O que determina a resolução do microscópio
A resolução de um microscópio é a capacidade
Esta característica é determinada principalmenteo comprimento de onda da radiação usada na microscopia (visível, ultravioleta, radiação de raios-X). A limitação fundamental é a impossibilidade de se obter uma imagem de um objeto menor em tamanho que o comprimento de onda dessa radiação usando radiação eletromagnética.
"Penetrar mais profundamente" no micromundo é possível quando se usa radiação com comprimentos de onda mais curtos.
Como funciona um microscópio?
O sistema óptico é projetado paratransformação espacial do campo de radiação antes do sistema óptico (no "espaço dos objetos") no campo após o sistema óptico (no "espaço da imagem"). Essa divisão de "espaços" é muito arbitrária, pois esses campos de "espaço", diferentes do ponto de vista de mudar a estrutura do campo, podem em alguns casos (por exemplo, ao usar espelhos) coincidir no espaço físico tridimensional .
Esta organização é alcançada pora utilização de elementos ópticos modelados, cuja ação se manifesta no fenômeno de refração, reflexão e espalhamento da radiação. A causa física de todos esses fenômenos é a interferência.
Em muitos casos, para explicar a açãode um elemento óptico, basta usar os conceitos da essência desses fenômenos, sem revelar o papel da interferência, o que permite descrever o campo de radiação por um modelo geométrico formalizado baseado em um conceito intuitivo de um "raio da luz "e o postulado do comprimento de onda da radiação infinitesimal e da homogeneidade óptica do meio preenchendo todo o espaço em que operam as leis da óptica geométrica.
Mas no caso em que for necessáriopara levar em conta as propriedades de onda da radiação e levar em conta a comparabilidade das dimensões do elemento óptico com o comprimento de onda da radiação, a óptica geométrica passa a dar erros, o que é chamado de difração, que não é essencialmente um fenômeno independente, mas apenas o mesma interferência.
O que são microscópios
- Microscópios óticos
O olho humano é naturalum sistema óptico caracterizado por uma determinada resolução, ou seja, a menor distância entre os elementos do objeto observado (percebidos como pontos ou linhas), na qual ainda podem ser diferentes entre si.
Para um olho normal, ao se afastar de um objeto port. n. melhor distância de visão (D = 250 mm), a resolução normal média é de ~ 0,2 mm. Os tamanhos dos microrganismos, a maioria das células vegetais e animais, pequenos cristais, detalhes da microestrutura de metais e ligas, etc. são muito menores do que este valor.
Até meados do século XX trabalhavam apenas com visíveisradiação óptica, na faixa de 400-700 nm, bem como ultravioleta próximo (microscópio de fluorescência). Os microscópios ópticos não podiam fornecer uma resolução inferior ao meio ciclo da onda de radiação de referência (faixa de comprimento de onda 0,2-0,7 μm ou 200-700 nm).
Assim, o microscópio óptico é capaz de distinguir estruturas com uma distância entre pontos de até ~ 0,20 μm, então a ampliação máxima que poderia ser alcançada foi de ~ 2.000 vezes.
- Microscópios eletrônicos
Um feixe de elétrons, que tem propriedades não apenas de uma partícula, mas também de uma onda, pode ser usado em microscopia.
O comprimento de onda de um elétron depende de sua energia, ea energia do elétron é igual a E = Ve, onde V é a diferença de potencial passada pelo elétron, e é a carga do elétron. O comprimento de onda dos elétrons ao passar por uma diferença de potencial de 200.000 V é de cerca de 0,1 nm.
Os elétrons podem ser facilmente focalizados com lentes eletromagnéticas, já que um elétron é uma partícula carregada. Uma imagem eletrônica pode ser facilmente convertida em uma imagem visível.
A resolução de um microscópio eletrônico é 1000–10000 vezes maior do que a de um microscópio óptico tradicional e, para os melhores instrumentos modernos, pode ser inferior a um angstrom.
- Microscópios de sonda de varredura
Classe de microscópios baseada na varredura de superfície com uma sonda.
Os microscópios de sonda de varredura (SPM) são uma classe relativamente nova de microscópios. Com um SPM, uma imagem é obtida registrando as interações entre a sonda e a superfície.
