram-glødelamper. Til specialiserede applikationer kan kviksølv eller xenonlamper bruges til at producere ultraviolet lys. Nogle mikroskoper bruger endda lasere til at scanne prøven.) rheostat - Ændrer strømmen på lampen for at kontrollere intensiteten af ​​det producerede lys kondensator - Linsesystem, der justerer og fokuserer lyset fra lampen på prøven membraner eller pinhole åbninger - placeret i lysbanen for at ændre mængden af ​​lys, der når kondensatoren (for at øge kontrast i billedet) Diagram af et typisk studentelysmikroskop, der viser delene og lysbanen
  • Linser - danner billedet objektiv linse - samler lys fra prøven okular - transmitterer og forstørrer billedet fra objektivet til øjet næsestykke - roterende mount, der indeholder mange objektive linser rør - holder okularet i den korrekte afstand fra objektivlinsen og blokerer for svagt lys
  • Fokus - Placer objektivlinsen i den korrekte afstand fra prøven grov fokus knap - brugt til at bringe objektet ind i objektivlinsens fokalplan fin-fokus knap - bruges til at foretage fine justeringer for at fokusere billedet
  • Støtte og tilpasning arm - buet del, der holder alle de optiske dele i en fast afstand og justerer dem basen - understøtter vægten af ​​alle mikroskopdelene rør er forbundet til arm af mikroskopet ved hjælp af et tandhjul og tandhjul.Dette system giver dig mulighed for at fokusere billedet, når du skifter linser eller observatører, og flyt linserne væk fra scenen, når du skifter prøver.

Nogle af de ovennævnte dele er ikke vist i diagrammet og varierer mellem mikroskoper. Mikroskoper kommer i to grundlæggende konfigurationer: oprejst og inverteret. Mikroskopet vist i diagrammet er en opretstående mikroskop, som har belysningssystemet under scenen og linsesystemet over scenen. en inverteret mikroskop har belysningssystemet over scenen og linsesystemet under scenen. Inverterede mikroskoper er bedre til at kigge igennem tykke prøver, såsom retter af dyrkede celler, fordi linserne kan komme tættere på bunden af ​​skålen, hvor cellerne vokser.

Lysmikroskoper kan afsløre strukturer af levende celler og væv samt af ikke-levende prøver som sten og halvledere. Mikroskoper kan være enkle eller komplekse i design, og nogle kan gøre mere end en type mikroskopi, som hver især afslører lidt forskellige oplysninger. Lysmikroskopet har stærkt avanceret vores biomedicinske viden og er fortsat et stærkt værktøj til forskere.

Nogle mikroskopvilkår
  • Dybdeskarphed - Lodret afstand fra oven til under brændpunktet, der giver et acceptabelt billede
  • Synsfelt - område af prøven, der kan ses gennem mikroskopet med en given objektivlins
  • Brændvidde - afstand der kræves for en linse for at bringe lyset til et fokus (normalt målt i mikroner)
  • Fokuspunkt / fokus - Punktet hvor lyset fra en linse kommer sammen
  • Forstørrelse - produkt af forstørrelsesbeføjelserne til objektivet og okularlinserne
  • Numerisk blændeåbning - Mål for linsens lette indsamlingsevne
  • Løsning - de nærmeste to objekter kan være før de ikke længere opdages som separate objekter (normalt målt i nanometer)

Andre gode links

  • Lab kvalitet mikroskop

Generelle oplysninger

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

Tutorials og Virtual Microscopes

  • MOLECULAR EXPRESSIONS: Exploring verden af ​​optik og mikroskopi
  • Nikon: MicroscopyU
  • Olympus Microscopy Resource Center

Organisationer, Uddannelsesoplysninger, Industriressourcer

  • Microscopy Society of America (MSA) Hjemmeside
  • Microscopy Society of America: Project Micro
  • MicroWorld: Udvalgte Mikroskopi Ressourcer til K-12 Uddannelse
  • 101Science.com: Mikroskoper
  • MicroWorld: Guide til online mikroskopi og mikroanalyse ressourcer
  • Microscopy-Online.com


Video Supplement: Hvordan virker et lysmikroskop?.




Forskning


Hvorfor Har Hæren En Javelin Missil Simulator?
Hvorfor Har Hæren En Javelin Missil Simulator?

Hvad Er Verdens Mindste Pistol?
Hvad Er Verdens Mindste Pistol?

Videnskab Nyheder


Hvad Var De Værste Metrostopangreb I Historien?
Hvad Var De Værste Metrostopangreb I Historien?

Darpa Ønsker At Øge Din Krops Forsvar - Ved At
Darpa Ønsker At Øge Din Krops Forsvar - Ved At "Tune" Dine Gener

Uddøende Race? Zoo Toils At Gemme Mærkelig 'Scrotum Frog'
Uddøende Race? Zoo Toils At Gemme Mærkelig 'Scrotum Frog'

Falsk Id: Ansigtsgenkendelse På Prøve
Falsk Id: Ansigtsgenkendelse På Prøve

Lost Palace Of Sparta Eventuelt Afdækket
Lost Palace Of Sparta Eventuelt Afdækket


DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com