Kas lemia mikroskopo skiriamąją gebą
Mikroskopo skiriamoji geba yra gebėjimas
Ši charakteristika pirmiausia nustatomamikroskopijoje naudojamos spinduliuotės bangos ilgis (matoma, ultravioletinė, rentgeno spinduliuotė). Esminis apribojimas yra tai, kad naudojant elektromagnetinę spinduliuotę neįmanoma gauti mažesnio objekto, nei šios spinduliuotės bangos ilgis, vaizdo.
„Įsiskverbti giliau“ į mikropasaulį įmanoma naudojant radiaciją, kurios bangos ilgis mažesnis.
Kaip veikia mikroskopas?
Optinė sistema skirtaspinduliuotės lauko erdvinė transformacija prieš optinę sistemą („objektų erdvėje“) lauke po optinės sistemos („vaizdo erdvėje“). Šis „erdvių“ skirstymas yra labai savavališkas, nes šie „kosmoso“ laukai, skirtingi lauko struktūros pokyčių požiūriu, kai kuriais atvejais (pavyzdžiui, naudojant veidrodžius) gali sutapti trimačiuose fiziniuose vietos.
Ši organizacija pasiekiamaformos optinių elementų, kurių veikimas pasireiškia spinduliuotės lūžio, atspindžio ir sklaidos reiškiniu, naudojimas. Visų šių reiškinių fizinė priežastis yra trukdžiai.
Daugeliu atvejų paaiškinti veiksmąoptinio elemento, pakanka naudoti šių reiškinių esmės sąvokas, neatskleidžiant trukdžių vaidmens, o tai leidžia apibūdinti spinduliuotės lauką formaliu geometriniu modeliu, pagrįstu intuityvia „spindulio“ koncepcija. šviesos “ir postulatas, kad spinduliuotės bangos ilgis yra be galo mažas, o terpės optinis homogeniškumas užpildo visą erdvę, kurioje veikia geometrinės optikos dėsniai.
Bet tuo atveju, kai paaiškėja, kad tai būtinaatsižvelgiant į spinduliuotės bangų savybes ir į optinio elemento matmenų palyginamumą su spinduliuotės bangos ilgiu, geometrinė optika pradeda duoti klaidų, vadinamų difrakcija, kuri iš esmės nėra savarankiškas reiškinys, o tik tas pats trukdymas.
Kas yra mikroskopai
- Optiniai mikroskopai
Žmogaus akis yra natūralioptinė sistema, kuriai būdinga tam tikra skiriamoji geba, tai yra mažiausias atstumas tarp stebimo objekto elementų (suvokiamų kaip taškai arba linijos), kuriame jie vis tiek gali skirtis vienas nuo kito.
Normaliai akiai tolstant nuo objektot. n. geriausias matymo atstumas (D = 250 mm), vidutinė normali skiriamoji geba yra ~ 0,2 mm. Mikroorganizmų, daugumos augalų ir gyvūnų ląstelių dydžiai, maži kristalai, metalų ir lydinių mikrostruktūros detalės ir kt. Yra daug mažesni už šią vertę.
Iki XX amžiaus vidurio jie dirbo tik su matomuoptinė spinduliuotė, 400-700 nm diapazone, taip pat arti ultravioletinių spindulių (fluorescencinis mikroskopas). Optiniai mikroskopai negalėjo užtikrinti mažesnės nei etaloninės spinduliuotės bangos pusės ciklo skiriamosios gebos (bangos ilgio diapazonas 0,2–0,7 μm arba 200–700 nm).
Taigi, optinis mikroskopas sugeba atskirti struktūras, kurių atstumas tarp taškų yra iki ~ 0,20 μm, todėl didžiausias padidinimas, kurį buvo galima pasiekti, buvo ~ 2000 kartų.
- Elektroniniai mikroskopai
Mikroskopijoje gali būti naudojamas elektronų pluoštas, turintis ne tik dalelių, bet ir bangos savybes.
Elektrono bangos ilgis priklauso nuo jo energijos irelektrono energija lygi E = Ve, kur V – elektrono praleidžiamas potencialų skirtumas, e – elektrono krūvis. Elektronų bangos ilgis, praeinant per 200 000 V potencialų skirtumą, yra apie 0,1 nm.
Elektronus galima lengvai fokusuoti naudojant elektromagnetinius lęšius, nes elektronas yra įkrauta dalelė. Elektroninį vaizdą galima lengvai paversti matomu.
Elektroninio mikroskopo skiriamoji geba yra 1000–10000 kartų didesnė nei tradicinio šviesos mikroskopo, o geriausiems šiuolaikiniams instrumentams jis gali būti mažesnis nei vienas angstromas.
- Skenavimo zondo mikroskopai
Mikroskopų klasė, pagrįsta paviršiaus nuskaitymu zondu.
Skenavimo zondų mikroskopai (SPM) yra palyginti nauja mikroskopų klasė. Naudojant SPM, vaizdas gaunamas registruojant zondo ir paviršiaus sąveiką.
Šiame vystymosi etape galima užsiregistruotizondo sąveika su atskirais atomais ir molekulėmis, dėl kurių SPM skiriamoji geba yra panaši į elektronų mikroskopus ir kai kuriais parametrais juos viršija.
