Mikä määrittää mikroskoopin resoluution
Mikroskoopin resoluutio on kyky
Tämä ominaisuus määritetään ensisijaisestimikroskopiassa käytetyn säteilyn aallonpituus (näkyvä, ultravioletti-, röntgensäteily). Perusrajoitus on mahdottomuus saada kuvaa objektista, jonka koko on pienempi kuin tämän säteilyn aallonpituus, sähkömagneettista säteilyä käyttämällä.
"Tunkeutua syvemmälle" mikromaailmaan on mahdollista, kun käytetään säteilyä, jolla on lyhyempi aallonpituus.
Kuinka mikroskooppi toimii?
Optinen järjestelmä on suunniteltusäteilykentän avaruusmuunnos ennen optista järjestelmää ("esineiden tilassa") optisen järjestelmän jälkeisessä kentässä ("kuvatilassa"). Tämä "tilojen" jakaminen on hyvin mielivaltaista, koska nämä "avaruus" -kentät, jotka eroavat kentän rakenteen muuttamisen näkökulmasta, voivat joissakin tapauksissa (esimerkiksi peilejä käytettäessä) osua kolmiulotteiseen fyysiseen tilaan .
Tämä organisaatio saavutetaanmuotoiltujen optisten elementtien käyttö, joiden vaikutus ilmenee taittumisen, heijastumisen ja säteilyn sironnan ilmiössä. Kaikkien näiden ilmiöiden fyysinen syy on häiriö.
Monissa tapauksissa toiminnan selittämiseksioptisen elementin osalta riittää, että käytetään näiden ilmiöiden olemuksen käsitteitä paljastamatta häiriön roolia, mikä mahdollistaa säteilykentän kuvaamisen virallisella geometrisella mallilla, joka perustuu intuitiiviseen "säteen" käsitteeseen valon "ja oletetaan, että säteilyn aallonpituus on äärettömän pieni ja väliaineen optinen homogeenisuus täyttää kaiken tilan, jossa geometrisen optiikan lait toimivat.
Mutta siinä tapauksessa, että se osoittautuu tarpeelliseksiottaa huomioon säteilyn aalto-ominaisuudet ja optisen elementin mittojen vertailukelpoisuus säteilyn aallonpituuden kanssa, geometrinen optiikka alkaa antaa virheitä, joita kutsutaan diffraktioksi, mikä ei ole oleellisesti itsenäinen ilmiö, vaan vain sama häiriö.
Mitä ovat mikroskoopit
- Optiset mikroskoopit
Ihmisen silmä on luonnollinenoptinen järjestelmä, jolle on tunnusomaista tietty resoluutio, eli pienin etäisyys havaitun kohteen elementtien välillä (pisteinä tai viivoina), jossa ne voivat vielä olla erilaisia.
Normaalille silmälle, kun siirrytään pois kohteestat. n. paras näköetäisyys (D = 250 mm), keskimääräinen normaali resoluutio on ~ 0,2 mm. Mikro-organismien koot, useimmat kasvi- ja eläinsolut, pienet kiteet, yksityiskohdat metallien ja seosten mikrorakenteesta jne. Ovat paljon pienempiä kuin tämä arvo.
1900-luvun puoliväliin asti he työskentelivät vain näkyvän kanssaoptinen säteily, alueella 400-700 nm, sekä lähellä ultraviolettisäteilyä (fluoresenssimikroskooppi). Optiset mikroskoopit eivät pystyneet tarjoamaan erottelukykyä, joka olisi pienempi kuin vertailusäteilyaallon puolijakso (aallonpituusalue 0,2-0,7 μm tai 200-700 nm).
Siten optinen mikroskooppi pystyy erottamaan rakenteet, joiden pisteiden välinen etäisyys on ~ 0,20 μm, joten suurin saavutettavissa oleva suurennus oli ~ 2000 kertaa.
- Elektronimikroskoopit
Elektronisuihkua, jolla on paitsi hiukkasen myös aallon ominaisuudet, voidaan käyttää mikroskopiassa.
Elektronin aallonpituus riippuu sen energiasta jaelektronin energia on yhtä suuri kuin E = Ve, missä V on elektronin ohittama potentiaaliero, e on elektronin varaus. Elektronien aallonpituus kulkiessaan 200 000 V:n potentiaalieron läpi on noin 0,1 nm.
Elektronit voidaan helposti tarkentaa sähkömagneettisilla linsseillä, koska elektroni on varattu hiukkanen. Sähköinen kuva voidaan helposti muuntaa näkyväksi.
Elektronimikroskoopin resoluutio on 1000–10000 kertaa suurempi kuin perinteisen valomikroskoopin, ja parhaiden nykyaikaisten instrumenttien kohdalla se voi olla alle yksi angstromi.
- Skannausanturimikroskoopit
Mikroskooppiluokka, joka perustuu pintaskannaukseen koettimella.
Pyyhkäisykoetinmikroskoopit (SPM) ovat suhteellisen uusi mikroskooppiluokka. SPM:llä kuva saadaan tallentamalla anturin ja pinnan väliset vuorovaikutukset.
Tässä kehitysvaiheessa on mahdollista rekisteröityäkoettimen vuorovaikutus yksittäisten atomien ja molekyylien kanssa, minkä vuoksi SPM: t ovat verrattavissa erotustehoon elektronimikroskooppeihin ja ylittävät ne joissakin parametreissa.
