현미경의 해상도를 결정하는 요소
현미경의 해상도는 능력이다
이 특성은 주로현미경 검사에 사용되는 방사선의 파장(가시광선, 자외선, X선 방사선). 근본적인 한계는 전자기 복사를 사용하여 이 복사의 파장보다 크기가 작은 물체의 이미지를 얻는 것이 불가능하다는 것입니다.
더 짧은 파장의 방사선을 사용할 때 미시 세계로 "더 깊이 침투"하는 것이 가능합니다.
현미경은 어떻게 작동합니까?
광학 시스템은 다음을 위해 설계되었습니다.광학 시스템 이후의 필드("이미지 공간"에서)에서 광학 시스템 이전의 방사선 필드("물체 공간"에서)의 공간적 변환. "공간"의 이러한 구분은 필드 구조의 변화 관점과 다른 이러한 "공간" 필드가 경우에 따라(예: 거울을 사용할 때) 3차원 물리적 공간에서 일치할 수 있기 때문에 매우 임의적입니다. 우주.
이 조직은성형 광학 요소의 사용, 그 작용은 방사선의 굴절, 반사 및 산란 현상으로 나타납니다. 이 모든 현상의 물리적 원인은 간섭입니다.
많은 경우 행동을 설명하기 위해광학 요소의 경우 간섭의 역할을 공개하지 않고 이러한 현상의 본질 개념을 사용하는 것으로 충분합니다. 이는 "광선"의 직관적인 개념을 기반으로 한 형식화된 기하학적 모델에 의해 복사장을 설명할 수 있게 합니다. 빛의" 및 기하학적 광학 법칙이 작동하는 모든 공간을 채우는 매체의 극미한 복사 파장 및 광학적 균질성의 가정.
다만, 필요하다고 인정되는 경우복사의 파동 특성을 고려하고 광학 요소의 치수와 복사 파장의 비교 가능성을 고려하기 위해 기하학적 광학은 본질적으로 독립적인 현상이 아닌 회절이라고 하는 오류를 주기 시작합니다. 같은 간섭.
현미경이란 무엇입니까?
- 광학 현미경
사람의 눈은 자연스럽다.특정 해상도, 즉 관찰된 물체의 요소(점 또는 선으로 인식됨) 사이의 최소 거리를 특징으로 하는 광학 시스템으로, 여전히 서로 다를 수 있습니다.
정상적인 눈의 경우 물체에서 멀어질 때ㄴ. 최상의 시야 거리(D = 250mm), 평균 정상 해상도는 ~ 0.2mm입니다. 미생물의 크기, 대부분의 동식물 세포, 작은 결정체, 금속 및 합금의 미세 구조의 세부 사항 등은 이 값보다 훨씬 작습니다.
20세기 중반까지 그들은 눈에 보이는 물체로만 작업했습니다.400-700 nm 범위의 광학 방사선 및 근자외선(형광 현미경). 광학현미경은 기준 복사파(파장 범위 0.2~0.7μm 또는 200~700nm)의 반주기보다 작은 분해능을 제공할 수 없습니다.
따라서 광학 현미경은 ~ 0.20 μm까지 점 사이의 거리로 구조를 구별할 수 있으므로 달성할 수 있는 최대 배율은 ~ 2000배였습니다.
- 전자현미경
입자뿐만 아니라 파동의 특성을 가진 전자빔은 현미경에 사용할 수 있습니다.
전자의 파장은 에너지에 따라 달라지며,전자의 에너지는 E = Ve와 같습니다. 여기서 V는 전자가 통과한 전위차이고 e는 전자의 전하입니다. 200,000V의 전위차를 통과할 때 전자의 파장은 약 0.1nm입니다.
전자는 하전 입자이기 때문에 전자기 렌즈로 전자를 쉽게 집속할 수 있습니다. 전자 이미지는 쉽게 볼 수 있는 이미지로 변환될 수 있습니다.
전자현미경의 분해능은 기존의 광학현미경보다 1000~10000배 높으며, 최신 장비의 경우 1옹스트롬 미만일 수 있습니다.
- 스캐닝 프로브 현미경
프로브를 사용한 표면 스캐닝을 기반으로 하는 현미경 종류.
스캐닝 프로브 현미경(SPM)은 비교적 새로운 종류의 현미경입니다. SPM을 사용하면 프로브와 표면 간의 상호 작용을 기록하여 이미지를 얻을 수 있습니다.
이 개발 단계에서 등록이 가능합니다.개별 원자 및 분자와 프로브의 상호 작용으로 인해 SPM은 분해능이 전자 현미경과 비슷하고 일부 매개 변수에서 능가합니다.
