מה קובע את רזולוציית המיקרוסקופ
הרזולוציה של מיקרוסקופ היא היכולת
מאפיין זה נקבע בעיקראורך הגל של הקרינה המשמשת במיקרוסקופיה (גלוי, אולטרה סגול, קרינת רנטגן). המגבלה הבסיסית היא חוסר האפשרות להשיג תמונה של אובייקט בגודל קטן יותר מאורך הגל של קרינה זו באמצעות קרינה אלקטרומגנטית.
"לחדור עמוק יותר" לתוך המיקרו -עולם אפשרי בעת שימוש בקרינה באורכי גל קצרים יותר.
כיצד פועל מיקרוסקופ?
המערכת האופטית מיועדת לטרנספורמציה מרחבית של שדה הקרינה לפני המערכת האופטית (ב"מרחב האובייקטים ") בשדה שאחרי המערכת האופטית (ב"מרחב התמונה"). חלוקה זו של "רווחים" היא שרירותית ביותר, שכן שדות ה"מרחב "הללו, השונים מנקודת מבט של שינויים במבנה השדה, עשויים במקרים מסוימים (למשל, בעת שימוש במראות) להתלכד מבחינה פיזית תלת ממדית. מֶרחָב.
ארגון זה מושג על ידיהשימוש באלמנטים אופטיים מעוצבים, שפעולתם באה לידי ביטוי בתופעה של שבירה, השתקפות ופיזור קרינה. הסיבה הפיזית לכל התופעות הללו היא הפרעה.
במקרים רבים, להסביר את הפעולהשל אלמנט אופטי, די בהחלט להשתמש במושגי המהות של תופעות אלו, מבלי לחשוף את תפקיד ההפרעה, מה שמאפשר לתאר את שדה הקרינה על ידי מודל גיאומטרי פורמלי המבוסס על מושג אינטואיטיבי של קרן של האור "וההנחה של הקטנות האינסופית של אורך גל הקרינה וההומוגניות האופטית של המדיום הממלא את כל החלל שבו פועלים חוקי האופטיקה הגיאומטרית.
אבל במקרה שבו מתברר שזה הכרחיכדי לקחת בחשבון את תכונות הגל של הקרינה ולהתחשב בהשוואה בין ממדי האלמנט האופטי לבין אורך גל הקרינה, האופטיקה הגיאומטרית מתחילה לתת שגיאות, שנקראות עקיפה, שבעצם אינה תופעה עצמאית, אלא רק אותה הפרעה.
מהם מיקרוסקופים
- מיקרוסקופים אופטיים
העין האנושית היא טבעיתמערכת אופטית המאופיינת ברזולוציה מסוימת, כלומר המרחק הקטן ביותר בין האלמנטים של האובייקט הנצפה (הנתפסים כנקודות או קווים), שבו הם עדיין יכולים להיות שונים זה מזה.
לעין רגילה, כאשר מתרחקים מאובייקט על ידיt. n. מרחק הראיה הטוב ביותר (D = 250 מ"מ), הרזולוציה הרגילה הממוצעת היא ~ 0.2 מ"מ. הגדלים של מיקרואורגניזמים, רוב התאים הצמחיים ובעלי החיים, גבישים קטנים, פרטי המיקרו של מתכות וסגסוגות וכו 'הרבה פחות מהערך הזה.
עד אמצע המאה ה-20 עבדו רק עם גלויקרינה אופטית, בטווח של 400-700 ננומטר, כמו גם ליד אולטרה סגול (מיקרוסקופ פלואורסצנטי). מיקרוסקופים אופטיים לא יכלו לספק רזולוציה פחותה מחצי המחזור של גל קרינת הייחוס (טווח אורך גל 0.2-0.7 מיקרומטר, או 200-700 ננומטר).
לפיכך, המיקרוסקופ האופטי מסוגל להבחין במבנים עם מרחק בין נקודות עד ~ 0.20 מיקרון, כך שההגדלה המרבית שניתן להשיג הייתה ~ 2000 פעמים.
- מיקרוסקופים אלקטרונים
קרן אלקטרונים, שיש לה את המאפיינים של לא רק חלקיק, אלא גם גל, יכולה לשמש במיקרוסקופיה.
אורך הגל של אלקטרון תלוי באנרגיה שלו, וכןהאנרגיה של האלקטרון שווה ל-E = Ve, כאשר V הוא הפרש הפוטנציאל שמעביר האלקטרון, e הוא המטען של האלקטרון. אורך הגל של אלקטרונים בעת מעבר בהפרש פוטנציאל של 200,000 וולט הוא כ-0.1 ננומטר.
ניתן להתמקד בקלות באלקטרונים בעזרת עדשות אלקטרומגנטיות, מכיוון שאלקטרון הוא חלקיק טעון. ניתן להפוך בקלות תמונה אלקטרונית לתמונה גלויה.
הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרונים גבוהה פי 1000–10000 מזו של מיקרוסקופ אור מסורתי, ועבור המכשירים המודרניים הטובים ביותר היא יכולה להיות פחות מאנגסטרום אחד.
- סריקת בדיקות מיקרוסקופים
סוג של מיקרוסקופים המבוססים על סריקת משטח בעזרת בדיקה.
מיקרוסקופים סריקה (SPM) הם סוג חדש יחסית של מיקרוסקופים. עם SPM, תמונה מתקבלת על ידי הקלטת אינטראקציות בין הבדיקה למשטח.