- Rentgeno mikroskopai
Rentgeno mikroskopas- prietaisas, skirtas mokytis labai mažasobjektai, kurių matmenys yra panašūs į rentgeno bangos ilgį. Remiantis elektromagnetinės spinduliuotės, kurios bangos ilgis yra nuo 0,01 iki 1 nanometro, naudojimu.
Rentgeno raiškos mikroskopaigebėjimai yra tarp elektroninių ir optinių mikroskopų. Rentgeno spindulių mikroskopo teorinė skiriamoji geba siekia 2–20 nanometrų, o tai yra eilės tvarka didesnė už optinio mikroskopo skiriamąją gebą (iki 150 nanometrų). Šiuo metu yra rentgeno mikroskopai, kurių skiriamoji geba yra apie 5 nanometrai.
- Infraraudonųjų spindulių mikroskopija
Tai tyrimo metodas, kai mėginiai stebimi pro mikroskopą infraraudonųjų spindulių šviesoje. Metodas skirtas tirti labai mažus mėginius (mikrometrų eilės).
Matoma šviesa, kurią stebėjo eksperimentatorius, irdetektoriaus užfiksuota infraraudonųjų spindulių šviesa praeina per vieną bendrą optinę sistemą, todėl vaizdas žiūrone atitinka sritį, kuri analizuojama infraraudonųjų spindulių spinduliais.
IR mikroskopija naudojama analizuoti mėginius labai mažais kiekiais (nuo 0,01 iki 100 µg) arba mažais dydžiais (nuo 10–1 iki 10–3 mm), taip pat koncentracijos svyravimus ir intarpus.
Kokie yra išrastų mikroskopų trūkumai?
Šviesos mikroskopų našumasriboja atsitiktinio triukšmo lygis, kurį sukuria elementarios šviesos dalelės - elektromagnetinės spinduliuotės kvantai arba fotonai. Fotonų diskretiškumas lemia optinių prietaisų jautrumą, skiriamąją gebą ir greitį.
Norėdami optimizuoti šiuos parametrus, kūrėjaipaprastai eina šviesos intensyvumo didinimo keliu ir įprastus jos šaltinius pakeičia lazeriniais. Tačiau tiriant biologines sistemas ne visada įmanoma naudoti lazerinius mikroskopus, nes ryškūs lazeriai gali sunaikinti gyvą ląstelę.
Kaip mokslas pažengė kurdamas mikroskopus?
Paskutinis didelis atradimas šioje srityje buvopadaryta 2021 m. birželio pradžioje. Australijos ir Vokietijos mokslininkai sukūrė kvantinį mikroskopą, kuriuo galima pamatyti anksčiau nematomas ląstelių struktūras.
Autorių teigimu, tai atveria kelią naujų biotechnologijų ir praktinių pritaikymų kūrimui - nuo navigacijos iki medicininio vaizdavimo. Tyrimo rezultatai paskelbti žurnale „Nature“.
Kvinslando universiteto mokslininkai pasiūlė, kad biologinį vaizdą būtų galima pagerinti nedidinant šviesos intensyvumo, naudojant kvantines fotonines koreliacijas.
Kartu su vokiečių kolegomis iš RostokoUniversitete jie eksperimentiškai įrodė, kad naudojant kvantines koreliacijas, galima gauti 35 procentų didesnį signalo ir triukšmo santykį nei naudojant įprastą mikroskopiją be fotodalinių pažeidimų. Ši technologija ir vaizdo apdorojimo greitis yra daug aukštesni.
Kaip veikia kvantinis mikroskopas?
Kvantinio mikroskopo kūrėjai padarėdiegimas, kuris yra nuoseklus Ramano mikroskopas su žemos bangos skiriamąja geba ir ryškiu kvantiniu ryšiu apšvietimu, kuris leidžia vizualizuoti molekulinius ryšius ląstelės viduje.
Mikroskopas pagrįstas kvantų moksluįsipainiojimas, efektas, kurį Einšteinas apibūdino kaip „baisią sąveiką per atstumą“. Tai pirmasis pasaulyje įsipainiojęs jutiklis, kurio našumas pranašesnis už geriausias esamas technologijas. Sukūrus jį, bus sukurtos įvairios naujos technologijos – nuo naujausių navigacijos sistemų iki pažangesnių mašinų. Kvantinis įsipainiojimas mūsų mikroskope suteikia 35 procentų didesnį aiškumą nesunaikinant ląstelės, leidžiant pamatyti mažytes biologines struktūras, kurios kitu atveju būtų nematomos.
Warwick Bowen Kvantinės optikos laboratorijos ir Kvantinių sistemų inžinerijos kompetencijos centro prie Australijos tyrimų tarybos profesorius
Autoriai mano, kad pagrindinė naujojo metodo sėkmė yra įveikti vadinamąją pergalę prieš tradicinės šviesos mikroskopijos principus, kurie negali prasiskverbti į gyvą ląstelę.
Skaityti daugiau:
Gyvūnas atgijo po 24 tūkstančių metų žiemos miego Sibiro amžiname įšalas
Klimato kaita sukels ypatingus kritulius ir potvynius
Natūrali atranka gali pakeisti seksualinės atrankos raidą