¿Qué determina la resolución del microscopio?
La resolución de un microscopio es la capacidad
Esta característica se determina principalmentela longitud de onda de la radiación utilizada en microscopía (visible, ultravioleta, radiación de rayos X). La limitación fundamental es la imposibilidad de obtener una imagen de un objeto con la ayuda de una radiación electromagnética, que es de menor tamaño que la longitud de onda de esta radiación.
Es posible "penetrar más profundamente" en el micromundo cuando se utiliza radiación con longitudes de onda más cortas.
¿Cómo funciona un microscopio?
El sistema óptico está diseñado paratransformación espacial del campo de radiación antes del sistema óptico (en el "espacio de los objetos") en el campo después del sistema óptico (en el "espacio de la imagen"). Esta división de "espacios" es muy arbitraria, ya que estos campos "espaciales", diferentes desde el punto de vista de cambios en la estructura del campo, pueden en algunos casos (por ejemplo, al usar espejos) coincidir en tridimensionales físicos. espacio.
Esta organización se logra medianteel uso de elementos ópticos conformados, cuya acción se manifiesta en el fenómeno de refracción, reflexión y dispersión de la radiación. La causa física de todos estos fenómenos es la interferencia.
En muchos casos, para explicar la acciónde un elemento óptico, basta con utilizar los conceptos de la esencia de estos fenómenos, sin desvelar el papel de la interferencia, lo que permite describir el campo de radiación mediante un modelo geométrico formalizado basado en un concepto intuitivo de un "rayo de luz ”y el postulado de la longitud de onda de radiación infinitesimal y la homogeneidad óptica del medio que llena todo el espacio en el que operan las leyes de la óptica geométrica.
Pero en el caso de que resulte necesarioPara tener en cuenta las propiedades de onda de la radiación y tener en cuenta la comparabilidad de las dimensiones del elemento óptico con la longitud de onda de la radiación, la óptica geométrica comienza a dar errores, lo que se denomina difracción, que esencialmente no es un fenómeno independiente, sino solo el misma interferencia.
Que son los microscopios
- Microscopios opticos
El ojo humano es un natural.un sistema óptico caracterizado por una cierta resolución, es decir, la distancia más pequeña entre los elementos del objeto observado (percibidos como puntos o líneas), en la que aún pueden ser diferentes entre sí.
Para un ojo normal, cuando se aleja de un objetot. n. la mejor distancia de visión (D = 250 mm), la resolución normal promedio es de ~ 0,2 mm. Los tamaños de los microorganismos, la mayoría de las células vegetales y animales, los pequeños cristales, los detalles de la microestructura de los metales y aleaciones, etc. son mucho menores que este valor.
Hasta mediados del siglo XX trabajaban sólo con visibleRadiación óptica, en el rango de 400-700 nm, así como ultravioleta cercana (microscopio de fluorescencia). Los microscopios ópticos no podían proporcionar una resolución inferior al medio ciclo de la onda de radiación de referencia (rango de longitud de onda de 0,2 a 0,7 μm o 200 a 700 nm).
Por lo tanto, el microscopio óptico puede distinguir estructuras con una distancia entre puntos de hasta ~ 0,20 μm, por lo que el aumento máximo que se pudo lograr fue ~ 2000 veces.
- Microscopios electronicos
Un haz de electrones, que tiene las propiedades no solo de una partícula, sino también de una onda, se puede usar en microscopía.
La longitud de onda de un electrón depende de su energía yla energía del electrón es igual a E = Ve, donde V es la diferencia de potencial transmitida por el electrón, e es la carga del electrón. La longitud de onda de los electrones cuando pasan a través de una diferencia de potencial de 200.000 V es de aproximadamente 0,1 nm.
Los electrones se pueden enfocar fácilmente con lentes electromagnéticos, ya que un electrón es una partícula cargada. Una imagen electrónica se puede convertir fácilmente en una visible.
La resolución de un microscopio electrónico es de 1000 a 10000 veces mayor que la de un microscopio óptico tradicional, y para los mejores instrumentos modernos puede ser inferior a un angstrom.
- Microscopios de sonda de barrido
Una clase de microscopios basados en el escaneo de superficies con una sonda.
Los microscopios de sonda de barrido (SPM) son una clase de microscopios relativamente nueva. Con un SPM, se obtiene una imagen registrando las interacciones entre la sonda y la superficie.
