Qu'est-ce qui détermine la résolution du microscope
La résolution d'un microscope est la capacité
Cette caractéristique est déterminée principalementla longueur d'onde du rayonnement utilisé en microscopie (visible, ultraviolet, rayonnement X). La limitation fondamentale est l'impossibilité d'obtenir une image d'un objet à l'aide d'un rayonnement électromagnétique, dont la taille est inférieure à la longueur d'onde de ce rayonnement.
"Pénétrer plus profondément" dans le micromonde est possible en utilisant un rayonnement avec des longueurs d'onde plus courtes.
Comment fonctionne un microscope ?
Le système optique est conçu pourtransformation spatiale du champ de rayonnement avant le système optique (dans "l'espace des objets") dans le champ après le système optique (dans "l'espace image"). Cette division des "espaces" est très arbitraire, car ces champs "d'espace", différents du point de vue des changements dans la structure du champ, peuvent dans certains cas (par exemple, lors de l'utilisation de miroirs) coïncider dans des structures physiques tridimensionnelles. espace.
Cette organisation est réalisée parl'utilisation d'éléments optiques façonnés, dont l'action se manifeste par le phénomène de réfraction, de réflexion et de diffusion du rayonnement. La cause physique de tous ces phénomènes est l'interférence.
Dans de nombreux cas, pour expliquer l'actiond'un élément optique, il suffit bien d'utiliser les concepts de l'essence de ces phénomènes, sans dévoiler le rôle des interférences, ce qui permet de décrire le champ de rayonnement par un modèle géométrique formalisé basé sur un concept intuitif de « rayon de lumière" et le postulat d'une longueur d'onde de rayonnement infiniment petite et d'une homogénéité optique du milieu remplissant tout l'espace dans lequel opèrent les lois de l'optique géométrique.
Mais dans le cas où il s'avère nécessairepour prendre en compte les propriétés ondulatoires du rayonnement et tenir compte de la comparabilité des dimensions de l'élément optique avec la longueur d'onde du rayonnement, l'optique géométrique commence à donner des erreurs, appelées diffraction, qui n'est essentiellement pas un phénomène indépendant, mais seulement le même interférence.
Que sont les microscopes
- Microscopes optiques
L'œil humain est un élément naturelun système optique caractérisé par une certaine résolution, c'est-à-dire la plus petite distance entre les éléments de l'objet observé (perçus comme des points ou des lignes), à laquelle ils peuvent encore être différents les uns des autres.
Pour un œil normal, lorsqu'il s'éloigne d'un objet ent. n. meilleure distance de vision (D = 250 mm), la résolution normale moyenne est de ~ 0,2 mm. Les tailles des micro-organismes, la plupart des cellules végétales et animales, les petits cristaux, les détails de la microstructure des métaux et alliages, etc. sont bien inférieurs à cette valeur.
Jusqu'au milieu du 20ème siècle, ils travaillaient uniquement avec desrayonnement optique, dans la plage de 400 à 700 nm, ainsi que proche ultraviolet (microscope à fluorescence). Les microscopes optiques ne pouvaient pas fournir une résolution inférieure au demi-cycle de l'onde de rayonnement de référence (plage de longueurs d'onde de 0,2 à 0,7 μm ou de 200 à 700 nm).
Ainsi, le microscope optique est capable de distinguer des structures avec une distance entre les points jusqu'à ~ 0,20 m, de sorte que le grossissement maximal pouvant être atteint était ~ 2000 fois.
- Microscopes électroniques
Un faisceau d'électrons, qui ont les propriétés non seulement d'une particule, mais aussi d'une onde, peut être utilisé en microscopie.
La longueur d'onde d'un électron dépend de son énergie, etl'énergie de l'électron est égale à E = Ve, où V est la différence de potentiel traversée par l'électron, e est la charge de l'électron. La longueur d'onde des électrons lorsqu'ils traversent une différence de potentiel de 200 000 V est d'environ 0,1 nm.
Les électrons peuvent être facilement focalisés avec des lentilles électromagnétiques, car un électron est une particule chargée. Une image électronique peut être facilement convertie en une image visible.
La résolution d'un microscope électronique est 1000 à 10000 fois supérieure à celle d'un microscope optique traditionnel, et pour les meilleurs instruments modernes, elle peut être inférieure à un angström.
- Microscopes à sonde à balayage
Une classe de microscopes basés sur le balayage de surface avec une sonde.
Les microscopes à sonde à balayage (SPM) constituent une classe de microscopes relativement nouvelle. Avec un SPM, une image est obtenue en enregistrant les interactions entre la sonde et la surface.
