Čo určuje rozlíšenie mikroskopu
Разрешающая способность микроскопа — это способность
Táto vlastnosť je určená predovšetkýmvlnová dĺžka žiarenia používaného v mikroskopii (viditeľné, ultrafialové, röntgenové žiarenie). Zásadným obmedzením je nemožnosť získať obraz objektu pomocou elektromagnetického žiarenia, ktoré má menšiu veľkosť ako vlnová dĺžka tohto žiarenia.
Pri použití žiarenia s kratšími vlnovými dĺžkami je možné „preniknúť hlbšie“ do mikrosveta.
Ako funguje mikroskop?
Optický systém je určený prepriestorová transformácia radiačného poľa pred optickou sústavou (v „priestore objektov“) v poli za optickou sústavou (v „obrazovom priestore“). Toto rozdelenie „priestorov“ je veľmi ľubovoľné, pretože tieto „vesmírne“ polia, odlišné z hľadiska zmien v štruktúre poľa, sa môžu v niektorých prípadoch (napríklad pri použití zrkadiel) zhodovať v trojrozmernom fyzickom priestor.
Túto organizáciu dosahujepoužitie tvarovaných optických prvkov, ktorých pôsobenie sa prejavuje pri fenoméne lomu, odrazu a rozptylu žiarenia. Fyzickou príčinou všetkých týchto javov je interferencia.
V mnohých prípadoch vysvetliť akciuoptického prvku úplne postačí použiť koncepty podstaty týchto javov bez zverejnenia úlohy interferencie, ktorá umožňuje popísať radiačné pole formalizovaným geometrickým modelom založeným na intuitívnom koncepte „lúča“. svetla “a postulát nekonečne malej vlnovej dĺžky žiarenia a optickej homogenity média vyplňujúceho celý priestor, v ktorom fungujú zákony geometrickej optiky.
Ale v prípade, keď sa ukáže, že je to nevyhnutnéaby sa zohľadnili vlnové vlastnosti žiarenia a zohľadnila porovnateľnosť rozmerov optického prvku s vlnovou dĺžkou žiarenia, geometrická optika začne dávať chyby, ktoré sa nazývajú difrakcia, čo v podstate nie je nezávislým javom, ale iba rovnaké rušenie.
Čo sú to mikroskopy
- Optické mikroskopy
Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, то есть наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличны один от другого.
Pre normálne oko, keď sa vzďaľujete od predmetut. n. najlepšia vzdialenosť videnia (D = 250 mm), priemerné normálne rozlíšenie je ~ 0,2 mm. Veľkosti mikroorganizmov, väčšina rastlinných a živočíšnych buniek, malé kryštály, podrobnosti o mikroštruktúre kovov a zliatin atď. Sú oveľa menšie ako táto hodnota.
До середины XX века работали только с видимым оптическим излучением, в диапазоне 400—700 нм, а также с ближним ультрафиолетом (люминесцентный микроскоп). Оптические микроскопы не могли давать разрешающей способности менее полупериода волны опорного излучения (диапазон длин волн 0,2—0,7 мкм, или 200—700 нм).
Optický mikroskop je teda schopný rozlíšiť štruktúry so vzdialenosťou medzi bodmi až ~ 0,20 μm, takže maximálne zväčšenie, ktoré bolo možné dosiahnuť, bolo ~ 2 000-násobné.
- Elektrónové mikroskopy
V mikroskopii je možné použiť lúč elektrónov, ktorý má vlastnosti nielen častice, ale aj vlny.
Длина волны электрона зависит от его энергии, а энергия электрона равна E = Ve, где V — разность потенциалов, проходимая электроном, e — заряд электрона. Длины волн электронов при прохождении разности потенциалов 200 000 В составляет порядка 0,1 нм.
Elektróny možno ľahko zaostrovať pomocou elektromagnetických šošoviek, pretože elektrón je nabitá častica. Elektronický obrázok sa dá ľahko previesť na viditeľný.
Rozlíšenie elektrónového mikroskopu je 1 000–10 000-krát vyššie ako rozlíšenie tradičného svetelného mikroskopu a pre najlepšie moderné prístroje to môže byť menej ako jeden angstrom.
- Skenovacie mikroskopy
Trieda mikroskopov založená na povrchovom skenovaní pomocou sondy.
Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ) — относительно новый класс микроскопов. На СЗМ изображение получают путём регистрации взаимодействий между зондом и поверхностью.
V tomto štádiu vývoja je možné sa zaregistrovaťinterakcia sondy s jednotlivými atómami a molekulami, vďaka čomu sú SPM porovnateľné v rozlíšení sily s elektrónovými mikroskopmi a v niektorých parametroch ich prekonávajú.