En esta etapa de desarrollo, es posible registrarinteracción de la sonda con átomos y moléculas individuales, por lo que los SPM son comparables en poder de resolución a los microscopios electrónicos y los superan en algunos parámetros.
- Microscopios de rayos x
Microscopio de rayos x- un dispositivo para estudiar muy pequeñoObjetos cuyas dimensiones son comparables a la longitud de onda de los rayos X. Basado en el uso de radiación electromagnética con una longitud de onda de 0,01 a 1 nanómetro.
Microscopios de rayos X de resoluciónLas habilidades se encuentran entre microscopios ópticos y electrónicos. La resolución teórica de un microscopio de rayos X alcanza los 2-20 nanómetros, que es un orden de magnitud superior a la resolución de un microscopio óptico (hasta 150 nanómetros). Actualmente, existen microscopios de rayos X con una resolución de unos 5 nanómetros.
- Microscopía infrarroja
Este es un método de investigación que consiste en observar muestras a través de un microscopio en luz infrarroja. El método está destinado al estudio de muestras muy pequeñas (del orden de micrómetros).
La luz visible observada por el experimentador, yla luz infrarroja registrada por el detector pasa a través de un sistema óptico común, por lo que la imagen en el binocular corresponde al área que se analiza en la radiación infrarroja.
La microscopía IR se utiliza para analizar muestras en cantidades muy pequeñas (de 0,01 a 100 µg) o tamaños pequeños (de 10–1 a 10–3 mm), así como fluctuaciones de concentración e inclusiones.
¿Cuáles son las desventajas de los microscopios inventados?
Rendimiento de microscopios de luzlimitado por el nivel de ruido aleatorio creado por partículas elementales de luz: cuantos de radiación electromagnética o fotones. La discreción de los fotones determina la sensibilidad, resolución y velocidad de los dispositivos ópticos.
Para optimizar estos parámetros, los desarrolladoresSuelen seguir el camino de aumentar la intensidad de la luz y sustituir sus fuentes convencionales por láser. Pero el uso de microscopios láser no siempre es posible cuando se estudian sistemas biológicos, ya que los láseres brillantes pueden destruir una célula viva.
¿Cómo ha avanzado la ciencia en el desarrollo de microscopios?
El último gran descubrimiento en esta zona fuerealizado a principios de junio de 2021. Científicos de Australia y Alemania han creado un microscopio cuántico que puede ver estructuras celulares que antes eran invisibles.
Según los autores, esto allana el camino para la creación de nuevas biotecnologías y aplicaciones prácticas, desde la navegación hasta las imágenes médicas. Los resultados de la investigación se publican en la revista Nature.
Investigadores de la Universidad de Queensland han sugerido que las imágenes biológicas podrían mejorarse sin aumentar la intensidad de la luz, utilizando correlaciones fotónicas cuánticas.
Junto con colegas alemanes de RostockEn la universidad, demostraron experimentalmente que al usar correlaciones cuánticas, se puede obtener una relación señal-ruido un 35 por ciento más alta que con la microscopía convencional sin fotodaño. Mucho más alto con esta tecnología y la velocidad de procesamiento de imágenes.
¿Cómo funciona un microscopio cuántico?
Los creadores del microscopio cuántico han hechoinstalación, que es un microscopio Raman coherente con resolución de sublongitud de onda e iluminación brillante correlacionada cuántica, que permite visualizar enlaces moleculares dentro de la célula.
El microscopio se basa en la ciencia cuántica.entrelazamiento, un efecto que Einstein describió como “interacciones espeluznantes a distancia”. Es el primer sensor del mundo basado en entrelazamiento con un rendimiento superior a las mejores tecnologías existentes. Su creación conducirá a todo tipo de nuevas tecnologías, desde los últimos sistemas de navegación hasta máquinas más avanzadas. El entrelazamiento cuántico en nuestro microscopio proporciona una claridad mejorada en un 35 por ciento sin destruir la célula, lo que nos permite ver pequeñas estructuras biológicas que de otro modo serían invisibles.
Profesor Warwick Bowen del Laboratorio de Óptica Cuántica y del Centro de Excelencia para Ingeniería de Sistemas Cuánticos del Consejo Australiano de Investigación
Los autores creen que el principal éxito del nuevo método es superar la llamada victoria sobre los principios de la microscopía óptica tradicional, que es incapaz de penetrar en una célula viva.
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