A ce stade de développement, il est possible de s'inscrireinteraction de la sonde avec des atomes et des molécules individuels, grâce à laquelle les SPM sont comparables en termes de pouvoir de résolution aux microscopes électroniques, et les surpassent dans certains paramètres.
- Microscopes à rayons X
Microscope à rayons X- un appareil pour étudier tout petitobjets dont les dimensions sont comparables à la longueur d’onde des rayons X. Basé sur l'utilisation d'un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde de 0,01 à 1 nanomètre.
Microscopes à rayons X à résolutionles capacités se situent entre les microscopes électronique et optique. La résolution théorique d'un microscope à rayons X atteint 2 à 20 nanomètres, ce qui est un ordre de grandeur supérieur à la résolution d'un microscope optique (jusqu'à 150 nanomètres). Actuellement, il existe des microscopes à rayons X avec une résolution d'environ 5 nanomètres.
- Microscopie infrarouge
Il s’agit d’une méthode de recherche consistant à observer des échantillons au microscope en lumière infrarouge. La méthode est destinée à l'étude de très petits échantillons (de l'ordre du micromètre).
La lumière visible observée par l'expérimentateur, etla lumière infrarouge enregistrée par le détecteur passe à travers un système optique commun, de sorte que l'image dans les jumelles correspond à la zone analysée en rayonnement infrarouge.
La microscopie IR permet d'analyser des échantillons en très petites quantités (de 0,01 à 100 µg) ou de petites tailles (de 10-1 à 10-3 mm), ainsi que les fluctuations de concentration et les inclusions.
Quels sont les inconvénients des microscopes inventés ?
Performances des microscopes optiqueslimité par le niveau de bruit aléatoire créé par les particules élémentaires de lumière - quanta de rayonnement électromagnétique, ou photons. La discrétion des photons détermine la sensibilité, la résolution et la vitesse des dispositifs optiques.
Pour optimiser ces paramètres, les développeurssuivent généralement la voie de l'augmentation de l'intensité de la lumière et du remplacement de ses sources conventionnelles par des sources laser. Mais l'utilisation de microscopes laser n'est pas toujours possible lors de l'étude des systèmes biologiques, car les lasers brillants peuvent détruire une cellule vivante.
Comment la science a-t-elle progressé dans le développement des microscopes ?
La dernière découverte majeure dans ce domaine a étéréalisé début juin 2021. Des scientifiques australiens et allemands ont créé un microscope quantique capable de voir des structures cellulaires auparavant invisibles.
Selon les auteurs, cela ouvre la voie à la création de nouvelles biotechnologies et applications pratiques - de la navigation à l'imagerie médicale. Les résultats de la recherche sont publiés dans la revue Nature.
Des chercheurs de l'Université du Queensland ont suggéré que l'imagerie biologique pourrait être améliorée sans augmenter l'intensité lumineuse, en utilisant des corrélations photoniques quantiques.
Avec des collègues allemands de RostockÀ l'université, ils ont prouvé expérimentalement qu'en utilisant des corrélations quantiques, il est possible d'obtenir un rapport signal/bruit supérieur de 35% à celui de la microscopie conventionnelle sans dommage photo. Beaucoup plus élevé avec cette technologie et la vitesse de traitement des images.
Comment fonctionne un microscope quantique ?
Les créateurs du microscope quantique ont faitl'installation, qui est un microscope Raman cohérent avec une résolution inférieure à la longueur d'onde et un éclairage corrélé quantique brillant, qui permet de visualiser les liaisons moléculaires à l'intérieur de la cellule.
Le microscope est basé sur la science quantiquel’enchevêtrement, un effet qu’Einstein a décrit comme « des interactions effrayantes à distance ». Il s'agit du premier capteur au monde basé sur l'intrication offrant des performances supérieures aux meilleures technologies existantes. Sa création mènera à toutes sortes de nouvelles technologies, depuis les systèmes de navigation les plus récents jusqu'aux machines plus avancées. L'intrication quantique dans notre microscope offre une clarté améliorée de 35 % sans détruire la cellule, nous permettant de voir de minuscules structures biologiques qui autrement seraient invisibles.
Professeur Warwick Bowen du Laboratoire d'optique quantique et du Centre d'excellence pour l'ingénierie des systèmes quantiques de l'Australian Research Council.
Les auteurs pensent que le principal succès de la nouvelle méthode est de surmonter la soi-disant victoire sur les principes de la microscopie optique traditionnelle, qui est incapable de pénétrer dans une cellule vivante.
Lire la suite:
L'animal a pris vie après 24 000 ans d'hibernation dans le pergélisol sibérien
Le changement climatique entraînera des précipitations extrêmes et des inondations
La sélection naturelle peut inverser l'évolution de la sélection sexuelle