בשלב זה של התפתחות אפשר להירשםאינטראקציה של החללית עם אטומים בודדים ומולקולות, שבגללן SPMs ניתנים להשוואה בפתרון כוח למיקרוסקופים אלקטרונים, ועולים עליהם בכמה פרמטרים.
- מיקרוסקופים רנטגן
מיקרוסקופ רנטגן- מכשיר ללימוד קטן מאודעצמים שמידותיהם דומות לאורך הגל של רנטגן. מבוסס על שימוש בקרינה אלקטרומגנטית באורך גל מ-0.01 עד 1 ננומטר.
מיקרוסקופים רנטגן ברזולוציההיכולות הן בין אלקטרונים למיקרוסקופים אופטיים. הרזולוציה התיאורטית של מיקרוסקופ רנטגן מגיעה ל -2-20 ננומטר, שזה בסדר גודל גבוה מהרזולוציה של מיקרוסקופ אופטי (עד 150 ננומטר). נכון לעכשיו, ישנם מיקרוסקופים רנטגן ברזולוציה של כ -5 ננומטר.
- מיקרוסקופ אינפרא אדום
זוהי שיטת מחקר על ידי התבוננות בדגימות דרך מיקרוסקופ באור אינפרא אדום. השיטה מיועדת ללימוד דגימות קטנות מאוד (בסדר גודל של מיקרומטרים).
האור הגלוי שנצפה על ידי הנסיין, והאור האינפרא אדום שנרשם על ידי הגלאי עובר דרך מערכת אופטית נפוצה אחת, כך שהתמונה במשקפת מתאימה לאזור המנותח בקרינת אינפרא אדום.
מיקרוסקופיית IR משמשת לניתוח דגימות בכמויות קטנות מאוד (מ 0.01 עד 100 מיקרוגרם) או בגדלים קטנים (בין 10–1 ל 10–3 מ”מ), כמו גם תנודות ריכוז ותכלילים.
מהם החסרונות של המיקרוסקופים שהומצאו?
ביצועי מיקרוסקופים קליםמוגבל ברמת הרעש האקראי שנוצר על ידי חלקיקי אור יסודיים - קוונטים של קרינה אלקטרומגנטית, או פוטונים. דיסקרטיות של פוטונים קובעת את הרגישות, הרזולוציה והמהירות של מכשירים אופטיים.
כדי לייעל את הפרמטרים הללו, המפתחיםבדרך כלל ללכת בדרך של הגדלת עוצמת האור והחלפת מקורותיו המקובלים בלייזר. אך לא תמיד ניתן להשתמש במיקרוסקופים בלייזר בעת לימוד מערכות ביולוגיות, שכן לייזרים בהירים יכולים להרוס תא חי.
כיצד התקדם המדע בפיתוח מיקרוסקופים?
התגלית הגדולה האחרונה באזור זה הייתהנוצר בתחילת יוני 2021. מדענים מאוסטרליה וגרמניה יצרו מיקרוסקופ קוונטי שיכול לראות מבנים תאיים שלא נראו בעבר.
לדברי המחברים, זה סולל את הדרך ליצירת ביוטכנולוגיות חדשות ויישומים מעשיים - מניווט ועד הדמיה רפואית. תוצאות המחקר מתפרסמות בכתב העת Nature.
חוקרים מאוניברסיטת קווינסלנד הציעו שניתן לשפר הדמיה ביולוגית מבלי להגביר את עוצמת האור, באמצעות מתאמים פוטוניים קוונטיים.
יחד עם עמיתים גרמנים מרוסטוקבאוניברסיטה, הם הוכיחו ניסויים כי באמצעות מתאמים קוונטיים, ניתן להשיג יחס אות לרעש גבוה ב -35 אחוזים מאשר במיקרוסקופ קונבנציונאלי ללא פגום. הרבה יותר גבוה עם הטכנולוגיה הזו ומהירות עיבוד התמונה.
כיצד פועל מיקרוסקופ קוונטי?
יוצרי המיקרוסקופ הקוונטי עשוהתקנה, שהיא מיקרוסקופ ראמאני קוהרנטי עם רזולוציה באורך תת-תאורה ותאורה מתואמת בקוונטים, המאפשרת לדמיין קשרים מולקולריים בתוך התא.
המיקרוסקופ מבוסס על מדע הקוונטיםהסתבכות, אפקט שאיינשטיין תיאר כ"אינטראקציות מפחידות מרחוק". זהו החיישן הראשון בעולם המבוסס על הסתבכות עם ביצועים עדיפים על מיטב הטכנולוגיות הקיימות. יצירתו תוביל לכל מיני טכנולוגיות חדשות, ממערכות הניווט העדכניות ביותר ועד למכונות קוונטיות מתקדמות יותר במיקרוסקופ שלנו מספקת בהירות משופרת של 35 אחוז מבלי להרוס את התא, ומאפשרת לנו לראות מבנים ביולוגיים זעירים שאחרת היו בלתי נראים.
וורוויק בואן פרופסור ממעבדת האופטיקה הקוונטית ומהמרכז למצוינות להנדסת מערכות קוונטיות במועצת המחקר האוסטרלית
המחברים רואים בהצלחתה העיקרית של השיטה החדשה להתגבר על הניצחון שנקרא על עקרונות מיקרוסקופ האור המסורתי, שאינו מסוגל לחדור לתא חי.
קרא עוד:
החיה התעוררה לחיים לאחר 24 אלף שנות תרדמה בפרמפרוסט הסיבירי
שינויי אקלים יובילו לגשמים קיצוניים ולהצפות
הברירה הטבעית יכולה להפוך את התפתחות הבחירה המינית