Mi határozza meg a mikroszkóp felbontását
A mikroszkóp felbontása az a képesség
Ezt a jellemzőt elsősorban meghatározzáka mikroszkópiában alkalmazott sugárzás hullámhossza (látható, ultraibolya, röntgensugárzás). Az alapvető korlátozás az, hogy lehetetlen olyan tárgyról képet készíteni, amely elektromágneses sugárzással kisebb, mint a sugárzás hullámhossza.
Rövidebb hullámhosszú sugárzás használata esetén a mikrovilágba "mélyebbre való behatolás" lehetséges.
Hogyan működik a mikroszkóp?
Az optikai rendszert arra terveztéka sugárzási tér térbeli átalakulása az optikai rendszer előtt (a "tárgyak térében") az optikai rendszer utáni mezőben (a "kép térben"). A "szóközök" ilyen felosztása nagyon önkényes, mivel ezek a "tér" mezők, amelyek eltérnek a mező szerkezetének változásától, egyes esetekben (például tükrök használata esetén) háromdimenziós fizikai tér.
Ezt a szervezetet aalakú optikai elemek használata, amelyek hatása a fénytörés, visszaverődés és a sugárzás szóródásának jelenségében nyilvánul meg. Mindezen jelenségek fizikai oka az interferencia.
Sok esetben a cselekvés magyarázatáhozegy optikai elem esetében elégséges e jelenségek lényegének fogalmait használni, anélkül, hogy feltárnánk az interferencia szerepét, amely lehetővé teszi a sugárzási mező leírását egy formalizált geometriai modell alapján, amely a "sugár intuitív koncepcióján alapszik" fény "és a közeg végtelen kis sugárzási hullámhosszának és optikai homogenitásának posztulátuma, amely kitölti mindazt a teret, amelyben a geometriai optika törvényei működnek.
De abban az esetben, amikor szükségesnek bizonyula sugárzás hullámtulajdonságainak figyelembevétele és az optikai elem méreteinek összehasonlítása a sugárzás hullámhosszával, a geometriai optika hibákat kezd adni, amit diffrakciónak nevezünk, ami lényegében nem önálló jelenség, hanem csak a ugyanaz a beavatkozás.
Mik azok a mikroszkópok
- Optikai mikroszkópok
Az emberi szem természetesegy bizonyos felbontással jellemezhető optikai rendszer, vagyis a megfigyelt objektum elemei közötti legkisebb távolság (pontként vagy vonalként), amelynél még eltérhetnek egymástól.
Normál szem számára, ha egy tárgytól távolodikt. n. legjobb látási távolság (D = 250 mm), az átlagos normál felbontás ~ 0,2 mm. A mikroorganizmusok, a legtöbb növényi és állati sejt, a kis kristályok, a fémek és ötvözetek mikrostruktúrájának részletei stb. Ennél az értéknél jóval kisebbek.
A 20. század közepéig csak láthatóval dolgoztakoptikai sugárzás, 400-700 nm tartományban, valamint közeli ultraibolya (fluoreszcens mikroszkóp). Az optikai mikroszkópok nem tudtak kisebb felbontást biztosítani, mint a referencia sugárzási hullám félciklusa (hullámhossz-tartomány 0,2-0,7 μm, illetve 200-700 nm).
Így az optikai mikroszkóp képes ~ 0,20 μm-ig terjedő pontok közötti távolsággal megkülönböztetni a szerkezeteket, így a maximálisan elérhető nagyítás ~ 2000-szeres volt.
- Elektronmikroszkópok
A mikroszkópiában olyan elektronnyaláb használható, amelynek nemcsak részecskéje, hanem hulláma is van.
Az elektron hullámhossza az energiájától függ, ésaz elektron energiája egyenlő E = Ve, ahol V az elektron által áthaladó potenciálkülönbség, e az elektron töltése. Az elektronok hullámhossza 200 000 V potenciálkülönbségen áthaladva körülbelül 0,1 nm.
Az elektronokat könnyen fókuszálhatjuk elektromágneses lencsékkel, mivel az elektron egy töltött részecske. Az elektronikus kép könnyen átalakítható láthatóvá.
Az elektronmikroszkóp felbontása 1000–10000-szor nagyobb, mint a hagyományos fénymikroszkópé, és a legjobb modern műszerek esetében kevesebb, mint egy angstrom.
- Szkennelő szonda mikroszkópok
Mikroszkópok osztálya, szondával történő felületpásztázás alapján.
A pásztázó szondás mikroszkópok (SPM) a mikroszkópok viszonylag új osztályát alkotják. Az SPM segítségével a szonda és a felület közötti kölcsönhatások rögzítésével kapunk képet.
A fejlesztés ezen szakaszában lehetőség van regisztrációraa szonda kölcsönhatása az egyes atomokkal és molekulákkal, aminek következtében az SPM-ek a felbontóképességben összehasonlíthatók az elektronmikroszkópokkal, és bizonyos paraméterekben meghaladják azokat.
