Шта одређује резолуцију микроскопа
Резолуција микроскопа је способност
Ова карактеристика је првенствено одређенаталасна дужина зрачења која се користи у микроскопији (видљиво, ултраљубичасто, рендгенско зрачење). Основно ограничење је немогућност добијања слике објекта мањег од таласне дужине овог зрачења коришћењем електромагнетног зрачења.
„Продрети дубље“ у микросвет је могуће када се користи зрачење краћих таласних дужина.
Како ради микроскоп?
Оптички систем је дизајниран запросторна трансформација поља зрачења пре оптичког система (у „простору објеката“) у пољу после оптичког система (у „простору слике“). Ова подела „простора“ је веома произвољна, пошто ова „просторна“ поља, различита са становишта промена у структури поља, могу у неким случајевима (на пример, када се користе огледала) да се поклапају у тродимензионалним физичким простор.
Ова организација се остварује помоћуупотреба обликованих оптичких елемената чије се дејство манифестује у феномену преламања, рефлексије и расејања зрачења. Физички узрок свих ових појава је интерференција.
У многим случајевима, да објасни акцијуоптичког елемента, сасвим је довољно користити концепте суштине ових појава, без откривања улоге интерференције, што омогућава да се поље зрачења опише формализованим геометријским моделом заснованим на интуитивном концепту "зрака". светлости“ и постулат да је таласна дужина зрачења бесконачно мала и да оптичка хомогеност средине испуњава сав простор у коме делују закони геометријске оптике.
Али у случају када се испостави да је неопходнода узме у обзир таласна својства зрачења и узме у обзир упоредивост димензија оптичког елемента са таласном дужином зрачења, геометријска оптика почиње да даје грешке, што се назива дифракција, која у суштини није самостална појава, већ само исте сметње.
Шта су микроскопи
- Оптички микроскопи
Људско око је природнооптички систем који карактерише одређена резолуција, односно најмања раздаљина између елемената посматраног објекта (опажених као тачке или линије), на којој се они и даље могу разликовати један од другог.
За нормално око, када се удаљава од предметат. н. најбоља видна удаљеност (Д = 250 мм), просечна нормална резолуција је ~ 0,2 мм. Величине микроорганизама, већине биљних и животињских ћелија, ситних кристала, детаља микроструктуре метала и легура итд. су много мање од ове вредности.
До средине 20. века радили су само са видљивимоптичко зрачење, у опсегу од 400-700 нм, као и близу ултраљубичастог (флуоресцентни микроскоп). Оптички микроскопи нису могли да обезбеде резолуцију мању од полу-циклуса таласа референтног зрачења (опсег таласних дужина 0,2-0,7 μм, или 200-700 нм).
Дакле, оптички микроскоп је у стању да разликује структуре са растојањем између тачака до ~ 0,20 μм, тако да је максимално увећање које се могло постићи било ~ 2000 пута.
- Електронски микроскопи
Електронски сноп, који има својства не само честице, већ и таласа, може се користити у микроскопији.
Таласна дужина електрона зависи од његове енергије, иенергија електрона је једнака Е = Ве, где је В разлика потенцијала коју прође електрон, е је наелектрисање електрона. Таласна дужина електрона при проласку кроз потенцијалну разлику од 200 000 В је око 0,1 нм.
Електрони се могу лако фокусирати помоћу електромагнетних сочива, пошто је електрон наелектрисана честица. Електронска слика се лако може претворити у видљиву.
Резолуција електронског микроскопа је 1000–10000 пута већа од оне код традиционалног светлосног микроскопа, а за најбоље модерне инструменте може бити мања од једног ангстрема.
- Скенирајући пробни микроскопи
Класа микроскопа заснована на површинском скенирању сондом.
Скенирајући сондни микроскопи (СПМ) су релативно нова класа микроскопа. Са СПМ, слика се добија снимањем интеракције између сонде и површине.