Nesta fase de desenvolvimento, é possível cadastrarinteração da sonda com átomos e moléculas individuais, devido ao qual os SPMs são comparáveis no poder de resolução aos microscópios eletrônicos, e os ultrapassam em alguns parâmetros.
- Microscópios de raios x
Microscópio de raios x- um dispositivo para estudar muito pequenoobjetos cujas dimensões são comparáveis ao comprimento de onda dos raios X. Baseado no uso de radiação eletromagnética com comprimento de onda de 0,01 a 1 nanômetro.
Microscópios de raios-x de resoluçãoas habilidades estão entre microscópios eletrônicos e ópticos. A resolução teórica de um microscópio de raios-X atinge 2 a 20 nanômetros, que é uma ordem de magnitude maior do que a resolução de um microscópio óptico (até 150 nanômetros). Atualmente, existem microscópios de raios-X com resolução de cerca de 5 nanômetros.
- Microscopia infravermelha
Este é um método de pesquisa que consiste na observação de amostras através de um microscópio em luz infravermelha. O método destina-se ao estudo de amostras muito pequenas (da ordem de micrômetros).
A luz visível observada pelo experimentador, ea luz infravermelha registrada pelo detector passa por um sistema óptico comum, de forma que a imagem no binóculo corresponde à área que é analisada na radiação infravermelha.
A microscopia IV é usada para analisar amostras em quantidades muito pequenas (0,01 a 100 µg) ou tamanhos pequenos (10–1 a 10–3 mm), bem como flutuações de concentração e inclusões.
Quais são as desvantagens dos microscópios inventados?
Desempenho de microscópios de luzlimitado pelo nível de ruído aleatório criado por partículas elementares de luz - quanta de radiação eletromagnética, ou fótons. A discrição dos fótons determina a sensibilidade, resolução e velocidade dos dispositivos ópticos.
Para otimizar esses parâmetros, os desenvolvedorescostumam seguir o caminho de aumentar a intensidade da luz e substituir suas fontes convencionais por fontes de laser. Mas o uso de microscópios a laser nem sempre é possível no estudo de sistemas biológicos, já que lasers brilhantes podem destruir uma célula viva.
Como a ciência avançou no desenvolvimento de microscópios?
A última grande descoberta nesta área foifeito no início de junho de 2021. Cientistas da Austrália e da Alemanha criaram um microscópio quântico que pode ver estruturas celulares anteriormente invisíveis.
Segundo os autores, isso abre caminho para a criação de novas biotecnologias e aplicações práticas - da navegação à imagem médica. Os resultados da pesquisa são publicados na revista Nature.
Pesquisadores da Universidade de Queensland sugeriram que a imagem biológica poderia ser melhorada sem aumentar a intensidade da luz, usando correlações fotônicas quânticas.
Junto com colegas alemães de RostockUniversidade, eles provaram experimentalmente que usando correlações quânticas, você pode obter uma relação sinal-ruído 35 por cento maior do que com a microscopia convencional sem fotodano. Muito maior com essa tecnologia e a velocidade de processamento de imagem.
Como funciona um microscópio quântico?
Os criadores do microscópio quântico fizeraminstalação, que é um microscópio Raman coerente com resolução de sub-comprimento de onda e iluminação correlacionada quântica brilhante, que torna possível visualizar ligações moleculares dentro da célula.
O microscópio é baseado na ciência da quânticaemaranhamento, um efeito que Einstein descreveu como “interações assustadoras à distância”. É o primeiro sensor baseado em emaranhamento do mundo com desempenho superior às melhores tecnologias existentes. A sua criação levará a todos os tipos de novas tecnologias, desde os mais recentes sistemas de navegação até máquinas mais avançadas. O emaranhado quântico no nosso microscópio proporciona uma clareza 35% melhorada sem destruir a célula, permitindo-nos ver pequenas estruturas biológicas que de outra forma seriam invisíveis.
Warwick Bowen Professor do Laboratório de Óptica Quântica e do Centro de Excelência para Sistemas Quânticos de Engenharia do Australian Research Council
Os autores acreditam que o principal sucesso do novo método é superar a chamada vitória sobre os princípios da microscopia de luz tradicional, que é incapaz de penetrar em uma célula viva.
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