- Röntgen mikroszkópok
Röntgen mikroszkóp- nagyon kicsi tanulásra alkalmas eszközolyan objektumok, amelyek méretei összemérhetőek a röntgen hullámhosszával. 0,01 és 1 nanométer közötti hullámhosszú elektromágneses sugárzás felhasználásán alapul.
Felbontású röntgen mikroszkópoka képességek az elektron és az optikai mikroszkóp között vannak. A röntgen mikroszkóp elméleti felbontása eléri a 2-20 nanométert, ami nagyságrenddel nagyobb, mint az optikai mikroszkóp felbontása (legfeljebb 150 nanométer). Jelenleg vannak röntgen mikroszkópok, amelyek felbontása körülbelül 5 nanométer.
- Infravörös mikroszkópia
Ez egy kutatási módszer a minták mikroszkópos megfigyelésével infravörös fényben. A módszer nagyon kis (mikrométeres nagyságrendű) minták vizsgálatára szolgál.
- a kísérletező által megfigyelt látható fény, ésa detektor által rögzített infravörös fény egyetlen közös optikai rendszeren halad át, ezért a távcsőben lévő kép megfelel az infravörös sugárzásban elemzett területnek.
Az infravörös mikroszkóppal nagyon kis mennyiségben (0,01–100 µg) vagy kis méretben (10–1–10–3 mm), valamint a koncentrációingadozások és zárványok elemzésére használják a mintákat.
Milyen hátrányai vannak a feltalált mikroszkópoknak?
Fénymikroszkópok teljesítményekorlátozza a fény elemi részecskéi által létrehozott véletlenszerű zaj szintje - az elektromágneses sugárzás kvantumai vagy fotonok. A fotonok diszkrétsága határozza meg az optikai eszközök érzékenységét, felbontását és sebességét.
Ezen paraméterek optimalizálása érdekében a fejlesztőkáltalában a fényintenzitás növelésének és a hagyományos források lézeres helyettesítésének az útját követik. A biológiai rendszerek tanulmányozása során azonban nem mindig lehetséges a lézeres mikroszkópok használata, mivel a fényes lézerek elpusztíthatják az élő sejteket.
Hogyan fejlődött a tudomány a mikroszkópok fejlesztésében?
Az utolsó jelentős felfedezés ezen a területen az volt2021. június elején készült. Ausztráliai és németországi tudósok olyan kvantummikroszkópot hoztak létre, amely korábban láthatatlan sejtstruktúrákat is képes látni.
A szerzők szerint ez megnyitja az utat új biotechnológiák és gyakorlati alkalmazások létrehozása előtt - a navigációtól az orvosi képalkotásig. A kutatási eredmények a Nature folyóiratban jelentek meg.
A Queenslandi Egyetem kutatói felvetették, hogy a biológiai képalkotás a fényintenzitás növelése nélkül is javítható kvantumfotonikus korrelációk segítségével.
Rostocki német kollégákkal együttAz egyetemen kísérletileg bebizonyították, hogy kvantumkorrelációk segítségével 35 százalékkal magasabb jel-zaj arány érhető el, mint a hagyományos mikroszkópos fotokárosodás nélkül. Sokkal magasabb ezzel a technológiával és a képfeldolgozás sebességével.
Hogyan működik a kvantummikroszkóp?
A kvantummikroszkóp készítői elkészítettékinstalláció, amely egy koherens Raman mikroszkóp, hullámhossz-felbontással és fényes kvantum-korrelált megvilágítással, amely lehetővé teszi a sejten belüli molekuláris kötések vizualizálását.
A mikroszkóp a kvantumtudományon alapulösszefonódás, egy olyan hatás, amelyet Einstein „kísérteties távoli interakcióként” jellemez. Ez a világ első összefonódás-alapú érzékelője, amely a legjobb létező technológiákat felülmúlja. Létrehozása mindenféle új technológiához vezet, a legújabb navigációs rendszerektől a fejlettebb gépekig, a mikroszkópunkban található kvantum-összefonódás 35 százalékkal jobb tisztaságot biztosít a sejt elpusztítása nélkül, lehetővé téve számunkra, hogy olyan apró biológiai struktúrákat lássunk, amelyek egyébként láthatatlanok lennének.
Warwick Bowen, a Kvantumoptikai Laboratórium és az Ausztrál Kutatási Tanács Kvantumrendszerek Mérnöki Kiválósági Központjának professzora
A szerzők úgy vélik, hogy az új módszer legfőbb sikere az úgynevezett győzelem leküzdése a hagyományos fénymikroszkópikus elvek felett, amely nem képes behatolni egy élő sejtbe.
Olvass tovább:
Az állat 24 ezer év hibernálás után kelt életre a szibériai örökfagyban
Az éghajlatváltozás rendkívüli csapadékhoz és áradáshoz vezet
A természetes szelekció megfordíthatja a szexuális szelekció fejlődését