- X선 현미경
엑스레이 현미경- 아주 작은 공부를 위한 장치크기가 X선 파장과 비슷한 물체. 0.01~1나노미터 파장의 전자기 복사 사용을 기반으로 합니다.
분해능 X선 현미경능력은 전자 현미경과 광학 현미경 사이에 있습니다. X선 현미경의 이론적인 분해능은 2-20나노미터에 이르며, 이는 광학현미경(최대 150나노미터)의 분해능보다 10배 이상 높습니다. 현재 약 5나노미터의 분해능을 가진 X선 현미경이 있습니다.
- 적외선 현미경
시료를 적외선으로 현미경을 통해 관찰하여 연구하는 방법입니다. 이 방법은 매우 작은 샘플(마이크로미터 정도)을 연구하기 위한 것입니다.
실험자가 관찰한 가시광선과검출기에 의해 기록된 적외선은 하나의 공통 광학 시스템을 통과하므로 쌍안경의 이미지는 적외선으로 분석되는 영역에 해당합니다.
IR 현미경은 극소량(0.01 ~ 100 µg) 또는 작은 크기(10–1 ~ 10–3 mm)의 샘플과 농도 변동 및 개재물을 분석하는 데 사용됩니다.
발명된 현미경의 단점은 무엇입니까?
광학현미경 성능빛의 기본 입자 - 전자기 복사 또는 광자의 양자에 의해 생성되는 무작위 노이즈 수준에 의해 제한됩니다. 광자의 이산성은 광학 장치의 감도, 해상도 및 속도를 결정합니다.
이러한 매개변수를 최적화하기 위해 개발자는일반적으로 빛의 강도를 높이고 기존 광원을 레이저 광원으로 교체하는 경로를 따릅니다. 그러나 밝은 레이저가 살아있는 세포를 파괴할 수 있기 때문에 생물학적 시스템을 연구할 때 레이저 현미경을 사용하는 것이 항상 가능한 것은 아닙니다.
과학은 현미경의 발전에서 어떻게 발전했습니까?
이 분야의 마지막 주요 발견은 다음과 같습니다.2021년 6월 초에 제작되었습니다. 호주와 독일의 과학자들이 이전에는 볼 수 없었던 세포 구조를 볼 수 있는 양자 현미경을 만들었습니다.
저자에 따르면 이것은 탐색에서 의료 영상에 이르기까지 새로운 생명 공학 및 실용적인 응용 프로그램의 생성을 위한 길을 열어줍니다. 연구 결과는 네이처 저널에 게재됐다.
퀸즈랜드 대학의 연구원들은 양자 광자 상관관계를 사용하여 빛의 강도를 높이지 않고도 생물학적 이미징을 향상시킬 수 있다고 제안했습니다.
Rostock의 독일 동료들과 함께대학에서 그들은 양자 상관 관계를 사용하여 광손상 없이 기존의 현미경보다 35% 더 높은 신호 대 잡음비를 얻을 수 있음을 실험적으로 증명했습니다. 이 기술과 이미지 처리 속도가 훨씬 더 높습니다.
양자 현미경은 어떻게 작동합니까?
양자 현미경의 제작자는하위 파장 분해능과 밝은 양자 상관 조명을 갖춘 일관된 라만 현미경으로 세포 내부의 분자 결합을 시각화할 수 있습니다.
현미경은 양자 과학을 기반으로 합니다.얽힘은 아인슈타인이 "원거리에서의 으스스한 상호작용"으로 묘사한 효과입니다. 기존 최고의 기술보다 뛰어난 성능을 갖춘 세계 최초의 얽힘 기반 센서입니다. 현미경의 양자 얽힘은 세포를 파괴하지 않고도 35% 향상된 선명도를 제공하므로 보이지 않는 작은 생물학적 구조를 볼 수 있습니다.
양자 광학 연구소의 워릭 보웬(Warwick Bowen) 교수 및 호주 연구 위원회(Australian Research Council)의 양자 시스템 엔지니어링 우수 센터
저자들은 새로운 방법의 주요 성공은 살아있는 세포에 침투할 수 없는 전통적인 광학 현미경의 원리에 대한 소위 승리를 극복한 것이라고 생각합니다.
더 읽어보기 :
동물은 시베리아 영구 동면에서 24,000 년의 동면 후 살아났습니다.
기후 변화는 극심한 강우와 홍수로 이어질 것입니다
자연 선택은 성적 선택의 진화를 역전시킬 수 있습니다