- Röntgenmikroskoopit
Röntgenmikroskooppi- erittäin pieni laite opiskeluunkohteet, joiden mitat ovat verrattavissa röntgensäteilyn aallonpituuteen. Perustuu sähkömagneettisen säteilyn käyttöön, jonka aallonpituus on 0,01 - 1 nanometri.
Erottelukykyiset röntgenmikroskoopitkyvyt ovat elektronien ja optisten mikroskooppien välillä. Röntgenmikroskoopin teoreettinen resoluutio saavuttaa 2-20 nanometriä, mikä on suuruusluokkaa suurempi kuin optisen mikroskoopin resoluutio (enintään 150 nanometriä). Tällä hetkellä on röntgenmikroskooppeja, joiden resoluutio on noin 5 nanometriä.
- Infrapunamikroskopia
Tämä on tutkimusmenetelmä, jossa näytteitä tarkkaillaan mikroskoopin läpi infrapunavalossa. Menetelmä on tarkoitettu erittäin pienten näytteiden tutkimiseen (mikrometrien luokkaa).
Kokeilijan havaitsema näkyvä valo jailmaisimen tallentama infrapunavalo kulkee yhden yhteisen optisen järjestelmän läpi, joten kiikarissa oleva kuva vastaa infrapunasäteilyssä analysoitavaa aluetta.
IR-mikroskopiaa käytetään näytteiden analysointiin hyvin pieninä määrinä (0,01 - 100 µg) tai pieninä kokoina (10 - 1 - 10 - 3 mm) sekä konsentraation vaihteluissa ja sulkeumissa.
Mitkä ovat keksittyjen mikroskooppien haitat?
Valomikroskooppien suorituskykyrajoittaa satunnaisen melun taso, joka syntyy valohiukkasista - sähkömagneettisen säteilyn kvantit tai fotonit Fotonien huomaamattomuus määrittää optisten laitteiden herkkyyden, resoluution ja nopeuden.
Näiden parametrien optimoimiseksi kehittäjätyleensä seuraa polkua lisätä valon voimakkuutta ja korvata sen tavanomaiset lähteet laserilla. Lasermikroskooppien käyttö ei kuitenkaan ole aina mahdollista biologisia järjestelmiä tutkittaessa, koska kirkkaat laserit voivat tuhota elävän solun.
Kuinka tiede on edistynyt mikroskooppien kehittämisessä?
Viimeinen suuri löytö tällä alueella olitehty kesäkuun alussa 2021. Australialaiset ja saksalaiset tutkijat ovat luoneet kvanttimikroskoopin, joka pystyy näkemään aiemmin näkymättömiä solurakenteita.
Kirjoittajien mukaan tämä avaa tietä uusien biotekniikoiden ja käytännön sovellusten luomiselle - navigoinnista lääketieteelliseen kuvantamiseen. Tutkimustulokset julkaistaan Nature-lehdessä.
Queenslandin yliopiston tutkijat ovat ehdottaneet, että biologista kuvantamista voitaisiin parantaa lisäämättä valon voimakkuutta käyttämällä kvanttifotonisia korrelaatioita.
Yhdessä saksalaisten kollegoiden kanssa RostockistaYliopistossa he todistivat kokeellisesti, että käyttämällä kvanttikorrelaatioita, voit saada signaali-kohinasuhteen 35 prosenttia korkeammaksi kuin tavanomaisessa mikroskopiassa ilman valovaurioita. Paljon korkeampi tällä tekniikalla ja kuvan käsittelyn nopeudella.
Kuinka kvanttimikroskooppi toimii?
Kvanttimikroskoopin luojat ovat tehneetasennus, joka on koherentti Raman-mikroskooppi, jolla on aliaallonpituuden tarkkuus ja kirkas kvanttikorreloitu valaistus, mikä mahdollistaa molekyylisidosten visualisoinnin solun sisällä.
Mikroskooppi perustuu kvanttitieteeseensotkeutuminen, vaikutus, jota Einstein kuvaili "pelottaviksi vuorovaikutuksiksi etäältä". Se on maailman ensimmäinen takertumiseen perustuva anturi, jonka suorituskyky on parempi kuin parhaat olemassa olevat tekniikat. Sen luominen johtaa kaikenlaisiin uusiin teknologioihin, uusimmista navigointijärjestelmistä edistyneempiin koneisiin.Kvanttikietoutuminen mikroskoopissamme tarjoaa 35 prosenttia paremman kirkkauden tuhoamatta solua, jolloin voimme nähdä pieniä biologisia rakenteita, jotka muuten olisivat näkymättömiä.
Warwick Bowen Quantum Optics Laboratoryn ja Australian Research Councilin kvanttijärjestelmien suunnittelun huippuyksikön professori
Kirjoittajat uskovat, että uuden menetelmän pääasiallinen menestys on ns. Voiton voittaminen perinteisen valomikroskopian periaatteista, joka ei kykene tunkeutumaan elävään soluun.
Lue lisää:
Eläin heräsi eloon 24 tuhannen vuoden lepotilan jälkeen Siperian ikiroudassa
Ilmastonmuutos johtaa äärimmäisiin sateisiin ja tulviin
Luonnollinen valinta voi kääntää seksuaalisen valinnan evoluution