У овој фази развоја могуће је регистроватиинтеракција сонде са појединачним атомима и молекулима, због чега је СПМ по резолуцији упоредив са електронским микроскопима, а по неким параметрима их и превазилази.
- Рентгенски микроскопи
Рентгенски микроскоп- уређај за проучавање веома малихобјеката чије су димензије упоредиве са таласном дужином рендгенског зрака. На основу употребе електромагнетног зрачења са таласном дужином од 0,01 до 1 нанометар.
Рендгенски микроскопи резолуцијеспособности су између електронског и оптичког микроскопа. Теоријска резолуција рендгенског микроскопа достиже 2-20 нанометара, што је за ред величине више од резолуције оптичког микроскопа (до 150 нанометара). Тренутно постоје рендгенски микроскопи са резолуцијом од око 5 нанометара.
- Инфрацрвена микроскопија
Ово је метод истраживања посматрањем узорака кроз микроскоп у инфрацрвеном светлу. Метода је намењена за проучавање веома малих узорака (реда микрометара).
Видљива светлост коју је посматрао експериментатор, иинфрацрвена светлост коју детектор бележи пролази кроз један заједнички оптички систем, тако да слика у двогледу одговара области која се анализира у инфрацрвеном зрачењу.
ИР микроскопија се користи за анализу узорака у веома малим количинама (од 0,01 до 100 µг) или малим величинама (од 10–1 до 10–3 мм), као и флуктуације концентрације и инклузије.
Који су недостаци измишљених микроскопа?
Перформансе светлосних микроскопаограничен нивоом насумичне буке коју стварају елементарне честице светлости – кванти електромагнетног зрачења, или фотони. Дискретност фотона одређује осетљивост, резолуцију и брзину оптичких уређаја.
Да би оптимизовали ове параметре, програмериобично иду путем повећања интензитета светлости и замене њених конвенционалних извора ласерским. Али употреба ласерских микроскопа није увек могућа када се проучавају биолошки системи, пошто светли ласери могу уништити живу ћелију.
Како је наука напредовала у развоју микроскопа?
Последње велико откриће у овој области било јенаправљен почетком јуна 2021.&нбсп;Научници из Аустралије и Немачке направили су квантни микроскоп који може да види раније невидљиве ћелијске структуре.
Према речима аутора, ово отвара пут за стварање нових биотехнологија и практичних примена – од навигације до медицинског снимања. Резултати истраживања објављени су у часопису Натуре.
Истраживачи са Универзитета у Квинсленду сугеришу да би се биолошко снимање могло побољшати без повећања интензитета светлости, користећи квантне фотонске корелације.
Заједно са немачким колегама из РостокаУниверзитет, експериментално су доказали да је коришћењем квантних корелација могуће добити однос сигнал-шум 35 процената већи него код конвенционалне микроскопије без фотооштећења. Значајно већа са овом технологијом и брзином обраде слике.
Како функционише квантни микроскоп?
Креатори квантног микроскопа направилипоставка, која је кохерентни Раман микроскоп са резолуцијом подталасне дужине и светлом квантно корелираном осветљењем, што омогућава визуализацију молекуларних веза унутар ћелије.
Микроскоп је заснован на науци о квантимазапетљаност, ефекат који је Ајнштајн описао као „сабласне интеракције на даљину“. То је први светски сензор заснован на преплитању са перформансама супериорнијим у односу на најбоље постојеће технологије. Његово стварање ће довести до свих врста нових технологија, од најновијих навигационих система до напреднијих машина.
Ворвик Бовен, професор&нбсп;Лабораторије за квантну оптику и Центра изврсности за инжењерске квантне системе при Аустралијском истраживачком савету
Аутори сматрају да је главни успех нове методе превазилажење такозване победе над принципима традиционалне светлосне микроскопије, која није у стању да продре у живу ћелију.
Опширније:
Животиња је заживела након 24 хиљаде година хибернације у сибирском вечном леду
Климатске промене довешће до екстремних падавина и поплава
Природна селекција може преокренути еволуцију сексуалне селекције