- Röntgenové mikroskopy
Röntgenový mikroskop — устройство для исследования очень малых объектов, размеры которых сопоставимы с длиной рентгеновской волны. Основан на использовании электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 1 нанометра.
Rozlíšenie röntgenových mikroskopovschopnosti sú medzi elektrónovými a optickými mikroskopmi. Teoretické rozlíšenie röntgenového mikroskopu dosahuje 2 - 20 nanometrov, čo je rádovo vyššie rozlíšenie ako optický mikroskop (až 150 nanometrov). V súčasnosti existujú röntgenové mikroskopy s rozlíšením asi 5 nanometrov.
- Infračervená mikroskopia
Это метод исследования путём наблюдения образцов через микроскоп в инфракрасном свете. Метод предназначен для исследования образцов очень небольшого размера (порядка микрометров).
Viditeľné svetlo pozorované experimentátorom ainfračervené svetlo zaznamenané detektorom prechádza jedným bežným optickým systémom, preto obraz v ďalekohľade zodpovedá oblasti, ktorá sa analyzuje v infračervenom žiarení.
IR mikroskopia sa používa na analýzu vzoriek vo veľmi malom množstve (0,01 až 100 µg) alebo malých veľkostiach (10–1 až 10–3 mm), ako aj na fluktuácie koncentrácie a inklúzie.
Aké sú nevýhody vynájdených mikroskopov?
Výkon svetelných mikroskopovobmedzené úrovňou náhodného šumu vytváraného elementárnymi časticami svetla - kvantami elektromagnetického žiarenia alebo fotónmi. Diskrétnosť fotónov určuje citlivosť, rozlíšenie a rýchlosť optických zariadení.
Pre optimalizáciu týchto parametrov, vývojáriobvykle idú cestou zvyšovania intenzity svetla a nahradenia konvenčných zdrojov laserom. Použitie laserových mikroskopov ale nie je vždy možné pri štúdiu biologických systémov, pretože jasné lasery môžu zničiť živú bunku.
Ako pokročila veda vo vývoji mikroskopov?
Последнее крупное открытие в этой сфере было сделано в начале июня 2021 года. Ученые из Австралии и Германии создали квантовый микроскоп, способный разглядеть невидимые ранее клеточные структуры.
Podľa autorov to otvára cestu pre vývoj nových biotechnológií a praktických aplikácií - od navigácie po lekárske zobrazovanie. Výsledky výskumu sú publikované v časopise Nature.
Исследователи из Университета Квинсленда предположили, что биологическая визуализация может быть улучшена без увеличения интенсивности света, с помощью квантовых фотонных корреляций.
Spolu s nemeckými kolegami z RostockuUniverzita experimentálne dokázala, že pomocou kvantových korelácií môžete získať pomer signálu k šumu o 35 percent vyšší ako pri konvenčnej mikroskopii bez fotodamáže. Vďaka tejto technológii a rýchlosti spracovania obrazu oveľa vyššia.
Ako funguje kvantový mikroskop?
Tvorcovia kvantového mikroskopu sa dočkaliinštalácia, čo je koherentný Ramanov mikroskop s rozlíšením subwavelength a jasným kvantovo korelovaným osvetlením, čo umožňuje vizualizovať molekulárne väzby vo vnútri bunky.
Микроскоп основан на науке о квантовой запутанности — эффекте, который Эйнштейн описал как «жуткие взаимодействия на расстоянии». Это первый в мире датчик на основе запутывания с характеристиками, превосходящими лучшие из существующих технологий. Его создание приведет к появлению различных видов новых технологий — от новейших навигационных систем до более совершенных аппаратов. Квантовая запутанность в нашем микроскопе обеспечивает на 35 процентов улучшенную четкость без разрушения клетки, позволяя видеть мельчайшие биологические структуры, которые в противном случае были бы невидимы.
Уорвика Боуэна, профессор из лаборатории квантовой оптики и Центра передового опыта для инженерных квантовых систем Австралийского исследовательского совета
Autori sa domnievajú, že hlavným úspechom novej metódy je prekonanie takzvaného víťazstva nad princípmi tradičnej svetelnej mikroskopie, ktorá nie je schopná preniknúť do živej bunky.
Čítaj viac:
Zviera ožilo po 24 tisíc rokoch hibernácie v sibírskom permafroste
Zmena podnebia povedie k extrémnym zrážkam a záplavám
Prirodzený výber môže zvrátiť vývoj sexuálneho výberu